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        額木爾河治理工程漠河段堤基防滲設(shè)計(jì)探討

        2016-12-23 02:11:09王志遠(yuǎn)夏鳳蘭
        黑龍江水利科技 2016年10期
        關(guān)鍵詞:齊齊哈爾砂礫防滲墻

        王志遠(yuǎn),夏鳳蘭

        (1.黑龍江省中部引嫩工程管理處,黑龍江 齊齊哈爾 161006;2.齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,黑龍江 齊齊哈爾 161006)

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        額木爾河治理工程漠河段堤基防滲設(shè)計(jì)探討

        王志遠(yuǎn)1,夏鳳蘭2

        (1.黑龍江省中部引嫩工程管理處,黑龍江 齊齊哈爾 161006;2.齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,黑龍江 齊齊哈爾 161006)

        額木爾河(漠河縣新城區(qū)段)堤防處于額木爾河河漫灘區(qū),地形起伏較小,地勢(shì)由南向北逐漸降低,0+000-1+000地勢(shì)低平,地形起伏小,地面高程434.05-442.11m。地下水為第四系孔隙潛水,地下水位高程431.80-439.38m,地下水水位埋深一般為0.20-3.90m。對(duì)額木爾河漠河段堤防堤基進(jìn)行防滲設(shè)計(jì),保證堤防安全。

        堤防;堤基防滲;垂直防滲;防滲措施

        1 基本資料

        額木爾河(漠河縣新城區(qū)段)堤防處于額木爾河河漫灘區(qū),地形起伏較小,地勢(shì)由南向北逐漸降低,0+000-1+000地勢(shì)低平,地形起伏小,地面高程434.05-442.11m。地下水為第四系孔隙潛水,地下水位高程431.80-439.38m,地下水水位埋深一般為0.20-3.90m。

        本次勘察所揭露的地層巖性分層描述如下:

        第四系全新統(tǒng)沖積層(alQ4):①耕土:黑色、黑褐色,結(jié)構(gòu)松散,有彈性,海綿感,濕—很濕,含植物根系和植物纖維,局部為團(tuán)狀分布,有臭味,在樁號(hào)0+600-1+100處缺失,厚度0.00-0.80m。②級(jí)配不良礫:連續(xù)分布于第四系松散堆積層下部,黃褐色,中密-密實(shí)狀態(tài),稍濕-飽水,顆粒不均勻,多為次圓狀,少部分為圓狀和次棱角狀,礫徑一般2-20mm,個(gè)別大于20mm。礫粒以細(xì)礫為主,母巖以花崗巖、安山巖和玄武巖為主,強(qiáng)透水性,厚度3.80-4.80m。③全風(fēng)化砂礫巖:普遍分布,黃色,巖石結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞,風(fēng)化砂礫狀、似中密-密實(shí)狀態(tài),濕-很濕,厚度0.80-1.90m。④強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖:連續(xù)分布于第四系全新統(tǒng)沖積層之下,黃色-紅褐色,巖心呈塊狀,巖石結(jié)構(gòu)基本破壞,水理穩(wěn)定性中等,厚度2.3-2.50m。下部弱風(fēng)化—微風(fēng)化砂礫巖。

        各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議取值:①耕土:根據(jù)鉆探土樣現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),建議取值:天然密度1.94-1.80g/cm3、含水量ω=17%-25%、比重Gs=2.68。②級(jí)配不良礫:天然密度γ=1.95g/cm3、干密度1.67g/cm3、飽和密度2.01 g/cm3,土粒比重Gs=2.75;孔隙率n=35;內(nèi)摩擦角φ=35°、滲透系數(shù)0.208×10-2m/s。③1全風(fēng)化砂礫巖:天然狀態(tài)似粉土質(zhì)砂,比照密實(shí)狀態(tài)下的粉土質(zhì)砂特性,強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖建議取值:允許承載力[R]=300kPa。土粒比重Gs=2.72、天然密度γ=1.93g/cm3、干密度1.69g/cm3、飽和密度1.98 g/cm3、內(nèi)摩擦角φ=32°,滲透系數(shù)0.208×10-2m/s。④2強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖:巖心呈塊狀,巖石結(jié)構(gòu)基本破壞,強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖建議取值:允許承載力[R]=500kPa。

        本堤段上部耕土較薄,局部礫類土出露地表在汛期高水位時(shí)易產(chǎn)生滲透破壞,建議設(shè)計(jì)中采取適當(dāng)工程措施。堤基②級(jí)配不良礫的滲透變形類型為管涌,建議設(shè)計(jì)時(shí)取J允=0.26。

