李 瑩，張 倩，徐 娟，薛虹宇

(中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122)

0 引言

圍堰是水利工程建設中重要的臨時擋水結構物，其安全性與穩(wěn)定性直接關系到主體工程能否順利進行[1]。滲透破壞是導致圍堰失事的主要原因，因此，在水利工程建設中做好圍堰防滲至關重要。防滲墻作為一種重要的防滲結構形式，其防滲效果明顯，施工方法成熟，已被廣泛應用于各類圍堰防滲工程中[2]。例如，三峽二期下游圍堰混凝土防滲墻[3-4]、沙灣水電站一期圍堰塑性混凝土防滲墻[5]、前坪水庫高噴防滲墻[6]、阿海水電站圍堰防滲墻[7]等。

高壓噴射灌漿是用高壓水或高壓漿液形成高速噴射流束來沖擊、切割、破碎底層土體，并以水泥基質漿液填充、摻混其中，形成滲透系數小又有一定強度的樁柱或板墻狀的凝結體，用以提高地基防滲的施工技術[8]。高壓旋噴樁防滲墻結構是較常用且技術成熟的一種防滲墻形式。

1 工程概況

1.1 水閘、船閘工程概況

北支江上游水閘、船閘工程包括：上游水閘、上游船閘、工程范圍內的堤防工程及上下游圍堰等臨時工程。

上游水閘上下游方向總長約90m，依次由10m長1m厚合金鋼鋼網兜防沖槽、20m長0.6m厚C20鋼筋混凝土鋪蓋、30m長6～3m厚C30水閘底板、20m長0.6m厚C20下游鋼筋混凝土護坦、10m長1m厚合金網兜防沖槽等組成。水閘左右總長225m，左岸與防護堤相接，右岸與船閘上閘首相鄰。閘室段為水閘工程的主體，閘室為平底開敞式結構，由閘底板、閘墩、工作閘門等組成。水閘分3孔，每孔凈寬60.0m，閘底板順水流方向長30.0m，閘底板頂面高程1.100～-2.400m，閘底板高程-4.900～-5.400m，閘墩頂高程為6.700m。采用底軸驅動式翻板閘門，尺寸為60.0m×4.9m(寬×高)，最大擋水高程6.000m。

根據初步設計選定閘址的樞紐總體布置，通航建筑物為一線單級船閘，布置在樞紐右岸，左鄰泄洪建筑物，右鄰岸側堤防的親水平臺。船閘主要建筑物包括上下閘首、閘室和上下游引航道5部分，根據船閘規(guī)模、等級和過閘方式等要求，船閘主體建筑物及上下游引航道總長342.0m，閘室凈跨16m，閘室底板頂面高程0.900m。

1.2 工程地質條件

根據GB 18306—2015《中國地震動參數區(qū)劃圖》，富陽區(qū)Ⅱ類場地基本地震動峰值加速度為0.05g，相當于地震基本烈度為Ⅵ度，抗震設計分組為第1組。場地土類型為中軟土，覆蓋層厚度<50m，綜合判定該場地類別為Ⅱ類，設計特征周期為0.35s。水閘、船閘位置場地上部土層以稍密的粉砂、淤泥質土、軟弱黏性土組成，上部荷載相對較大，下部地基土不具備天然地基條件，為此采用灌注樁基礎。

2 圍堰結構方案

本工程導流建筑物級別為4級，上游圍堰按上堵壩上游斷面5年一遇洪水位8.900m設計，頂高程取10.000m；下游圍堰按5年一遇洪水位8.630m設計，圍堰頂高程取9.200m。上游圍堰采用上堵壩作為圍堰擋水，同時上堵壩上游側及改線道路布置高壓旋噴防滲墻以增強防滲性；上游圍堰全長402m，頂高程10.000m，改線道路頂寬8m，上下游坡比1∶1.8～1∶2.0。下游圍堰采用充砂管袋圍堰擋水，同時布置高壓旋噴防滲墻，左岸與已建的補水泵站出口擋墻銜接，右岸與東洲島岸坡相連；下游圍堰全長437m，頂高程9.200m，頂寬6m，上下游坡比1∶1.8～1∶2.0，河道中間區(qū)域塘泥達2.9m，考慮圍堰穩(wěn)定，圍堰中心100m底寬適當加寬3m；圍堰合計約13.16萬m3，其中充砂管袋約10.70萬m3，填芯砂1.79萬m3，黏土0.67萬m3。

