光明堤堤身堤基防渗加固处理设计

谌 星

(上高县水利局，江西 宜春 336400)

1 工程概况

上高县光明堤位于新界埠镇境内，锦河中游右岸，距上高县城8～18 km。圩堤起点自新界埠镇先锋村白溪组(锦惠渠石井节制闸处)，终点至湾溪村田港组(锦惠渠界埠闸处)，圩堤全长11.87 km。圩堤保护面积11.9 km2，保护耕地0.1万hm2，保护人口0.55万人。

2 堤身、堤基渗漏险情

2.1 堤身渗漏险情

光明堤堤身填筑土黏结性差，结构松散，堤身填筑土就地取材，属洪冲积来源，以壤土为主，各种成分相互混杂。填土土质不均匀，具中等透水性，存在堤身渗漏问题，现状水坡面均见渗水，圩堤出现堤身渗漏险段总长7770 m，其中重大险情4270 m。

2.2 堤基渗漏险情

堤基第四系主要为洪冲积层，局部为残坡积层，其组成为：洪冲积层表层以壤土为主，中部为中细砂层；下部为砂卵(砾)石层，厚度不均匀，局部厚度较大；残坡积层为粉质黏土为主，局部夹少量碎石；下覆基岩为震旦系板岩及石炭系黄龙组石灰岩。壤土、中细砂层、砂卵(砾)石层、粉质黏土渗透系数分别为2.9×10-4cm/s、2.0×10-3cm/s、1.5×10-2cm/s、2.4×10-5cm/s，上部壤土透水性较弱，中细砂层、砂卵(砾)石层透水性较强，是地下水径流的主要通道。堤脚沿线池塘、沼泽地分布较广，堤脚壤土分布变薄，在持续高水位条件下，河水势必沿途径较短、覆盖层较薄处产生渗透破坏，危及大堤安全。堤基渗漏险情总长7731 m，另背水坡脚水塘、沼泽地总长853 m。

3 堤身堤基防渗加固处理设计

3.1 堤身堤基处理方案比选

考虑当地建材，处理方案的适用条件等因素，考虑堤身堤基均需同时进行防渗处理，初拟堤顶射水法造混凝土防渗墙、黏土斜墙结合射水法造混凝土防渗墙、黏土斜墙结合背水坡脚填塘压浸、冲抓套井回填黏土心墙结合背水坡脚填塘压浸等4种方案进行比较。

方案Ⅰ：射水法造混凝土防渗墙方案。防渗墙沿堤顶布置，其轴线与设计后的堤轴线重合；墙顶高程在设计水位以上0.5 m。考虑现有堤顶较窄，防渗墙在堤身培厚后施工；若堤基砂卵石层厚度小于等于15 m，则墙底深入下部板岩或粉质黏土层内0.5 m；若堤基砂卵石层厚度大于15 m，则墙底深入砂卵石层15 m考虑。

方案Ⅱ：黏土斜墙结合射水法造混凝土防渗墙方案。堤身采用黏土斜墙，黏土斜墙顶高程为设计堤顶高程，顶宽1.5 m，堤脚墙厚大于最大水头的1/5，黏土斜墙上游坡坡比为1∶2.5，下游边开挖边坡1∶2.0，斜墙底至设计枯水位。堤基采用射水法造混凝土防渗墙，墙顶高程为设计枯水位以上1.0 m[1]，黏土斜墙底设射水造混凝土防渗墙施工平台，墙底高程同方案Ⅰ要求。

方案Ⅲ：黏土斜墙结合背水坡脚填塘压浸方案。堤身采用黏土斜墙，具体设计要求同方案Ⅱ。堤基防渗采用背水坡脚填塘压浸方案，对出现渗流险情段，填塘后再作压浸处理，压浸宽度为20 m，末端设1∶1.5斜坡衔接，填塘压浸采用透水性土石料填筑，填筑渗透系数要求大于压覆土体渗透系数，即要求大于4.3×10-4cm/s[2]。同时便于防洪检查和抢险，结合工程管理范围，将堤内距设计堤脚20 m内的取土坑、水塘、沼泽地填平。

