老洲圩東堤除險加固工程防滲加固分析

徐曉曉

（銅陵市義安區老洲鄉人民政府,安徽 銅陵 244100）

1 引言

堤防滲漏是影響堤防工程安全的一個重要因素。堤防工程發生破壞將會對河道沿線居民的安全產生重大影響,帶來不可估量的損失。因此,為了提升堤防工程安全進行防滲加固是非常必要的。目前,在工程實踐中,有較多的措施可實現堤防工程防滲加固,在工程實施階段,需要結合工程實際情況,采取經濟、技術、耐久性良好的措施進行工程加固,提高治理效果[1-3]。

2 工程概況

老洲圩現狀圩堤長17.5 km,堤頂高程14.01 m～14.64 m（85高程）,堤寬6 m～7 m。內外坡坡比 1∶2.5～1∶3。該堤主要由當地農民投工投勞逐年興建而成,歷史悠久,主要是沙基、沙堤堤身較單薄,另外加固土料中因清基不徹底,混有雜草、樹根等雜物。防洪標準較低,目前尚未實施系統的工程治理。老洲圩位于長江～主江和二江之間,圩內現有義安區老洲鄉光輝村、中心村、和平村、民主村。保護面積約13.9 km2,保護耕地1.04萬畝,保護人口10860 人。

根據地勘成果,對堤防穩定影響較大的主要是淺層土,所以堤基地質結構一般主要以堤高1.5倍深度或河道深泓以上的地層土性—即堤基上部8 m～10 m土層的物質組成、力學性質、滲透特性及其工程特性上的差異,對堤基地質結構類型進行劃分,老洲鄉的堤基土體地質結構從整體上可分為雙層結構Ⅱ1類。堤基②層淤泥質粉質粘土抗剪強度較低,在其局部上覆①層素填土厚度較薄堤段,荷載作用下易產生蠕動或順層滑動,且堤內存在溝塘,緊臨堤腳,對堤基抗滑穩定不利。對此類堤段宜進行抗滑穩定性分析計算。

老洲鄉大堤主要為人工填筑的素填土①層,由于堤身逐年加固,不同時期、不同堤段筑堤土的組成、性狀、壓實度及固結程度各不相同?？傮w來說堤防坡面較陡,部分堤段順流沖刷嚴重,局部堤段堤坡出現過不同程度的塌滑。由于時間已久、應力釋放后土顆粒重新排列,與周圍土體重新膠結、不易找到滑動面,但不排除有繼續塌滑的可能,建議對堤防進行放緩邊坡或護坡處理。

表1 堤基地質結構分類表

3 堤防防滲加固設計

3.1 防滲加固范圍

由于壩身和壩基都存在嚴重的安全隱患,故本次防滲加固設計壩身、壩基均須做防滲處理,防滲范圍從0+000～0+830,及四段局部加固,總長度1030 m。

3.2 堤防防滲加固措施

針對堤防填筑質量差,滲漏嚴重的情況,可選擇粘土斜墻防滲、多頭小直徑防滲墻等。

方案一：粘土斜墻+粘土截水槽防滲

壩身防滲結合堤防加高培厚,土壩防滲墻自上而下逐漸加厚,頂部寬度不小于2 m,底部厚度不小于3.0 m,墻頂高程高出正常運用的靜水位0.6 m以上；非常運用情況應不低于非常運用靜水位。本工程設計將上游坡表層土清除不小于300 mm,再至下而上填筑粘土斜墻,為保證墻厚度,斜墻內邊坡為現狀坡清表后的坡比,外邊坡為1∶3.0,防滲墻頂部高程至壩頂道路墊層,頂部寬度2.0 m,能滿足防滲墻在所需墻頂處頂寬不小于2.0 m,底部厚度不小于3.0 m的規范要求。斜墻底部和壩基結合處做截水槽,深入弱透水層2.0 m,截水槽開挖邊坡上游為1∶1.5、下游為1∶2.5,土料選用粘性土,壓實后滲透系數不大于1.0×10-5cm/s,壓實度不小于0.95。

方案二：多頭小直徑深層攪拌噴灌漿成墻

自壩頂順軸線方向布置深層攪拌樁防滲墻。防滲墻頂部高程為10.00 m,底部深入壩基線不小于1 m,平均深度12.0 m。多頭小直徑深層攪拌防滲墻面積9960 m2。