        2 堤基處理和防滲措施

        2.1 堤基類型

        根據(jù)地質(zhì)鉆探揭示本次設(shè)計(jì)堤防所在位置堤基均為砂礫石。

        2.2 堤基滲透破壞型式

        背水坡堤腳以外水平段出逸滲透比降由大變小,在滲流出口處一定范圍滲流出逸比降將大于地基土的允許出逸比降。因此在堤腳處常常產(chǎn)生管涌等現(xiàn)象,由于此類滲透破壞可能導(dǎo)致潰堤,而且可能由于堤腳處土體強(qiáng)度指標(biāo)降低而導(dǎo)致堤體失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡。

        當(dāng)?shù)袒骄冉挡荒軡M足要求時(shí),也可能產(chǎn)生滲透破壞。

        2.3 堤基滲透穩(wěn)定計(jì)算

        根據(jù)測(cè)量資料、鉆探資料選取相對(duì)不安全的斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算。漠河縣新城區(qū)堤防堤基均為級(jí)配不良礫,選取3+730和4+730斷面進(jìn)行透水堤基滲透穩(wěn)定計(jì)算。

        計(jì)算中采用的滲透系數(shù)采用按照壓實(shí)度0.91控制的土工實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

        計(jì)算情況:迎水側(cè)為P=3.33%設(shè)計(jì)洪水位,下游無(wú)水。

        參照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—2013,計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

        圖1 透水地基均質(zhì)土堤計(jì)算簡(jiǎn)圖

        透水地基均質(zhì)堤防滲流計(jì)算公式如下:

        (1)

        式中:q為單寬滲流量;qD為不透水地基上求得的相同均質(zhì)土堤單位寬度滲流量。

        透水地基均質(zhì)堤防堤坡面滲流比降:

        沿滲出段AB:

        (2)

        沿地基段BC:

        (3)

        臨界水力比降計(jì)算:

        Jc=(Gs-1)(1-n1)

        (4)

        無(wú)黏性土的允許比降:

        [J]=Jc/K

        (5)

        式中:Gs為表層土的土粒比重;n1為表層土的孔隙率;K為安全系數(shù),取2.0。

        從計(jì)算結(jié)果可以看出地基下游出口滲流比降不滿足允許比降要求,需采取工程措施,以保證工程安全。

        2.4 堤基防滲設(shè)計(jì)

        從滲透穩(wěn)定計(jì)算分析,透水堤基滲漏量大,堤后堤腳水平距離0.04-0.44m范圍內(nèi)出逸比降大于允許比降,需做進(jìn)行處理,本次設(shè)計(jì)擬對(duì)額木爾河堤防采用垂直防滲措施進(jìn)行處理。

        根據(jù)鉆探資料顯示,堤基均為砂礫石基礎(chǔ),地面以下分別為級(jí)配不良礫、全風(fēng)化礫巖、全風(fēng)化礫巖,直至弱風(fēng)化、微風(fēng)化,本次設(shè)計(jì)擬定采用截滲墻形式進(jìn)行滲流計(jì)算,截滲墻頂端高于地面0.5m,底端深入強(qiáng)風(fēng)化巖0.5m與弱風(fēng)化層相接,截滲墻的厚度為0.3-0.5m,可相當(dāng)于混凝土心墻。

        1)滲流量計(jì)算:通過(guò)單位長(zhǎng)堤體及地基的滲流量q計(jì)算按《土壩計(jì)算手冊(cè)》,公式如下:

        q=q1+q2+q3

        (5)

        式中:q為堤體及堤基的滲流量,m3/s;q1為堤體和堤體截滲墻的滲流量,m3/s;q2為堤基截滲墻的滲流量,m3/s;q3為繞過(guò)截滲墻通過(guò)表層基巖的滲流量,m3/s。

        (6)

        (7)

        q3=kTα0(H1-h)

        (8)

        2)逸出點(diǎn)高度的計(jì)算:

        逸出高度ho計(jì)算采用《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》中公式(15-4-30):

        (9)

        式中:α為逸出點(diǎn)與下游水面之間高差,m。其他參數(shù)同前。

        計(jì)算斷面采用樁號(hào)1+200斷面,通過(guò)計(jì)算采用截滲墻后,堤基滲漏量為1.168m3/d·m,不采用截滲墻堤基滲漏量為131.873 m3/d.m,相比較之下,截滲效果顯著。

        堤基采用截滲墻效果明顯,雖然投資較大,但考慮漠河縣新城區(qū)的建立,對(duì)堤防堤基進(jìn)行除險(xiǎn)加固的意義久遠(yuǎn),建議采用截滲墻。

