扰动段长江堤防防渗处置效果分析

曹德君 朱春光 吴 鑫

(南京市长江河道管理处，江苏 南京 210011)

1 引 言

随着长江经济带不断建设发展，临江城市拥江发展，过江隧道不断增多，必将对长江堤防造成不同程度的扰动。南京树人学校段江堤位于南京主城区，因受土地资源约束，建设采用钢筋混凝土直立式防洪墙[1]，墙后建设有防汛通道，下方填土情况相对复杂，2016年汛期出现渗水险情。通过分析渗水原因、制定消险设计方案并实施，以及进行质量检测及渗流监测分析，工程有效消除隐患，运行至今未再出险。

2 工程概况

2016年7月，南京市鼓楼区树人学校段江堤背水侧出现多处渗水险情，遂采取养水盆等紧急措施度汛。出险段江堤为直立式钢筋混凝土防洪墙，墙后在滨江风光带提升中建有11m宽防汛通道，堤防等级1级，设计洪水位10.63m(吴淞高程，下同)，下穿长江纬三路过江隧道，防洪墙下填土成分复杂，局部存在土体软弱区。2016年汛后，南京市组织相关单位，通过现场查看、勘察、物测等技术手段，分析渗水原因并选定相应防渗除险方案，组织实施消险。

3 消险方案设计

3.1 渗水原因

树人学校段江堤先后经历砂场码头拆除、滨江风光带建设、长江隧道穿越，地基情况较为复杂，根据勘察发现场地浅部普遍分布淤泥质土,力学强度低；且堤身、堤基土局部不密实，存在多处松散渗水现象；隧道穿越处操场存在脱空异常区；场地工程地质条件差。经综合分析认为造成渗水的原因为：原有堤身及堤基局部松散，存在渗水可能，受到长江隧道穿越扰动后，原有填土渗透性增大，达到中等—强透水程度，受汛期长江持续高水位影响，形成渗流通道，从隧道上方土体向堤后渗水。根据渗水原因，本次消险设计主要包括堤防防渗及隧道与堤防交叉处的堤基灌浆加固两部分。工程平面布置见图1。

图1 工程平面布置及测点断面分布

3.2 堤防消险范围

根据探测结果(探测范围K0+220～K0+550)，K0+259～K0+490岸段内，存在5处渗漏高风险区域(含本次堤后渗水较为严重的K0+350～K0+410段，隧道下穿江堤段)；另外K0+193附近后方也有渗水点。根据险情及探测隐患分布，考虑应当向南北两侧延伸，本次堤防消险的范围为K0+153～K0+653，总长500m。

3.3 堤防防渗措施

3.3.1 防渗方式

堤防防渗方式一般有堤前坡面防渗及堤身垂直防渗[2]，考虑到出险段堤防迎水面9m高程处有2.5m宽临江步道，部分岸段存在观景平台，局部滩地有砌石护坡，且迎水面坡面防渗多为建设期采用[3]，本次消险不具备条件；防洪墙后防汛通道均在11m以上，因此拟选用顺堤顶纵向垂直防渗墙方案。此外，该段江堤位于南京市主城区，堤后紧靠树人学校及规划中党史馆，综合考虑地理位置重要性，经咨询相关行业专家后，最终采用顺堤顶纵向设置两排高喷桩垂直防渗墙，两道防渗墙之间根据现场施工情况补强。防渗墙平面布置见图1,K0+365断面防渗墙布置见图2。

图2 K0+365工程布置断面 (单位：m)

3.3.2 控制要点

a.双排高喷桩前后间距1.5m，其中前排侧高喷桩距防洪墙底板后趾2.5m，设计桩底高程-11m(距离隧道顶安全距离不小于3m)，桩顶高程11m。

b.高喷桩设计桩径0.6m，桩距0.44m，成墙厚度0.4m，喷射灌浆采用强度等级42.5的普通硅酸盐水泥，防渗墙渗透系数不大于(1～9)×10-6cm/s，墙体抗压强度(28天龄期)不小于1.5MPa[4]。

c.选用钻孔位置的允许偏差不大于50mm，垂直度允许偏差不大于0.3%；喷射管分段提升的搭接长度不小于100mm，建议水泥用量不少于300kg/m3，水泥浆液的水灰比取0.8～1.2，灌浆喷射压力20～40MPa，浆液流量70～120L/min，土层中提升速度10～20cm/min，旋转速度8～20r/min[5]。