方案比選：

上述兩種方案在技術上都是可行的,均能夠達到控制壩體和壩基滲流、降低壩體浸潤線的目的。只是在應用于本工程時,施工條件、施工工序、施工周期、施工難度及工程投資上存在差別?，F對上述二個方案做進一步技術經濟分析比較。

粘土防滲斜墻的優點是施工器械進場方便,便于施工。缺點是施工時需要層層碾壓,若碾壓不實,容易出現防滲不良的后果。

多頭小直徑深層攪拌噴灌漿成墻的優點造價低,施工速度快,工效高,耐久性好。缺點是對施工精度要求較高,孔斜率大時相鄰單元易分岔,施工機械進場困難。

綜合比較,本著高效可行經濟耐用原則,本次主壩防滲設計擬采用方案一多頭小直徑深層攪拌樁防滲。兩種方案的工程量及投資見表2。

表2 方案造價比選表

綜合技術及經濟價值比較結果決定推薦管涌滲漏段壩體多頭小直徑深層攪拌樁,同時,由于本次堤防防滲深度最大只有12.0 m,比較適合多頭小直徑的使用,所以本次加固設計擬選用此方案,其他滲漏點因滲漏范圍、長度等因素考慮采用粘土斜墻防滲+壩基粘土截水槽。

截滲墻布置在堤防迎水側坡腳10m平臺處,根據地質勘探資料,堤身填土質量較差,壩基為①素填土,滲透系數為7.36 E-4 cm/s,屬弱透水性,土層厚度較薄約0～1.5 m；下臥層為②淤泥質粉質黏土,滲透系數為1.55E-5 cm/s,屬弱透水性,下部層為③細粉砂夾粉土,滲透系數為3.28 E-3 cm/s,為弱透水性。本次設計在樁號0+000～0+830段進行防滲加固,防滲墻底部穿過②淤泥質粉質黏土,伸入③細粉砂夾粉土,以截斷壩身壩基面的接觸滲漏；如多頭小直徑深層攪拌樁機無法伸入該層,應在該層表面復攪噴漿,以達到較好截滲的目的[4-5]。

4 堤防加固后滲流穩定計算

根據工程現狀,選取樁號0+530斷面作為滲流復核計算斷面。根據地質報告,斷面土層簡化為：①壩體填土；②淤泥質粉質黏土；③粉細砂夾粉土；④粘土斜墻。土壩穩定分析簡圖見圖1。

根據本工程區的地勘資料及類似工程經驗,本次堤身及堤基滲流、抗滑穩定計算參數取值見表3。

4.1 滲流計算

老洲鄉水毀修復工程滲流計算應主要分析上游最高水位與下游不利水位組合的情況。結合今年調查洪水位壩埂頭水位為14.84 m（吳淞高程）,推算老洲鄉水位為15.5 m（吳淞高程）,換算為85高程為13.58 m,結合后期防洪本次用調查洪水位13.58 m進行計算。水位組合見表4。

堤防滲流采用有限元法進行計算,加固后滲流計算成果見表5。

表5 堤防滲流計算主要成果表

根據計算結果,水力坡降小于0.46,堤防不會出現流土、管涌等現場,因此堤防防滲性能較好[6]。

堤防滲流計算結果表明：壩內浸潤線位置、滲流出逸點符合規范。水位組合下堤防水力坡降數值圖及流網圖見圖2、圖3。

圖2 防滲加固堤防水力坡降等值線圖

圖3 防滲加固堤防水頭等值線圖

4.2 穩定計算

老洲鄉水毀修復工程抗滑穩定計算工況及成果見表6,和圖4。

圖4 堤防加固后抗滑穩定計算成果圖

表6 穩定計算安全系數成果表

5 結論

老洲圩堤防由當地農民投工投勞逐年興建而成,沙堤堤身較單薄,防洪標準較低,經過長時間運行,老洲圩東堤出現了較為嚴重的管涌現象,滲流嚴重,存在嚴重的安全隱患,為了提升堤防工程的安全性,采取防滲加固方案,經過方案比選,粘土斜墻+粘土截水槽防滲方案經濟性、耐久性良好,作為推薦方案。經過堤防滲流計算結果表明：壩內浸潤線位置、滲流出逸點符合規范,加固后堤防工程防滲效果顯著提升。建議在施工過程中需要根據設計要求,選用適宜的施工工藝參數,提高施工質量,確保堤防防滲加固效果。