汪貴紅

(上海市政工程設計研究總院安徽分院，安徽合肥230001)

1 工程概況

新河口泵站位于安徽省東至縣長江南岸大堤上，距離外江岸灘邊緣約650 m，裝20臺28ZLB－70軸流泵，總裝機為3 100 kW，以排澇為主，兼有灌溉功能。該站基礎座落在長江沖積層上，站址、前池附近地表高程12.0 m，地表下是粘性土覆蓋層，覆蓋層下為約30 m深的透水砂層，與長江主泓出露的砂層直接相聯(lián)。該站于1972年冬開工，建成于1975年。施工期基坑開挖采用明溝排水，地基受到砂層承壓水的滲流破壞，多次出現(xiàn)涌水冒砂現(xiàn)象。建成后，泵站站基及前池底部幾乎年年管涌冒砂，有幾次十分嚴重。如1983年汛期，前池干砌石護底部位出現(xiàn)大面積坍坑，坍陷體積達130 m3，深達1.6 m。1986年汛期在1983年坍陷加固部位的漿砌石護底處大面積隆起，約有48 m2，最大隆起高度為0.5 m。1998年4月泵站檢修前，前池出現(xiàn)3處管涌冒砂，最大一處冒砂量約6 m3，沉陷范圍約16 m2，深約0.3 m。該站是安徽省長江大堤上的重大險工之一。

2 前池滲流破壞的原因分析及加固方案的選定

站址位于長江沖積層上，地基是典型的二元結構。地表高程12.0 m至2.0 m左右為粘性土覆蓋層，滲透系數約為1×10-6cm/s，以淤質中、重粉質壤土為主，含有輕粉質壤土夾層和粉細砂透鏡體；覆蓋層以下分別為極細砂、細砂、粗砂礫石，深度約為35 m，滲透系數為10-4～10-2cm/s。由測壓管資料分析，前池西側覆蓋層內的粉細砂透鏡體和深砂層相通。覆蓋層內地下水為孔隙滯水，砂層的承壓水主要受江水補給。汛期江水位高于堤內地面，深砂層在長江主泓已出露，江水直接通過深砂層向前池內滲流。非汛期，江水位低，覆蓋層內潛水向砂層補給滲流。

該站施工時，采用明溝排水，基坑覆蓋層受砂層承壓水頂托，涌水冒砂，受到較嚴重的擾動破壞。覆蓋層雖為粘性土，但含有粉細砂透鏡體，以及極薄砂土互層，根據測壓管資料分析，前池的滲透出逸坡降已超過覆蓋層的允許出逸坡降，經多次滲流破壞，已和深砂層相通。深砂層承壓水是滲流破壞的主要原因。

該工程曾多次加固，其中主要加固有4次，前池原有干砌石護底，經數次加固后，分段改為鋼筋混凝土、混凝土和漿砌塊石，剩余透水的干砌塊石護底面積僅為前池的1/5左右。

上海市政工程設計研究總院安徽分院于1998年承擔了該站的除險加固設計任務。在綜合分析測壓管水位資料，以及歷次除險加固的經驗教訓后，擬定以排滲減壓為主的原則，將前池砂層以上約4 m厚已破壞的覆蓋層挖除直至砂層，鋪設土工布，保護砂層以免細顆粒流失，土工布上回填強透水砂卵石，前池內及四周設若干砂井，砂井填以復合土工布袋裝砂礫石，使深層承壓水順暢導出。以下主要介紹該工程中土工布、復合土工布的設計和應用。

3 土工布、復合土工布的設計

根據地質勘探資料，地基下砂層上部為極細砂，按其顆分曲線，各種特征粒徑均值為。極細砂的顆粒較均勻，不均勻系數

3.1 無紡土工布設計

該站地基多次滲透破壞，砂層上部極細砂貫入擊數低，相對緊密度松，覆蓋層內已形成滲漏通道，減壓溝基坑開挖中也證實了這一推斷符合實際。為防止極細砂滲透破壞，減壓溝內鋪設土工布，既保護極細砂顆粒不流失，又具有透水性。

按照《水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范》(SL/T225－98)(以下簡稱《土工合成材料規(guī)范》)，反濾材料應滿足保土性、透水性及防淤堵性。下面根據極細砂各特性粒徑分別對其進行保土、透水，以及防淤堵設計，選擇合適的無紡土工布。

3.1.1 保土性

無紡土工布的保土性應滿足《土工合成材料規(guī)范》式(4.2.2-1)

