长江堤防防渗加固技术分析

金 军

（安庆市长江河道管理处二分处，安徽 安庆 246008）

在我国长江流域的堤防工程除险和加固的施工作业过程中，防渗加固是一类关键的工程解决方案。按照国内、国际上的工程实践经验，堤防工程的防渗加固模式有多种，比如在迎水面位置修建防渗的铺盖、垂直类型的防渗墙、防渗的斜坡墙、填塘的固定地基和减压用排水井等等解决方案。在工程实际推进的过程中，需要依据渗流的实际情况，科学选取一类或者多类防渗加固方案来实现除险加固的效果。

1 工程情况简述

某市的长江堤防防洪能力提升项目，该工程实施的范围包含了长江位置的主江堤，长度共18.187 km，工程项目的主要内容包含：（1）根据防洪工程的执行标准校核江堤部位防洪工程的高程，针对长江的堤防主江堤部位应用增高防浪围墙、加强堤身的防渗能力、堤防横断面的覆土宽度加强以及背水坡区域的坡顶增加挡土墙等模式进行项目工程的加固作业；（2）主江堤区域全程进行防洪线的封闭作业；（3）主江堤区域全程进行堤顶道路的翻新作业；（4）主江堤区域全程堤脚部位的排水系统进一步完善；（5）主江堤区域的涵洞全部进行拆除并重新修建，水闸装置也进行拆除和重新修建；（6）堤防区域的配套管理装置进一步完善。

2 原江堤区域的防渗加固相关设计方案

按照前期的地质勘探报告，该段江堤区域的3个工程地质分段之中，堤身土体的渗透系数为K=（1.3×10-4～1.4×10-4）cm/s（根据注水试验得到的数据），属中等到偏弱的透水性能，堤身现阶段也有发生渗透的情况，并且参考渗透以及渗流计算的结果，堤防渗流的量属于偏大的情况。虽然之前曾经针对部分江提区域实施了劈裂灌浆的施工操作，不过其作用通常是为了整治白蚁病害，最新的一次地质学勘探的结果说明曾经进行劈裂灌浆操作的区段的堤身渗透系数，其注水试验的结果仍为1×10-5cm/s左右。所以为了确保堤防工程的安全和稳定，需要对江堤项目工程实施全线的封闭。

本工程的初步设计时应用多头小直径深层搅拌桩类型的截渗方案对堤防区域进行全段的防渗操作，如图1所示。该方法作业效率高，工艺过程简单，墙体呈现连续性，如图2所示，满足相关的防渗要求，并且造价较低。工程机械为一机三钻头，单排布孔，水泥渗入量为18%，防渗墙的厚度为180 mm，渗透系数k＜1×10-7cm/s，防渗墙穿透堤身土深入到相对不透水层（也就是A层土）不得小于1 m。

图1 多头小直径深层搅桩类型防渗加固典型断面图

图2 多头小直径深层搅桩类型防渗墙布置图

3 施工中遇到的问题

本段江堤施工中的第6标段江堤（河以东段，长约2.5 km）在实施多头小直径深层搅桩类型作业中多次遇到桩机钻进困难的情况。为明确堤身填土部位碎石以及灰土垫层的具体分布情况，对于工程段江堤实施补充的地质勘察。根据结果，此段堤防区域夹碎石范围比较大，多数部分堤身填土中都存在上、下2层碎石或者灰土的垫层，这种情况对于多头小直径防渗墙的作业过程有显著的影响，从现场情况来看，因为此段堤防区域建有多处码头，因此堤身中含有的碎石或者灰土夹层有可能是早期码头围滩造堤施工中没能依据堤防工程的填土要求进行施工，加上历次堤防增高时没有清除原有路面的结构层所导致的[1]。

4 江堤防渗加固施工方法的选择

4.1 各类江堤防渗加固方案优势对比

根据地质勘察的数据，对于施工6标段的堤身防渗加固措施给出如下方案。

4.1.1 技术方案（1）：迎水坡复合型土工膜处理+水泥混凝土搅拌桩防渗水处理

迎水坡复合型土工膜处理+水泥混凝土搅拌桩防渗水处理保留迎水区域侧护坡，坡面铺设有5.155 cm砂石层找平操作后进行复合土工膜的铺设操作，在膜上浇筑15.155 cm的C25.115现浇混凝土进行护坡；复合土工膜应用两布一膜类型复合膜，规格是215.615 g/m2、0.515 mm/m2、215.775 g/m2，防渗透安全系数k小于1×10-12cm/s。在迎水侧的滩地区域距离堤脚处2.615 m处设水泥搅拌桩构成的防渗墙，相关工程机械使用的钻头直径为500.725 mm，钻杆的间距为449.615 mm，墙体完工后的厚度为221.535 mm，防渗透安全系数k小于1×10-7cm/s，防渗墙穿透堤身土（也就是A层土）深入到相对不透水层的深度不得小于1.685 m。土工膜顶部以及底部能够使用M12螺栓锚入堤防的防浪墙以及拌桩防渗墙内部[2]。