方案Ⅳ：冲抓套井回填黏土心墙结合背水坡脚填塘压浸方案。堤身采用冲抓套井回填黏土心墙，其轴线为设计后的堤轴线上游侧0.5 m，墙顶高程在设计水位以上0.5 m，墙底高程比背水坡脚低1.0 m，且不低于枯水位。考虑现有堤顶较窄，防渗墙在堤身培厚后施工。

四种方案工程量及造价比较结果见表1。

表1 四种方案工程量及造价比较结果

从表1可以看出，方案Ⅲ分别比方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅳ节省投资3195.75万元、2499.14万元、865.25万元，且考虑填塘压浸便于防洪检查、抢险、确定工程管理范围；方案Ⅰ防渗效果较好，但造价较高；方案Ⅱ造价较高，且黏土斜墙和射水造混凝土防渗墙间衔接施工较复杂，易造成防渗失效；冲抓套井回填黏土防渗墙施工质量较难控制，设备进出场困难；黏土斜墙施工较为直观，质量便于控制，但应避开雨季施工。故综合考虑技术、经济、安全可靠等各方面因素，确定择优选取方案Ⅲ(黏土斜墙结合背水坡脚填塘压浸方案)。

3.2 黏土斜墙设计

堤身采用黏土斜墙，处理范围为桩号4+300～5+650、8+400～10+050、10+600～11+870，总长4270 m。黏土斜墙顶高程为设计堤顶高程，根据现有震动碾压机器宽度确定黏土斜墙顶宽1.5 m(局部可1.0 m左右)，堤脚墙厚大于最大水头的1/4，黏土斜墙上游坡坡比为1∶2.5，背水侧开挖边坡1∶2.0，斜墙底至设计枯水位。黏土斜墙底设截水槽，槽底宽2.0 m，边坡为1∶1，底部深入堤基1.0 m以上。

黏土斜墙填筑设计指标和填筑要求：根据《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》(SL 251—2015)，黏土斜墙防渗料塑性指数为 10～20，黏粒含量15%～40%的要求[3]。

黏土斜墙填筑土料采用料场黏土填筑，设计渗透系数K≤1.0×10-5cm/s、设计干容重γ≥1.48 g/cm3，压实度不小于0.95[4]。

3.3 背水坡脚填塘压浸设计

为防止堤基渗透破坏和增加堤内坡的抗滑稳定，需对出现渗流险情段作背水坡脚填塘压浸处理，填塘压浸处理范围为桩号1+461～4+943、5+423～5+595、6+086～6+298、6+599～6+947、7+267～8+521、9+241～9+656、10+022～11+870，共7处，总长7731m；另背水坡脚填塘固基(含沼泽地)处理范围为桩号0+099～0+215、0+478～0+626、5+595～5+642、6+298～6+392、8+882～9+009、9+205～9+241、9+656～9+753、9+834～10+022，共8处，总长853 m。

3.4 加固后渗流稳定计算

加固后各典型断面计算渗透坡降计算成果见表2，由表2可以看出，各堤段背水坡出逸段最大渗透坡降均小于允许渗透坡降，堤段堤基表面最大水平渗透坡降均小于允许渗透坡降，堤段砂卵(砾)石层最大水平渗透坡降小于允许渗透坡降，满足规范要求。

表2 加固后各典型断面计算渗透坡降

加固后各典型断面堤坡稳定计算成果见表3。由计算结果可知，迎水侧和背水侧堤坡安全系数均>1.1，满足规范抗滑稳定要求。

表3 加固后各典型断面堤坡稳定计算成果

4 结 语

光明堤堤身堤基渗漏严重，文章从投资、施工技术、防渗效果等方面综合考虑，选取黏土斜墙结合背水坡脚填塘压浸的防渗加固设计方案，实际运行过程中防渗效果较好，可供类似工程参考。