3 圍堰斷面設計

3.1 上游圍堰

現狀上堵壩段圍堰分為一期充砂管袋和二期單棱體充砂管袋圍堰，一期管袋圍堰主要為防滲處理提供施工平臺，平臺高程為8.000m，待防滲處理完成后進行二期管袋圍堰施工。地方交通改道圍堰采用雙棱體圍堰，上、下側管袋棱體中心采用吹填砂進行回填，內、外兩側設置坡比1∶0.5，1∶1.8～1∶2.0 充砂管袋，圍堰底面增設120kN/m土工格柵1道；圍堰底層設2層通袋。此段圍堰兼地方交通改道，需考慮安全防護欄，圍堰頂寬為8m，管袋頂先鋪無紡土工布、30cm塘渣，再鋪設20cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層、6cm AC-16瀝青混凝土和4cm AC-10瀝青混凝土面層。

3.2 下游圍堰

采用雙棱體充砂管袋圍堰，考慮下游圍堰穩(wěn)定性，底層采用通袋, 通袋底面設置1層120kN/m土工格柵，內、外兩側設置坡比1∶0.5，1∶1.8～1∶2.0充砂管袋，管袋之間采用吹填砂進行充填，圍堰頂面考慮通車，堰頂寬6m，下游圍堰左岸延伸至場外道路；兩側設欄桿，管袋頂面鋪無紡土工布、20cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層和20cm厚C20混凝土。根據地質資料，塘泥厚度0.5～2.9m，較厚塘泥主要分布在河床中間區(qū)域；圍堰底面增設120kN/m土工格柵1道；圍堰底層設2層通袋，如圖1所示。

圖1 下游圍堰典型斷面

4 圍堰穩(wěn)定性分析

圍堰穩(wěn)定性分析采取極限平衡法中的簡化畢肖普法，分別對上游圍堰上堵壩段、上游圍堰改線道路段、下游圍堰進行局部穩(wěn)定性計算、整體穩(wěn)定性計算、基坑降水期穩(wěn)定性計算及擋水側水位驟降期穩(wěn)定性計算。

4.1 局部穩(wěn)定性計算

根據擬定的計算參數、計算工況等條件，分析計算上游圍堰上堵壩段、上游圍堰改線道路段及下游圍堰邊坡最小安全系數，如表1所示。安全系數滿足施工期≥1.15、穩(wěn)定滲流期≥1.25的要求。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算結果(局部滑動)

4.2 整體穩(wěn)定性計算

當考慮堰體整體穩(wěn)定性時，對滑弧的入口進行控制，使其出現在堰體的頂部附近或堰體另一側，再對滑弧出入點進行搜索后，得到堰坡的整體穩(wěn)定安全系數，如表2所示。安全系數滿足施工期≥1.15、穩(wěn)定滲流期≥1.25的要求。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算結果(整體滑動)

4.3 基坑降水期穩(wěn)定性計算

水位驟降為穩(wěn)定性計算中的危險工況，主要是殘存的孔隙水壓力形成較高的浸潤線向邊坡滲流所致，本次對圍堰基坑降水平均按1.0m/d的速率從設計水位降至基坑底高程的極端狀況進行了驗算。最小安全系數出現在水位最低時，對于上游圍堰上堵壩段，主要對邊坡的整體穩(wěn)定性產生影響，最小安全系數為1.391；對于上游圍堰改線道路段，主要對邊坡的局部穩(wěn)定性產生影響，最小安全系數為1.325；對于下游圍堰，主要對邊坡的整體穩(wěn)定性產生影響，最小安全系數為1.196。三者均大于規(guī)范規(guī)定的最小安全系數1.15。

4.4 擋水側水位驟降期穩(wěn)定性計算

對圍堰擋水側水位驟降平均按1.0m/d的速率從設計水位8.900m降至4.000m的極端狀況進行驗算。最小安全系數出現在水位最低時，上游圍堰上堵壩段邊坡的最小安全系數為2.103，上游圍堰改線道路段邊坡的最小安全系數為1.638，下游圍堰邊坡的最小安全系數為2.241。因此，上、下游圍堰的最小安全系數均大于規(guī)范規(guī)定的最小安全系數1.15。

