圩堤防渗加固设计及效果分析

敖健鹏

（永修县水利局,江西 永修 330304）

圩堤工程是鄱阳湖毗邻地区防洪体系的重要组成部分,也是防汛抢险的关键,在应对超标准洪水、减轻洪涝灾害方面发挥了不可替代的作用。圩堤修筑就地取材,堤身由细砂或粘性土组成,因特殊的筑坝材料和堤基特点,对圩堤进行防渗处理,可提高洪水的抵御能力[1]。针对永修县万青联圩堤身和堤岸冲刷严重,建筑物老化破损等问题,本文深入比选分析常见的几种堤身和堤基加固措施,应用数值分析方法。

1 工程概况

潦河流域地处江西省西北部,是修河下游右岸的最大支流,以九岭山脉与修河分隔。万青联圩位于潦河下游南面,圩区平面呈“O”型,圩区地势平坦,地面高程18 m~21 m,地势平坦,港汊、湖沼密布,为典型的河湖相冲积平原地貌。万青联圩分布见图1。

图1 万青联圩分布图（永修县部分）

2 堤身防渗加固设计

圩堤在长期运行过程中,部分堤身工程的断面不达标,堤身和堤基发生渗漏险情,加之堤身和堤岸受水流、风浪冲刷严重,影响大堤防洪安全。需根据堤身、堤基土质及渗漏情况,采取相应的防渗加固措施。

2.1 堤身渗控措施

堤身隐患处理的目的在于密实堤身,堵塞漏水通道,降低堤身浸润线,减少饱和区。根据堤身土质,结合堤基地质情况,可采取灌浆密实堤身或形成防渗墙来达到防渗目的。常用措施主要有：临水面粘土斜墙防渗、深层搅拌桩防渗墙、射手法造砼垂直防渗墙等。

2.1.1 粘土斜墙

粘土斜墙具有施工简单、施工速度快、造价较低等优点,但对堤外河滩宽度有一定的要求,适用于粘土料场运距较短的堤段,且附近应具有足够储量的粘土料场。

本工程可采用加粘土斜墙的方案,工程粘土料场运距约15 km。粘土斜墙上部宽为1 m,底部的厚依据土料渗透坡降决定。斜墙采用粘土填筑,斜墙土料的渗透系数K小于等于1×10-5cm/s,压实度大于91%。

2.1.2 深层搅拌桩

该措施的优点是设备简单,施工工艺明了,整机协调性能好,运行可靠,施工速度快、工效高,无振动,无污染,无噪音,造价低（通常为高喷防渗墙造价的1/3~1/4）,适用于粘土、砂土以及含砾直径小于0.05 m的砂砾石层,单价约为79.41元/m2。但对杂填土不适用,且成墙深度有限。

深层搅拌心墙采用多头小孔径深层搅拌机造防渗墙,心墙孔径30 cm,桩间距22.5 cm,有效厚度19 cm,渗透系数K≤1.0×10-6cm/s。深层搅拌心墙的固化剂一般选择425#普通硅酸盐水泥,掺入量为加固土重的8%~16%,其固化1 m3的土需要加入120 kg~160 kg的水泥。因此,为增强流动性,利于泵送,可掺入水泥重量0.2%~0.25%的木质素磺酸钙减水剂；为促进速凝、早强,可用硫酸钠（掺量为水泥用量的1%）和石膏（掺量为水泥用量的2%）与之复合使用。搅拌头二次提升速度均控制在2.5 min/m~3 min/m。注浆泵出口压力控制在0.4 MPa~0.6 MPa。本方案深层搅拌防渗心墙25085 m2。

2.1.3 射水造砼防渗墙

射水造砼防渗墙主要是采用特殊装置,以高压、高速的射流冲击土层,破坏其结构,使砂石露出水面,并在水下进行成槽孔的浇筑,最终形成防渗墙。射水造砼防渗墙的造价高,但防渗效果好。