式中：O95——土工織物的等效孔徑，mm;

d85——被保護土的特征粒徑，即土中小于該粒徑的土質量占總質量的85%，采用試樣中最小的d85，該工程d85min=0.19 mm;

n——與被保護土的類型、級配、織物品種和狀態(tài)有關的經驗系數。

n按規(guī)范中表4.2.2規(guī)定取值,因d50均大于0.13 mm,即d≤0.075 mm對應的含量百分比＜50%,Cu=3.48,n=0.5×Cu=1.74。

3.1.2 透水性

無紡土工布的透水性需滿足規(guī)范中的要求，即土工布的滲透系數必須大于被保護土料的滲透系數或10倍于被保護土料的滲透系數，極細砂的滲透系數8×10-4cm/s,即使取10倍，也僅為8×10-3cm/s。根據國內大部分廠家的試驗檢測結果，滲透系數均超過8×10-3cm/s,所以該工程要求滲透系數大于1×10-2cm/s。

3.1.3 防淤堵性

被保護的極細砂不均勻系數小，亦即級配較好，前池設置定長減壓溝及排滲減壓砂井后，根據滲流分析計算，位勢及水力梯度大為降低。按規(guī)范中式(4.2.4-1)計算 O95。

式中：d15——被保護土的特征粒徑，即土中小于該粒徑的土的質量占總土質量的15%，d15=0.066 mm。

綜合以上結果，無紡土工布需滿足0.198 mm≤O95≤0.33 mm;且滲透系數 ＞10-2cm/s，厚度根據已有的土工布應用經驗取4 mm,每平米重400 g。

3.2 復合土工布設計

前池和站基周圍設置深砂井及淺砂井。為保證站基附近深砂井有效發(fā)揮排滲減壓作用，防止淤堵，Ф0.8 m的砂井內先置入Ф0.6 m的復合土工布袋，內裝強透水砂卵石。復合土工布為1 mm厚機織布與1.5 mm厚無紡土工布復合而成。按反濾準則，復合土工布袋周圍回填勻粒中砂，要求不均勻系數Cu≤3,復合土工布的被保護土料即勻粒中砂，復合土工布易于滿足保土性、防淤堵性要求。袋裝砂卵石對布袋的抗拉強度有一定的要求,機織布具有較高的抗拉強度，但保土性較差，無紡土工布抗拉強度低，但保土性可達設計要求，所以采用復合土工布。

經計算,在施工過程中土工布袋承受的最大拉力達56 kN，相當于1 485N/5 cm。一般無紡土工布的抗拉強度遠低于1 485N/5 cm,另外,尚需考慮1.5以上的安全系數，以免土工織物拉伸變形過大，既降低了滲透性又減低了強度，最終設計要求復合土工布的抗拉強度不低于2200N/5 cm,滲透系數不小于10-2cm/s。因復合土工布袋內裝砂卵石，外填勻粒中砂，而復合土工布的等效孔徑一般小于無紡土工布，所以對等效孔徑要求不小于0.08 mm。

該加固工程于1998年11月動工，現(xiàn)已完工。在實施加固中，建設單位及施工單位根據設計要求，征詢了5～6個生產廠家，最終選定安徽省安慶市土工織物廠的產品。經隨機取樣，送長委長江科學院長江地基公司檢測，無紡針刺土工布的的等效孔徑為0.2 mm，滲透系數達3.07×10-1cm/s;復合土工布的等效孔徑為0.09 mm，滲透系數5.73×10-2cm/s抗拉強度達2 470N/5 cm,滿足設計要求。在施工過程中，現(xiàn)場在對設置復合土工布袋的深砂進行現(xiàn)場注水試驗，深砂井的滲流量明顯大于無土工布袋的淺砂井，主要原因之一是復合土工布袋內裝強透水砂卵石。新河口泵站及前池的地基經加固后，泵站及前池四周測壓管位勢普遍降低，與去年同期同水位相比較，位勢值平均降低約30%，且前池四周測壓管水位趨于接近。按1999年6月2日實測值推算，前池部位砂層內的位勢值平均為21.8%，若遇50 a洪水，水頭差最大時，承壓水頭為1.53 m，最大垂直出逸坡降為0.36。滿足抗?jié)B安全要求。

4 結語

新河口泵站地基抗?jié)B加固處理中，合理地采用了無紡針刺土工布，復合土工布，造價經濟合理,達到排滲降壓、工程抗?jié)B安全的預期目的，為安徽省長江南堤除去了一大工程隱患。