張淑鵬，喬永梅

（中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

1 工程概況

總干渠渠堤存在不同程度的滲漏問題，主要由填方段渠堤新老接觸不良造成，同時，高填方堤段、堤基屬弱透水～較強(qiáng)透水地層，檢查中發(fā)現(xiàn)堤腳多處存在滲漏，部分滲漏嚴(yán)重段產(chǎn)生明流，一旦失事，對下游村莊和田地有重大影響，因此，亟需對渠堤采取防滲加固處理措施。

此次防滲加固的項目為邊坡防滲加固處理，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果和方案對比，采用高壓擺噴防滲墻方式對滲漏量大或出逸點(diǎn)高的斷面進(jìn)行防滲加固，共16段。高壓噴射灌漿采用擺噴折線型布置形式，灌漿材料為水泥粘土加膨潤土，灌漿孔孔距1.25m，防滲墻體厚0.25m，擺角30°，墻體滲透系數(shù)K=1～9，成墻后的墻體抗壓強(qiáng)度R28≥3.0MPa[1]。

2 總干渠防滲加固范圍

2.1 總干渠防滲處理概況

2005年進(jìn)行了總干渠邊坡防滲一期加固，對滲漏嚴(yán)重段采用邊坡護(hù)砌形式進(jìn)行了防滲處理，共15段，總長4.44km。經(jīng)現(xiàn)場勘察，一期加固后部分?jǐn)嗝嫒匀淮嬖跐B漏，部分襯砌段起鼓破壞，現(xiàn)場可見明流。

2.2 總干渠防滲加固范圍選擇

1）根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用穹答?，樁?+243，10+410，15+180，33+550，37+000，37+520，37+995，39+540存在出逸點(diǎn)偏高或滲漏量大的情況。其中，樁號8+550，10+150，13+050，33+550及39+540堤段浸潤線出逸點(diǎn)偏高，高于現(xiàn)狀渠底高程0.77～4.74m，且該段附近均有田地和住戶，迫切需要進(jìn)行邊坡防滲加固。

2）根據(jù)典型斷面滲流計算結(jié)果，未進(jìn)行防滲處理的圍堤段均存在不同程度的背水坡水力坡降較大的問題。樁號2+243，2+790，10+150，10+140，31+050，33+550，37+000及37+520斷面出逸比降較大，且超過允許比降，樁號10+410，37+000和37+520下游邊坡在非常運(yùn)用條件Ⅰ工況下，抗滑穩(wěn)定計算不滿足相關(guān)規(guī)范要求。

3）根據(jù)水文地質(zhì)及邊坡滲流狀態(tài)的現(xiàn)場查勘情況，樁號2+720～2+820和13+000～13+100有斷層，地質(zhì)情況復(fù)雜，滲流異常；樁號8+000～8+700局部地面土層表面濕潤，局部有水流逸出點(diǎn)；樁號4+800～5+100，10+000～10+500及37+300～37+700則是目前工程運(yùn)行期中滲漏最明顯的堤段。

綜合以上幾方面的因素，最終確定此次總干渠防滲處理共16段，合計3.55km，具體見表1。

表1 總干渠本次防滲處理統(tǒng)計表

滲流計算滿足要求，但現(xiàn)場有明流，考慮為由于新舊土層界面處土質(zhì)不均勻，已形成水流通道，根據(jù)地質(zhì)現(xiàn)場鉆探，4+990和33+550段發(fā)現(xiàn)土質(zhì)空洞。

3 圍堤防滲加固方案比選

1）方案1：上游粘土鋪蓋防滲[2,3]

在臨水坡前鋪筑粘土鋪蓋作為水平鋪蓋，以增加堤腳抗滑力，降低下游滲流出逸比降。設(shè)計水平壓蓋厚度為0.50m，鋪設(shè)寬度為10.00m，滲透系數(shù)為3×10-6cm/s。此方案鋪設(shè)施工簡單，施工速度快，但由于水中拋填施工質(zhì)量難以控制，如采用干地施工，則只能在渠道無水期施工，時間緊張；若選擇其它時段，則施工期間無法供水，不能滿足上下游的灌溉需要。

2）方案2：全斷面鋪塑防滲[2,3]

因渠道滲水量較大，沿渠道鋪設(shè)復(fù)合土工膜防滲，形成整體防滲體系，此方案可解決渠道全斷面防滲問題，同時可以徹底杜絕渠道的滲漏損失。但在施工期間也無法供水，影響灌溉，且單獨(dú)使用復(fù)合土工膜易發(fā)生破損，施工質(zhì)量不易保證。