4.1.2 技术方案（2）：塑性水泥混凝土防渗墙体

水利工程相关现场施工作业人员使用专用的打孔装置进行孔槽的营造工作，使用水泥砂浆进行护壁作业，使用导管装置在灌满水泥砂浆的槽孔内部灌注塑性水泥混凝土并且将泥浆置换出来，进而形成坚固的墙体。防渗墙体部顶高度行程数值是8.715 m，防渗墙体的厚度数值是0.375 m，防渗透安全系数k小于1×10-7cm/s，防渗墙体穿透堤身土进入相应防透水层≥1.575 m。塑性水泥混凝土的水泥占比数量≥80.715 kg/m3，膨润土的使用数量≥40.715 kg/m3，水泥和膨润土总共使用数量≥160.715 kg/m3，凝胶原材料的总共使用量≥240.715 kg/m3，含砂率≥45.275%。

4.1.3 技术方案（1）与技术方案（2）对比

上述两类技术方案在施工技术及原理上均是能够实现的，而且水利工程相关现场施工作业人员在施工作业的过程中不受限制于堤身孤石、碎石以及夹层灰土的影响。现将两类技术方案的经济适用性进行分析对比。技术方案（1）迎水坡复合型土工膜处理+水泥混凝土搅拌桩防渗水处理只是在迎水坡侧面进行施工作业，对于堤顶道路表面、背水坡路以及护堤地面的施工作业的干扰程度是非常小的，对于施工工期的影响也是非常小的，然而此类技术方案对于水利工程相关现场施工作业人员的施工作业品质的要求是非常高的。技术方案（2）塑性水泥混凝土的防渗墙主墙体的连续性能是非常优异的，该技术的优点是防渗性能安全可靠，主防渗墙墙体的耐久性能优良，其中非墙体力学性能为塑性，能够适应堤防的形变，进而和堤身土进行紧密的结合。然而水利工程相关现场施工作业人员在施工作业的过程中，必须搭建起符合防渗墙施工作业技术要求的施工作业平台，施工作业的速率相对比较缓慢，对于施工周期的影响还是非常大的，与此同时必须把已经完成施工的堤顶覆土区域开挖并且将已经铺设好的加筋土工格栅盘起，等到防渗墙主体施工作业结束以后重新铺设并且进行回填土作业。上述2类技术方案的投资对比结果见表1。

表1 6标段堤身防渗2种技术方案的投资规划对比结果

水利工程相关技术人员采用以上2种技术方案在技术上以及原理上都能够符合堤身防渗相关法规及标准，在堤防设计安全使用周期以内都能够保证堤防的防渗安全过程。但是技术方案（2）塑性水泥混凝土防渗墙体施工作业的速率是比较缓慢的，对于施工工期的影响是非常大的，开槽施工作业对于第6标段已经结束的堤身覆土以及加筋土工格栅的影响都是比较大的，并且投入的资金数额是非常庞大的。技术方案（1）迎水坡复合型土工膜处理+水泥混凝土搅拌桩防渗水处理在施工作业能够和堤顶路面、背水坡路段以及护堤地绿化的施工作业确保一同实施，相互之间的影响非常微弱，对于第6标段施工周期的影响也是比较小的，并且不需要针对堤顶覆土及加筋土工格栅实施再一次施工作业。基于此，此次第6标段堤身防渗处理技术方案优选推荐选择技术方案（1）。

4.2 长江堤防渗流稳定性校核研究

水利工程相关技术人员使用Autobank应用软件针对水泥搅拌桩与复合土工膜进行防渗施工作业以后江堤渗流稳定实施校核及模拟，如图3所示，相关校核结果详见相关技术标准及法规。根据相关试验数据结果得出，此类江堤防渗技术方案能够最大限度地减少浸润线及降低渗漏数量，防渗施工作业以后的防渗效果是非常显著的，堤防渗透安全稳固及抗滑平稳性都完全符合相关行业内法规及标准的技术要求。水利工程相关技术人员根据上述两类技术方案进行对比及研究得出，第6标段江堤更改成使用采用复合土工膜+水泥混凝土搅拌桩技术方案实施江堤防渗处理，水利工程相关现场施工作业人员在施工作业完成以后，经过权威部门的检验土工膜防渗效果等关键技术指标都能够完全符合相关设计的要求[3]。

图3 迎水坡路段铺设复合型土工膜与水泥搅拌桩防渗处理的经典断面剖视图

5 结束语

综上所述，水利工程相关现场施工作业人员在此工程施工作业过程中，对于堤防加固各种不同类型地质状况使用了2类不同的防渗技术方案，在施工作业完成以后当前环境运行中都取得了非常理想的防渗效果。临水坡铺设土工膜防渗效果是非常优良的，并且施工作业工艺是非常方便的，并且施工工期较短。水利工程相关现场施工作业人员在进行堤防防渗加固过程中，必须结合堤防渗漏各种因素、各个区域的地质状况以及造价成本等重要因素，针对防渗技术方案实施经济适用性对比与选择，进而选择最科学合理的技术方案。