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        深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿在滸灣堤除險加固工程中的應(yīng)用

        2021-11-24 00:32:50熊志明
        黑龍江水利科技 2021年11期
        關(guān)鍵詞:防滲墻堤防深層

        熊志明

        (金溪縣水利局,江西 撫州 344800)

        1 工程概況

        滸灣堤位于撫河中游的右岸,現(xiàn)狀堤線全長12.18km,保護(hù)人口3.45萬人,保護(hù)866.67hm2良田以及滸灣鎮(zhèn)駐地及316國道干線,防洪工程等級為Ⅴ等,防洪標(biāo)準(zhǔn)采用10a一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn),堤防工程級別為5級,主要水工建筑物等級為5級,次要水工建筑物等級為5級。

        2 地質(zhì)概況

        滸灣堤樁號0+000-7+570、7+810-12+180段堤身防滲能力基本滿足要求。

        樁號7+570-7+810堤身以砂壤土,細(xì)砂、粗砂夾碎石等砂性土為主,黏粒含量偏低,黏粒含量偏低,強(qiáng)透水性。2015年防洪工程已對其迎水坡采取了網(wǎng)格護(hù)坡加固,其抗沖刷能力基本已達(dá)到要求。但根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,樁號K7+750-K7+810段堤防在汛期仍會出現(xiàn)泡泉散浸現(xiàn)象,經(jīng)滲流穩(wěn)定計算,該段堤防防滲能力不滿足要求。

        滸灣堤樁號7+570-7+810該段堤基長240m,堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)為砂礫石的單一結(jié)構(gòu),強(qiáng)透水性,迎水坡局部段已布置加固措施,背水坡堤腳存在泡泉散浸現(xiàn)象。堤基工程地質(zhì)條件差(D),不滿足抗?jié)B要求。

        樁號0+000-7+570、7+810-10+900段堤基工程地質(zhì)條件較差(C類),基本滿足抗?jié)B要求;10+900-12+180段堤基工程地質(zhì)條件較好(B類),滿足抗?jié)B要求。

        3 防滲加固方案擬定

        根據(jù)規(guī)范及已建類似工程經(jīng)驗,堤防防滲處理方案主要有垂直防滲及水平防滲等措施。其中水平防滲措施包括:臨水側(cè)防滲鋪蓋、背水側(cè)水平蓋重等;

        臨水側(cè)設(shè)置防滲鋪蓋,黏性土需求量大,滲控效果有限,鋪蓋如不采取防護(hù)措施易受洪水沖刷等弊端。加之該工程區(qū)附近黏土料缺乏,因此,本次堤防加固主要考慮背水側(cè)蓋重、堤基垂直防滲等措施。

        1)背水側(cè)壓浸平臺措施

        滸灣堤部分堤段已設(shè)置了背水側(cè)壓浸平臺,壓浸平臺一般寬度為20m左右,因此將背水側(cè)設(shè)置壓浸平臺做為比選方案之一,本次加固初擬壓浸平臺寬度為20m,壓浸平臺高度為2m。

        2)堤基垂直防滲措施

        堤基垂直防滲墻作為比選方案之二,目前國內(nèi)外在堤防工程中建造連續(xù)垂直防滲的方法較多,以施工方法分類可分為灌漿法、深層攪拌法、防滲墻法,其中灌漿法又分為劈裂灌漿、高噴灌漿等;本工程堤基地層主要為砂類土、細(xì)砂和砂礫石,砂礫石地層中深層攪拌法機(jī)械無法施工。因此,從施工工藝對地質(zhì)條件的適應(yīng)性考慮,初步擬定堤基垂直防滲采用高壓噴射灌漿防滲墻[1]。

        4 防滲加固方案比選

        1)方案一:在背水側(cè)對現(xiàn)有壓浸平臺進(jìn)行延伸加高,改造后的壓浸平臺寬度為20m,高度為2m。壓浸平臺回填前清除表面松散層,采用透水性相對較好的砂性土回填,壓浸平臺外坡設(shè)置30cm厚砂礫墊層和50cm厚干砌石護(hù)坡。

        2)方案二:垂直防滲墻布置在堤軸線處處,防滲墻底部伸至基巖面并與基巖可靠銜接,底部深入巖基0.5m,頂部高出10a一遇設(shè)計洪水位0.5m。

        3)方案比選

        方案一在背水側(cè)設(shè)置壓浸平臺,可降低背水坡及堤腳出逸比降,滿足滲流穩(wěn)定要求。方案二采用垂直防滲墻后,降低了堤身浸潤線,也可使背水側(cè)出逸比降減小,滿足滲流穩(wěn)定要求,但垂直防滲影響低水位時地下水的消退。從滿足滲流穩(wěn)定要求和對地下水的影響進(jìn)行比較,方案一較優(yōu)[2]。

        方案一在背水側(cè)增設(shè)壓浸平臺受背水側(cè)地形條件限制,若背水側(cè)存在灌溉渠道、道路、房屋等,將涉及既有建筑物的改建、移民拆遷等問題,協(xié)調(diào)難度大,同時壓浸平臺占用土地多。因此方案一的實施難度較大。方案二的防滲墻布置在堤身臨水側(cè),基本不受地形條件限制,工程布置和實施難度相對較小。方案二較優(yōu)。

        方案一主要為土方開挖和土方回填,施工相對簡單;方案二垂直防滲墻施工可采用的工藝較多,且各種工法施工都較成熟,施工難度較小。從施工方面比較,兩種方案基本相當(dāng)。