射水法造墙机由造孔机、浇筑机、混凝土搅拌机三部分组成。造孔机以高压、高速的射流冲击土层,破坏土体,并结合刀具修整孔壁,注入泥浆以形成固定的长方形槽孔,之后,采用浇筑机在槽孔的底部浇筑混凝土。造墙深度25 m以内,混凝土墙体厚度22 cm,孔斜率小于1/300,混凝土设计标号为C20,整体防渗性K＜5×10-7cm/s；混凝土坍落度为18 cm~22 cm,扩散度为35 cm~45 cm；造浆粘土要求塑性指数大于20；固壁泥浆比重为1.1 g/mm~1.3 g/mm,粘度为18 Pa~25 Pa；槽孔内泥浆面应高于地下水位1.8 m,并不得低于孔口高程0.3 m；混凝土用原材料须符合水工混凝土技术规范要求。2.1.4 方案比选

从防渗效果、施工条件、工程造价等方面对三种方案进行技术和经济的比较,见表1。

表1 堤身防渗方案比较

通过对造价、防渗效果、施工及适用条件分析,并根据鄱阳湖区的圩堤堤身防渗处理实践经验,深层搅拌桩具有防渗效果好、价格较低、施工速度快、质量容易控制等优点。因此,垂直防渗域推荐采用深层搅拌桩防渗墙及堤背水坡土方填筑的方案。

2.2 堤基防渗加固设计

万青联圩堤基主要由第四系全新统冲积层组成,根据堤基地质条件、渗漏险情及隐患,通过对造价、防渗效果、施工及适用条件分析,并根据鄱阳湖区的圩堤堤基防渗处理经验,结合堤身防渗处理确定堤基防渗的相应处理措施。

2.2.1 水平压盖

水平压盖作用是延长渗径,降低渗透坡降,使其小于堤基渗透降允许值。水平压盖可采取临水侧防渗铺盖和背水侧填塘固基、压渗盖重。由于堤外大多临河岸,无足够的滩地做铺盖,且铺盖土料要求高,取土困难,施工难度较大。根据以往的经验,在堤防的背水侧填平取土塘和水平塘,以稳固堤基,起到良好的防渗作用,

2.2.2 垂直防渗

对地质情况复杂且受地形条件限制,不宜采用水平压盖或填塘压浸工程,可采取垂直防渗处理,根据本工程实际情况,均可采用水平防渗措施,而堤基强透水层较深,较难截断,造价较高。

2.2.3 排渗减压

在堤防内部修筑减压井和排水沟,经过减压井和排水沟将承压水反滤排出,减小水头,防止渗漏。减压井和排水沟的投资费用较低,施工简单,但后期维护费较高,排水反滤需经常更换,否则会阻塞失效,而减压井（沟）排出的水再由电排站抽排到外河,年运行费用高,采用此种方案不经济。

根据以上防渗效果、施工及适用条件,结合地形地质、险情分布和现场实际情况,本次堤基防渗设计采用填塘固基及水平铺盖等防渗措施,局部险情严重段使用垂直防渗延长渗径。

2.3 渗控效果分析

主要选择堤身土质防渗性能差、堤基表层粘土铺盖缺失或较薄、渗漏险情严重的断面进行分析计算,即8+200、10+000、11+100为典型断面,计算外河的设计洪水位,堤内无水流的稳定渗流。结果见图2~图4。计算结果见表2,计算坡降为背水侧堤基表面最大渗透出逸坡降。

图2 8+200 设计洪水位工况等势线图

图3 10+000 压浸后设计洪水位工况等势线图

图4 11+100 垂直防渗后设计洪水位工况等势线图

表2 渗流计算成果表

计算结果表明,选取的典型断面处理前堤身、堤基渗流稳定不满足要求,采取压浸、黏土铺盖及高压旋喷处理措施后渗透坡降满足要求。

3 结语

本文在分析万青联圩现状、堤身和堤基特点的基础上,从防渗效果、工程造价、施工速度、质量控制等方面对预选方案进行比对分析,确定堤身垂直防渗域采用深层搅拌桩防渗墙及堤背水坡土方填筑的方案,堤基采用填塘固基及水平铺盖等防渗措施,并结合数值计算确定了处理后的效果满足规范要求,证明防渗加固设计方案合理,为圩堤防渗处理提供了较为完善的处理思路。