5 圍堰防滲技術

圍堰堤身形成后即開始高壓旋噴防滲墻施工。高壓旋噴防滲墻采用旋噴套接，確保防滲效果。高壓旋噴孔距為0.7m，采用雙重管法施工，高壓旋噴施工工藝流程如圖2所示。

圖2 高壓旋噴施工工藝流程

5.1 主要施工技術

防滲墻圍堰采取高壓旋噴施工，具體根據現場實際情況與試驗確定，高壓旋噴灌漿鉆噴施工分兩序進行，先施工Ⅰ序孔，后施工Ⅱ序孔，相鄰孔施工間隔時間≥24h。

為確保高壓旋噴質量，正式施工前選擇地質條件相似的試驗段或先導孔按設計參數進行高壓旋噴試驗，根據現場實際情況，對地質地層信息進行確認，調整確定施工參數。

1)鉆孔 由于圍堰為充砂管袋結構，造孔時易出現塌孔、埋鉆等事故，噴漿時易發(fā)生埋管、堵孔，在鉆孔時采用SJW-60型全液壓工程鉆機，沖擊回轉跟管鉆進施工。

2)下噴管 鉆孔到設計深度后，拔出鉆桿，放入噴射管至設計深度。下噴管前要在地面進行低壓射水試驗，檢查噴嘴是否暢通。

3)高壓旋噴作業(yè) 下噴管結束后，立即開動攪拌機，拌制漿液，通過管道送入孔內開始高壓旋噴灌漿，待回漿呈水泥色時開始提升。在提升噴射過程中，現場技術人員按設計要求隨時掌握并記錄好噴射全過程，直到高壓旋噴結束，中間如出現故障停噴，要及時進行處理，并在記錄表上記下故障原因，處理時間>20min時，要將噴管下伸0.5m，若故障時間過長，處理時無法下伸則需在周邊補設高壓旋噴孔進行補噴，以保證墻體質量。

4)沖洗 高壓旋噴結束后，對水泥攪拌機、送漿管路及噴管及時進行清洗，防止水泥凝固。

5)靜壓灌漿 噴射結束后，注入部分純水泥漿，再利用下一個孔的回漿及時向孔內注入漿液，直至不再下沉為止。

5.2 高壓旋噴主要技術參數

雙重管法高壓旋噴灌漿，全孔一次性由下至上連續(xù)施工，搭接成連續(xù)墻的防滲形式，選用的主要技術參數如表3所示。

表3 施工技術參數

5.3 高壓旋噴施工質量保證措施

高壓旋噴臺車就位并對準孔口后，為直觀檢查高壓系統的完好性及是否能滿足使用要求，首先應進行地面試噴。同時，通過調整液壓轉盤的角度，使高壓噴射流對準設計軸線方向。噴射方向和角度應經過質檢員校核。噴管鉆下至指定深度后，拌制水泥漿液，即可供漿、供風、供水開噴。待各壓力參數和流量參數均達到設計要求，且孔口已返出漿液時，即可按既定提升速度進行噴射灌漿。

高壓旋噴整孔一次性成型，不允許無故中途停噴，如遇故障停噴時，應立即處理，在排除故障恢復噴射時，如排除故障時間>20min，必須將噴管插入漿液≥0.5m深度方可重新噴射。在高壓旋噴灌漿過程中，出現壓力驟降或驟增、孔口回漿密度和回漿量異常，甚至不返漿等情況時，應查明原因后及時處理。高壓旋噴灌漿結束后，充分利用孔口回漿或水泥漿液對已完成孔進行及時回灌，直至漿液面不下降為止。施工中監(jiān)控漿液流量、灌漿壓力等各項參數，同時對漿液材料用量、異常情況及處理等做好記錄。噴射過程中要嚴格按下列要求控制施工質量：①提升速度誤差≤5mm/min；②轉速誤差≤0.5r/min。

6 結語

在北支江上游水閘、船閘工程中，根據工程地質條件確定采用砂性基礎圍堰。該工程具有設計洪水位高，地質條件復雜等特點，圍堰結構采用充砂管袋護面填芯砂結構，圍堰防滲采用雙重管高壓旋噴樁防滲墻結構。根據工程特點，確定了圍堰的結構設計方案，對上、下游圍堰斷面進行設計，并對圍堰穩(wěn)定性進行了分析。該砂性基礎攔河圍堰工程中高壓旋噴防滲墻的主要施工方法及技術參數，對類似工程有一定參考價值。