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        五星圩堤滲流穩(wěn)定分析及防滲加固設(shè)計

        2022-03-02 05:58:22沈福云沈葵花沈國鋒沈嘉寶
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        沈福云,沈葵花,沈國鋒,沈嘉寶

        (1.江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院設(shè)計分院,江西 宜春 336000;2.江西省宜春市土木工程總承包有限公司,江西 宜春 336000)

        1 工程概況

        五星圩地處新建區(qū)聯(lián)圩鎮(zhèn)境內(nèi),屬贛江下游鄱陽湖尾閭區(qū),位于贛江北支分叉口,北臨官港河,南臨三佬官河,西臨贛江北支,東臨成新農(nóng)場,全長12.76 km。

        五星圩堤身填筑土主要為沖湖積成因的壤土為主,夾少量黏土,填筑質(zhì)量差,具中等透水性,實際運行過程中樁號0+000~4+730段在高水位時存在滲漏現(xiàn)象。

        樁號3+600~4+730堤基表層為中細砂,中部為黏性土,下部為粗粒土,存在堤基滲漏及滲透穩(wěn)定問題。其余堤段地基表層為壤土,堤內(nèi)多為開挖取土形成的池塘,破壞了上部壤土層的完整性及連續(xù)性,堤基易產(chǎn)生滲透破壞。

        2 加固前滲流計算分析

        2.1 計算斷面的確定

        根據(jù)五星圩險段及地質(zhì)剖面圖中堤身堤基的地質(zhì)情況,本次滲流計算選取樁號2+200、4+000、7+400、10+600共4處具有代表性的斷面作為典型斷面進行分析。滲流分析計算考慮上游設(shè)計洪水與下游相應(yīng)水位組合情況。

        2.2 滲流計算結(jié)果分析

        (1)整體安全性分析。根據(jù)各典型斷面計算結(jié)果分析,穩(wěn)定滲流期滲流性態(tài)符合均質(zhì)堤防滲流場分布規(guī)律,但局部堤身、堤基存在滲透破壞險情。

        (2)局部滲透分析。在設(shè)計洪水期的穩(wěn)定滲流期,堤防基本滿足滲透要求。但樁號2+200、4+000 堤身內(nèi)浸潤線位置較高,滲流從背水側(cè)堤坡出逸,背水坡逸出段最大滲透坡降大于其允許值,且無出口保護,產(chǎn)生堤身滲透破壞。樁號4+000 堤段堤基表面最大水平滲透坡降大于其允許值,亦產(chǎn)生堤基滲透破壞。

        在實際高水位運行中,樁號0+000~3+600段存在堤身滲漏破壞問題,樁號3+600~4+730段存在堤基滲漏破壞問題。

        計算成果與現(xiàn)狀險情情況基本吻合,主要原因是堤身填筑土以沖湖積成因的壤土為主,夾少量黏土,填筑質(zhì)量差,具中等透水性,部分堤段由于取土筑堤或深挖池塘,導(dǎo)致堤腳壤土變薄,甚至缺失,破壞了堤基的天然鋪蓋。在汛期高水位作用下堤基很容易產(chǎn)生滲透破壞,形成泡泉,直接危及大堤安全。

        2.3 加固前堤坡穩(wěn)定計算分析

        本次設(shè)計堤坡穩(wěn)定計算選取相應(yīng)滲流計算斷面。計算工況為:

        (1)設(shè)計水位下背水側(cè)堤坡的穩(wěn)定(穩(wěn)定滲流期),外河水位取P=10%的設(shè)計洪水位,堤內(nèi)水位取內(nèi)堤腳高程或堤腳池塘最高水位。

        (2)設(shè)計洪水位降至堤腳時,迎水側(cè)堤坡的穩(wěn)定(非穩(wěn)定滲流期)。

        各典型斷面堤坡穩(wěn)定計算成果見表1。

        表1 加固前各典型斷面堤坡穩(wěn)定計算成果

        根據(jù)規(guī)范規(guī)定,正常運用條件下5級堤防抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc≥1.1,由表1可知,迎水側(cè)、背水側(cè)堤坡安全系數(shù)均大于1.1,滿足規(guī)范抗滑穩(wěn)定要求。