d.考虑到堤身上部填土较为松散且内含杂质、空隙率较大等不利成墙的因素，在高喷桩导孔(引孔)内可先注浆(水泥黏土浆，黏土85%)，灌浆孔间距1.75m、孔底高程0.0m，复灌三次，充填空隙(最终施工工艺及参数应根据土质条件通过试桩确定)。

e.为同时确保既有钢筋混凝土防洪墙稳定及高压旋喷桩成墙效果，先施工前排高压旋喷桩防渗墙，一段时间后再施工后排高压旋喷防渗墙，可适当加大灌浆喷射压力，施工全程需做好防洪墙位移观测[6]。

3.4 交叉处堤基灌浆加固措施

3.4.1 加固范围

对隧道穿越江堤处防洪墙前迎水坡滩面、堤后坡面及地基进行充填灌浆以加固土体，根据物探成果，确定灌浆范围为隧道边线两侧各15m以内，同时避让防洪墙等既有设施；灌浆孔错孔布置，孔深一般18m以内，横向排距1m，纵向孔距2m。灌浆孔平面布置见图1，K0+365断面灌浆布置见图2。

3.4.2 控制要点

a.灌浆压力不大于0.15MPa，浆液干料采用优质的黄黏土按1∶1加水，掺15%的42.5级普通硅酸盐水泥，经制浆机充分搅拌，浆液的容重控制在1.3～1.6t/m3左右[7]。

b.灌浆结束标准及封孔：在最大允许灌浆压力下出现吸浆停止或冒浆的情况时，停止灌浆；或经过分段多次灌浆，浆液已灌注至孔口，且连续复灌3次不再吃浆，可结束灌浆[8-9]；封孔采用密度大于1.5g/cm3的稠浆，孔口析水完全后，用制浆土料将孔口回填捣实整平[10]。

4 质量检测

工程完工28天后通过局部开挖检查，防渗墙厚度满足设计要求；围井注水试验共检测4个点，对旋喷桩套接位置钻芯取样12个点，试验结果均小于设计所要求的渗透系数，满足设计要求；墙体连续性完好。

5 防渗墙渗流监测分析

为保障消险段江堤稳定，发挥应有的防洪功能，本工程对除险段江堤进行渗流监测，本文选用2017年5月27日—2019年11月的渗流监测资料进行分析。

5.1 渗流监测方案

在500m消险范围内，选择江堤桩号K0+220、K0+330、K0+365、K0+400和K0+620附近堤身各布置一个监测断面，共5个渗流监测断面，采用GKD型钢弦式孔隙水压力计，每个断面布置6支渗压计。仪器埋设位置见表1，测点断面分布见图1。

表1 仪器埋设位置一览

5.2 渗流监测数据分析

选取江堤桩号K0+365处(隧道下穿位置)监测断面6.0m、-1.0m、-9.0m高程测点水位过程变化数据，见图3～图5。通过观察渗流测点水位过程线(其余断面基本相同)，可以发现前排防渗墙迎江侧各测点随长江水位变化而变化，后排防渗墙外侧各测点受长江水位影响较小，表明防渗墙截渗效果较好，堤防运行正常。

图3 江堤K0+365断面6.0m高程P13、P14渗流测点水位过程线

图4 江堤K0+365断面-1.0m高程P15、P16渗流测点水位过程线

图5 江堤K0+365断面-9.0m高程P17、P18渗流测点水位过程线

6 结 语

长江隧道扰动段江堤防渗除险加固工程，影响因素较多且复杂，受施工地理位置、过江隧道、现有防洪墙及特定土质等条件制约，采用双排高喷桩垂直防渗墙结合充填灌浆的消险方式可有效消除隐患，工程完工至今已经历了4次汛期考验，特别是2020年长江南京段超历史洪水工况下，堤防未出现渗水险情，为类似工程条件下的扰动段堤防除险加固提供了很好的参考。今后，可在除险加固的同时埋设渗流监测及位移监测等信息技术设备，同时收集除险加固段江堤长期监测数据，持续观测分析江堤稳定性。