        截滲墻布置于中心線距迎水側(cè)堤肩距離為3m,截滲墻頂端進(jìn)入堤體0.5m,底端深入強(qiáng)風(fēng)化巖0.5m。

        方案比選:

        本次截滲墻根據(jù)堤基結(jié)構(gòu)及本地區(qū)的實(shí)際情況選擇高噴截滲墻及混凝土防滲墻兩種形式進(jìn)行方案比較。其中,高噴防滲墻鉆孔間距采用1.2m,混凝土防滲墻厚度采用0.5m,詳見(jiàn)表1。

        表1 垂直防滲方案比較表

        額木爾河堤防堤身土質(zhì)為黏性土,堤基上層為級(jí)配不良礫,下層為全風(fēng)化礫巖和強(qiáng)風(fēng)化礫巖。

        水泥混凝土防滲墻適合于任何沖積層地基,包括礫石、碎石、砂土等不穩(wěn)定土層、深厚覆蓋層,從投資比較表中可以看出該方案的造價(jià)相比高噴防滲墻稍低;該方案工程施工時(shí)需要在泥漿固壁情況下進(jìn)行回填防滲料形成單元段,但措施不當(dāng)或遇到地層復(fù)雜情況時(shí)發(fā)生塌孔現(xiàn)象,影響成墻質(zhì)量,同時(shí)還會(huì)影響工期;額木爾河堤防堤基下層為全風(fēng)化礫巖及強(qiáng)風(fēng)化礫巖,地下水位偏高、開(kāi)槽固壁困難,易坍塌。

        高壓噴射灌漿防滲墻造價(jià)稍高,該方法適用于黏性土、粉細(xì)砂、砂礫石等各種地基,施工采用的振孔高噴工藝是一種利用大功率、高頻振動(dòng)錘,將設(shè)有噴嘴鉆頭的一整根高噴管(稱振管——即鉆桿與高噴管復(fù)合體)直接振入地層,至設(shè)計(jì)深度,形成鉆孔(使造孔和下放高噴管一次完成),在振管上提過(guò)程中將高噴介質(zhì)調(diào)整到設(shè)計(jì)參數(shù),進(jìn)行高壓噴射灌漿作業(yè)的高噴灌漿新工藝。

        振孔高噴工藝是充分利用振動(dòng)力造孔,在成孔效率極高的優(yōu)勢(shì)下實(shí)現(xiàn)小孔距高噴施工;可以有效利用高壓射流近噴嘴處的高能區(qū)強(qiáng)力切割、重復(fù)擾動(dòng)地層,即可保證墻體連續(xù)又能實(shí)現(xiàn)快速提升;由于單孔施工速度快,可實(shí)現(xiàn)高噴孔不分序,依次施工連續(xù)成墻;由于整根管振入地層不需要泥漿護(hù)壁,根治了坍孔和“假灌”弊病,確保墻體質(zhì)量。該技術(shù)只破壞打孔位置的路面,破壞面積較小,工程結(jié)束后對(duì)其封堵即可。

        綜上,兩種方案的造價(jià)相差不多綜合考慮堤基地質(zhì)條件、工程造價(jià)、施工條件及施工進(jìn)度要求及當(dāng)?shù)氐某晒?jīng)驗(yàn)等情況后,同時(shí)考慮額木爾河堤防保護(hù)對(duì)象非常重要,因此本次垂直防滲措施采用高壓噴射灌漿防滲墻。標(biāo)準(zhǔn)橫剖面圖見(jiàn)圖2。

        圖2 標(biāo)準(zhǔn)橫剖面圖

        截滲墻采用高壓擺噴成墻技術(shù),孔距為1.2m,防滲墻底端深入強(qiáng)風(fēng)化巖0.5m,,抗壓強(qiáng)度R28≥5MPa,墻體滲透系數(shù)k≤1×10-6cm/s。

        灌漿孔按分序加密的原則進(jìn)行布置,布設(shè)單 排孔,分為三序,每28.8m布設(shè)1個(gè)先導(dǎo)孔,先導(dǎo)孔可作為1序孔。

        [1]中華人民共和國(guó)水利部.GB50286—98堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:水利水電出版社,1998.

        [2]齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司.黑龍江省額木爾河治理劃等號(hào)初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].齊齊哈爾:齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,2016.

        1007-7596(2016)10-0057-03

        2016-10-08

        王志遠(yuǎn)(1967-),男,黑龍江齊齊哈爾人,工程師;夏鳳蘭(1972-),女,黑龍江齊齊哈爾人,工程師。

        TV871

        B

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