        綜上所述,本次加固設(shè)計對0+000~3+600進行堤身防滲加固處理;對3+600~4+730進行堤身、堤基防滲加固處理。

        3 防滲加固設(shè)計

        3.1 堤身防滲加固設(shè)計

        3.1.1 加固設(shè)計范圍

        根據(jù)實際運行險情情況及滲流穩(wěn)定計算分析,樁號0+000~3+600段下游堤坡浸潤線出逸點偏高,滲透坡降大于其允許值。本次加固設(shè)計擬對樁號0+000~3+600段進行堤身防滲處理。

        3.1.2 堤身防滲加固設(shè)計方案

        堤身防滲加固設(shè)計擬采用深層攪拌樁防滲墻結(jié)合堤身達標方案,防滲墻布置在堤頂,其孔軸線位于達標后的堤軸線上游1.0 m處,孔距0.40 m,墻頂高程為堤頂高程,墻底深入堤基覆蓋層1.0 m,成墻厚度0.22 m,設(shè)計滲透系數(shù)K1≤1.0×10-5cm/s,設(shè)計抗壓強度≥0.3 MPa,孔斜率≤1/200。堤身達標設(shè)計要求堤頂寬4.0 m,外邊坡1∶2.5,內(nèi)外邊坡1∶2.5,堤頂高程為設(shè)計洪水位加超高1.5 m確定,堤身加高培厚填筑土料設(shè)計滲透系數(shù)K2≤1.0×10-4cm/s,設(shè)計干容重γ≥1.48 g/cm3,壓實度δ≥0.9[1]。

        3.1.3 深層攪拌樁防滲墻設(shè)計

        (1)防滲墻鉆孔布置。深層攪拌樁防滲墻鉆孔布置在堤頂,布孔為單排,防滲墻軸線位于達標后的堤軸線上游1.0 m處,防滲墻墻頂高程為堤頂高程,底部伸入堤基覆蓋層1.0 m。平面鉆孔分兩序布孔,同序孔距0.40 m,最終孔距0.20 m。

        (2)機型選擇。機型采用多頭深層攪拌機,主機自重20T,主機外形尺寸為6.0 m×2.2 m×2.132 m(長×寬×高),額定功率為75 kW,鉆頭直徑為35~45 cm[2]。

        (3)防滲墻設(shè)計指標。滲透系數(shù)K≤1.0×10-5cm/s;墻體厚度:T=0.22 m;墻體深度:滿足堤身防滲要求,且經(jīng)濟合理,便于施工,設(shè)計墻底伸入堤基覆蓋層1.0 m[3]。

        (4)主要材料和水灰比。主要材料為P·O 42.5普通硅酸鹽水泥,每平方米防滲墻,水泥用量為88.1 kg(即水泥滲入比15%);噴射水泥漿液水灰比為:1∶0.548[4]。

        3.2 堤身、堤基防滲加固設(shè)計

        根據(jù)實際運行情況和滲流計算成果,樁號3+600~4+730堤段下游堤坡浸潤線出逸點偏高,堤身滲透坡降大于其允許值,堤基表面最大水平滲透坡大于其允許值,堤身、堤基產(chǎn)生滲透破壞問題。本次加固設(shè)計擬對樁號3+600~4+730堤段進行堤身、堤基防滲處理。

        (1)方案比選。根據(jù)本工程的地質(zhì)情況及類似工程經(jīng)驗,選取三種對堤身、堤基防滲效果較好的方案進行比較:射水法造混凝土防滲墻,堤身深層攪拌樁防滲墻結(jié)合堤后壓浸臺,堤身、堤基深層攪拌樁防滲墻。