        方案一的主要工程量為土方開挖回填,工程占地僅按征用水田進(jìn)行投資估算,方案100m工程直接投資約22.66萬元。方案二的主要工程量為防滲墻施工,按高壓噴射灌漿成墻工藝工程直接投資約71.04萬元。從工程投資比較,方案一較優(yōu)。

        方案一和方案二均可滿足滲流穩(wěn)定要求,方案一不影響低水頭時地下水的消退,且工程投資小,施工難度小,但方案一存在占地和拆遷,受既有建筑物影響,因此本次加固推薦首選采用垂直防滲墻防滲加固。

        5 防滲加固設(shè)計

        根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,滸灣堤部分堤段堤身采用砂類土填筑,堤基多為砂卵石層,防滲性能差,汛期產(chǎn)生泡泉散浸等險情,本次加固設(shè)計防滲處理段范圍為樁號K7+570-K7+810,沿堤軸線布置,長240m。

        表1 每百米堤防防滲加固工程直接投資估算對比表

        本次加固堤身及堤基采用垂直防滲墻,防滲墻布置在堤軸線處,墻頂高程高出10a一遇設(shè)計水位0.5m,因堤基透水層下部為基巖,且基巖埋深較淺,底部按伸至基巖面以下0.5m控制,防滲墻厚度18cm,深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻。

        該工程設(shè)置垂直防滲墻的堤段,其堤身和堤基地層分布從上至下為:砂類土、粗砂、砂卵石。砂類土主要為細(xì)粒土質(zhì)砂夾含少量礫的中壤土,根據(jù)顆分,其最大粒徑約5mm,可適用深攪和高壓噴射灌漿成墻工藝;砂礫石層根據(jù)顆粒級配分析,砂卵石最大粒徑為60mm,粒徑20mm-60mm的含量為17%-32%,因此,砂卵石地層中深層攪拌法機(jī)械無法施工,只能采用高壓噴射灌漿成墻工藝。根據(jù)本工程地層特點,若采用深層攪拌法砂卵石地層中無法施工,若采用高壓噴射灌漿法,總體投資較大,從節(jié)省投資考慮擬采用組合工藝進(jìn)行垂直防滲墻的施工。

        本次加固垂直防滲墻采用深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法施工,上部砂性土層中采用深層攪拌法施工,下部砂卵石層中采用高壓噴射灌漿法施工,該工藝已在江西省五河及鄱陽湖區(qū)重點圩堤應(yīng)急防滲處理工程中得到成功應(yīng)用。該工程垂直防滲墻總面積約3360m2,采用高壓噴射灌漿成墻工藝總投資約272萬元,采用深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法總投資約171萬元,可節(jié)省投資約101萬元。深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法施工順序為先施工深層攪拌樁,然后再施工高噴灌漿。施工間隔時間視搭接段地質(zhì)情況而定,待深攪樁有一定強(qiáng)度后施工高噴灌漿。深層攪拌樁施工后要保護(hù)好軸線控制點,以保證兩種防滲墻的可靠連接。高噴防滲墻位于深攪樁上游30-40cm,垂直方向上兩種墻體搭接度為1.0m,搭接部分采用高壓旋噴灌漿處理,下部采用高壓擺噴成墻。深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻搭接工藝見圖1[3-5]。

        圖1 深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻搭接示意圖

        深層攪拌法防滲墻,設(shè)計控制標(biāo)為:滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s,允許比降>50。

        高壓噴射灌漿防滲墻,鉆孔孔距1.0m,成墻施工方式為擺噴,設(shè)計控制指標(biāo)為:滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s,允許比降>60。

        由于堤段作用水頭不超過6.7m,按照防滲墻允許滲流比降計算,防滲墻厚度≥13.4cm,結(jié)合滲透穩(wěn)定分析成果,并考慮施工成墻工藝要求和施工精度等因素,確定防滲墻有效厚度≥18cm。

        6 堤防滲流穩(wěn)定計算

        6.1 堤防滲流計算

        1)計算工況

        工況1:臨水側(cè)為設(shè)計洪水位,背水側(cè)為低水位或無水。

        工況2:洪水降落時對臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定最不利的情況。

        表2 堤防滲流計算工況表

        2)計算參數(shù)及邊界條件

        堤身和堤基各分區(qū)材料滲透系數(shù)見表3。

        表3 堤身、堤基主要巖土體物理學(xué)參數(shù)表

        3)計算成果及分析

        加固前、后滲流計算成果見表4,計算結(jié)果表明:K7+700段堤防斷面現(xiàn)狀不滿足滲透穩(wěn)定要求,經(jīng)加固后可滿足要求。

        表4 堤防滲流計算成果表

        6.2 堤防穩(wěn)定計算

        計算采用瑞典圓弧法,分兩種工況,工況一:設(shè)計洪水位下的穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡;工況二:設(shè)計洪水位下水位驟降期的迎水側(cè)堤坡;經(jīng)穩(wěn)定計算表明:各種工況下堤坡穩(wěn)定滿足要求。

        表5 堤坡穩(wěn)定計算成果表

        7 結(jié) 語

        滸灣堤堤身、堤基地質(zhì)情況較復(fù)雜,綜合考慮,堤防防滲處理措施采用深層攪拌法結(jié)合高壓噴射灌漿,經(jīng)過復(fù)核計算,加固后堤防滲流、穩(wěn)定計算結(jié)果均滿足要求,設(shè)計方案合理,可供類似堤防防滲加固工程參考。

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