何國華 陳欣
寧波市水利水電規(guī)劃設計研究院 浙江寧波 315192
海塘作為一種抵御海潮的土石混合堤,堤身為拋石,堤后為粘性土閉氣區(qū),在潮汐的作用下,閉氣區(qū)局部薄弱環(huán)節(jié)容易被水流擊穿形成滲漏通道,通道一旦形成,細顆粒在長時間的反復滲流作用下被帶走,基底被掏空,內(nèi)鎮(zhèn)壓平臺就會塌陷影響海塘安全。
工程區(qū)位于浙東沿海,所處海域的潮型屬非正規(guī)半日淺海潮港類型,平均漲潮歷時為6小時14分,平均落潮歷時為6小時10分,歷史最高潮位4.33m(1997年),多年平均高潮位2.39m,多年平均潮位0.68m,多年平均低潮位-1.20m。該工程區(qū)的平均潮差為2.79m。設計高潮位4.50m。
本海塘全長約8000m,設有兩座出海閘,護塘河沿海塘內(nèi)側布置,河底標高-1.50。工程于2008年開工建設,2012年8月,海堤工程全線完工。
海塘采用土石混合壩堤型,平均塘高9m,塘頂寬5.0m,迎潮面采用雙坡帶平臺的復式折坡,迎潮面設砼四腳空心塊護面和,拋石外鎮(zhèn)壓平臺,堤內(nèi)側為閉氣土方區(qū)和小石壩,海塘斷面底寬近100m,其中閉氣土方設計底寬≥20m。
2017年初,發(fā)現(xiàn)3+200-3+500、4+600-4+650、5+443-5+600、6+350-6+550共四段海堤內(nèi)側小石壩有漏水點,出逸點在護塘河的水面以上,發(fā)現(xiàn)內(nèi)鎮(zhèn)壓平臺土方塌陷坑洞4處。據(jù)測算,一個高潮下來,內(nèi)護塘河水位可上漲10cm以上,漏水量達4萬m3/小時,漏水量驚人。
根據(jù)原設計斷面及滲漏點所處位置,與施工經(jīng)過比對,發(fā)現(xiàn)滲漏部位分別位于Ⅱ標段龍口(3+300-3+400),水閘圍堰(4+600),Ⅲ標段龍口(5+500-5+600)、Ⅲ標段回車平臺(6+500)附近,而這些部位均為拋石或石渣陷入涂面以下最深的堤段。
初步判斷滲漏通道位于閉氣土方與原始海涂面交界處,經(jīng)地勘,發(fā)現(xiàn)內(nèi)鎮(zhèn)壓平臺以下5.0-7.0m存在碎塊石層,主要由碎石、塊石等組成,碎石粒徑20-100m,塊石直徑200mm以上,均呈棱角狀,層厚1.80-3.30m,樁號5+574處的ZK7孔層厚達4.80m。
由此得出結論:閉氣土方區(qū)底部有深埋地下的透水夾層,夾層內(nèi)無粘性土和細顆粒沙礫,孔隙率達30%以上,細顆粒被大量帶走,由此造成上部土方沉陷形成內(nèi)鎮(zhèn)壓層平臺頂部坑洞。
方案一:高聚物導管注漿
高聚物注漿材料是一種雙組份發(fā)泡體高分子聚合物,兩種組份材料采用現(xiàn)場混合后發(fā)生化學反應、同時體積快速膨脹,反應后的高聚物材料凝固體不降解、無污染,具有良好的穩(wěn)定性和耐久性,其滲透系數(shù)約為10-8cm/s。
高聚物導管注漿原理上與充填灌漿相同,只是灌漿材料選取的是高聚物,通過材料的自身快速膨脹性擠密土體,填塞縫隙,單排即可形成帷幕,堵塞滲漏。
注漿工藝如下:確定注漿位置→鉆注漿孔→下注漿導管→封閉注漿孔。
高聚物注漿帷幕布置在海堤內(nèi)坡腳外5m處,單排布置,孔距0.5m,漏水段處理共計880m,墻體總長880m,平均深度與方案二中灌漿孔深度相當,初定為6.5m,試劑膨脹系數(shù)按6倍控制,按滲漏通道空隙率折算,每孔注漿量約50kg。
方案二:砂礫石帷幕灌漿。
鑒于透水層埋深較淺,但空隙率大,結合類似工程防滲處理工程經(jīng)驗,考慮在海堤閉氣土方區(qū)先采用水泥砂漿進行初灌,擬布置兩排灌漿孔,排距1.0m,孔距2m,按三序施工。灌漿時可根據(jù)現(xiàn)場滲水點具體位置調整,選擇滲水嚴重的堤段。灌漿孔穿透滲水夾層后伸入原地基1m,灌漿部位為滲水夾層處。
(1)造孔工藝。采用XY-1型鉆機,打穿塘渣層,干鉆造孔,用Ф76mm套管(長度4.0m)護壁,作止?jié){段,灌漿孔底以鉆至滲透夾層以下1.0m控制。造孔按灌漿三個序次,從Ⅰ-Ⅲ先后進行,同序灌漿孔施工結束,再進行下序灌漿孔造孔,依序次施工。
(2)灌漿材料及漿液配比。灌漿的主要材料為42.5普通硅酸鹽水泥,配比材料選用淡化海細砂,制成砂漿;制漿時考慮制成漿液的流動性與細砂在注漿過程的離淅、沉淀等情況,觀測其與砂漿灌漿效果相比,取效果最佳之配比作為最終配比。
(3)壓力值控制。鉆孔完成后,孔內(nèi)灌注水泥砂漿,灌漿壓力視吃漿量分級逐漸加大,但原則上不大于0.3Mpa,壓至出漿孔冒漿后結束灌漿;灌漿結束后,鑿除灌漿管,表面用水泥砂漿封閉。
方案一是一種新材料、新工藝,施工速度快,但對強透水層采用導管注漿法封堵時,灌入量無法控制。實際現(xiàn)場注漿孔布置了4個,孔距0.5m,注漿量分別為90kg,70kg,75kg和40kg,相鄰孔之間鉆孔檢查,局部還存在無填充物的孔隙。經(jīng)測算,單孔造價在超過10000元,遠高于砂礫石帷幕灌漿的造價,布置兩排形成約1m厚的柔性防滲墻則總造價可能突破3000萬,且對長時間高低水位變換的適應性還有待考驗。
而方案二現(xiàn)場鉆孔,直接判斷透水夾層埋深、厚度和空隙大小,通過分序施灌、按深控壓,可有效控制注漿量,而且通過后序灌漿孔的吃漿量可以驗證前序灌漿情況,灌漿完成后通過壓(注)水試驗可以有效判斷防滲效果。
最終,海塘防滲處理措施選用砂礫石帷幕灌漿,設計灌漿孔深度平均取6.5m,透水層厚按2.5m厚暫估(▽-1.50-▽-4.00),鉆孔深度共6.5m,上部4.0m按土堤鉆孔計算,下部2.5m按拋石層鉆孔計算,孔距2m,排距1m,平均單位耗灰量1000kg/m。
砂礫石內(nèi)水泥砂漿灌漿是解決海塘漏水的有效方法之一,通過鉆孔,了解透水夾層情況,定點定量施灌。