        方案Ⅰ:射水法造混凝土防滲墻方案[5],防滲墻布置在堤頂,其軸線位于達標后的堤軸線上游1.0 m處,墻頂高程為堤頂高程,墻底深入壤土層1.0 m,成墻厚度0.22 m,設(shè)計滲透系數(shù)K1≤1.0×10-6cm/s,設(shè)計抗壓強度≥3.0 MPa,孔斜率≤1/300。堤身達標設(shè)計要求堤頂寬4.0 m,外邊坡1∶2.5,內(nèi)外邊坡1∶2.5,堤頂高程為設(shè)計洪水位加超高1.5 m確定,堤身加高培厚填筑土料設(shè)計滲透系數(shù)K2≤1.0×10-4cm/s,設(shè)計干容重γ≥1.48 g/cm3,壓實度δ≥0.9。

        方案Ⅱ:堤身深層攪拌樁防滲墻結(jié)合堤后壓浸臺方案,深層攪拌樁防滲墻布置在堤頂,布孔為單排,防滲墻軸線位于堤軸線上游1.0 m處,墻底深入中細砂層1.0 m,成墻厚度0.22 m,設(shè)計滲透系數(shù)K1<1.0×10-6cm/s,設(shè)計抗壓強度≥0.3 MPa,孔斜率≤1/200;在下游堤腳處設(shè)壓浸臺,長20 m,厚2.5 m,壓浸臺要求采用K2>5.0×10-3cm/s透水性材料填筑。堤身的要求同方案Ⅰ。

        方案Ⅲ:堤身、堤基深層攪拌樁防滲墻方案,深層攪拌樁防滲墻布置在堤頂,布孔為單排,防滲墻軸線位于堤軸線上游1.0 m處,墻底深入壤土層1.0 m,成墻厚度0.22 m,設(shè)計滲透系數(shù)K1<1.0×10-6cm/s,設(shè)計抗壓強度≥0.3 MPa,孔斜率≤1/200。堤身的要求同方案Ⅰ。

        (2)方案選取。三種方案加固處理工程量及造價見表2。

        表2 三種方案工程量及造價比較表

        由表2可看出,方案Ⅲ(深層攪拌樁防滲墻)比方案Ⅰ(射水法造混凝土防滲墻)可節(jié)省投資183.39萬元,方案Ⅲ(深層攪拌樁防滲墻)比方案Ⅱ(堤身深層攪拌樁防滲墻結(jié)合堤后壓浸臺)可節(jié)省投資30.21萬元,從防滲效果分析,三種方案均切實可行,從經(jīng)濟層面上考慮首選方案Ⅲ,故堤身、堤基防滲加固采用方案Ⅲ:堤身、堤基深層攪拌樁防滲墻方案。

        (3)深層攪拌樁防滲墻設(shè)計。深層攪拌樁防滲墻鉆孔布置在堤頂,布孔為單排,防滲墻軸線位于達標后的堤軸線上游1.0 m處,防滲墻墻頂高程為堤頂高程,墻底深入壤土層(相對不透水層)1.0 m。

        3.3 加固后滲流穩(wěn)定計算

        堤身、堤基加固后各典型斷面滲透坡降值及單寬流量值見表3。

        由表4可以看出,在設(shè)計洪水位的穩(wěn)定滲流期,各計算斷面背水側(cè)堤坡滲透坡降均小于允許滲透坡降,各計算斷面堤基土層滲透坡降均小于允許滲透坡降(壤土J允=0.45,中細砂J允=0.20),穩(wěn)定滲流期滲流性態(tài)符合均質(zhì)堤防滲流場分布規(guī)律,滿足滲流穩(wěn)定要求。

        表3 加固后各典型斷面滲透分區(qū)表

        表4 加固后各典型斷面計算滲透坡降及滲流量表

        4 結(jié) 語

        五星圩堤堤身、堤基防滲加固設(shè)計采用深層水泥攪拌樁方案,目前,該工程已竣工并投入運行,通過實際運行檢測得出結(jié)論,深層水泥攪拌樁防滲效果良好,有效地解決了堤身、堤基滲漏問題。深層水泥攪拌樁具有工程造價低,施工技術(shù)簡單等特點。五星圩堤身、堤基防滲加固設(shè)計方案選取合理,可為今后類似工程予以借鑒。

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