3）方案3：混凝土防滲墻[2,3]

混凝土防滲墻是利用專用的造槽機(jī)械設(shè)備營造槽孔，并在槽孔內(nèi)注滿泥漿，然后用導(dǎo)管在注滿泥漿的槽孔中澆筑混凝土并置換出泥漿，筑成墻體，混凝土墻厚0.40m。該方案施工工藝較為成熟，且具有截滲效果好、施工質(zhì)量易于控制等優(yōu)點(diǎn)，但施工速度較慢，造價較高[4]。

4）方案4：深層攪拌樁[2,3]

多頭小直徑深層攪拌法是利用水泥作為固化劑，運(yùn)用特制的多頭小直徑深層攪拌機(jī)械把水泥漿噴入土體，并摻攪成樁，使多個圓柱互相套接形成水泥土墻，達(dá)到截滲目的。強(qiáng)度大于0.3MPa，滲透破壞比降大于200。優(yōu)點(diǎn)：形成的水泥土墻體厚度均勻連續(xù)，接頭少，墻體彈模低，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，工程效果好；施工時不需要開槽，可避免其它截滲方法因開槽出現(xiàn)的塌孔、土層中有孔洞無法夯實(shí)等問題；施工工藝簡單，使用人力較少，施工工效高，可縮短建設(shè)工期；適用土層范圍較廣，包括粘土、砂土、粉質(zhì)粘土，以及含礫直徑小于0.05m的砂礫層、淤泥，甚至有土體架空或空洞也可施工。缺點(diǎn)：深層攪拌樁用作防滲帷幕時，靠水泥的水解和水化等一系列物理反應(yīng)形成微透水性墻體，作用復(fù)雜且硬化速度慢；其滲透系數(shù)隨土層的不同而變化較大。

5）方案5：高壓噴射灌漿防滲墻[2,3]

利用射流作用切割摻攪地層，同時灌入水泥漿或復(fù)合漿液形成凝結(jié)體，改變原地層的結(jié)構(gòu)和組成，以達(dá)到加固地基和防滲的目的。優(yōu)點(diǎn)：形成的防滲墻體連續(xù)，墻體彈模低，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，工程效果好；施工時不需開槽，只需在土層中鉆一個孔徑為50mm或300mm的小孔，便可在土中噴射成直徑為0.40～4.00m的固結(jié)體，可避免其它截滲方法因開槽出現(xiàn)的塌孔、土層中有孔洞無法夯實(shí)等問題；該技術(shù)施工簡單，使用人力少，施工工效高，而且工程造價低；適應(yīng)土層范圍較廣，粘土、粉質(zhì)粘土、砂土、淤泥等皆可施工，其加固深度已達(dá)60.00m；既可用于新建工程，也可用于已建工程，不損壞周圍建筑物結(jié)構(gòu)且不影響運(yùn)營。

此次設(shè)計防滲處理范圍與深度時更加注重深層透水層的防滲處理，同時加強(qiáng)施工期間質(zhì)量控制與施工地質(zhì)，進(jìn)一步優(yōu)化滲流監(jiān)測設(shè)計，從而保障高壓擺噴防滲墻的防滲效果。

4 渠堤高壓灌漿防滲加固設(shè)計

4.1 高壓擺噴防滲墻技術(shù)參數(shù)

高壓噴射灌漿采用擺噴折線型布置形式，為防止塌孔和保障清孔質(zhì)量，灌漿材料采用水泥粘土加膨潤土，水壓為35～38MPa，流量為70～80L/min；氣壓采用0.6～1.2MPa，流量為70～80L/min；水泥粘土漿采用P.O42.5水泥漿，水灰比為1∶1，粘土用量占水泥比重為10%（粘質(zhì)含量大于50%），膨潤土用量占水泥比重為6%；漿液比重根據(jù)送漿和回漿而不同，其中，送漿漿設(shè)比重采用1.6～1.7g/cm3，回漿漿液比重應(yīng)大于等于1.2g/cm3。鉆頭在黏土及砂層提升速度宜控制在10～12cm/min，卵石層宜控制在8～10cm/min，具體施工工藝參數(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)情況具體確定。

4.2 防滲墻軸線選擇

根據(jù)高壓旋噴臺車尺寸布置要求，高噴臺車尺寸為長7.00m×寬5.00m，當(dāng)擺噴方向1作為防滲墻軸線時，在垂直渠道軸線方向上鉆孔距離與占地邊緣的距離分別為1.00m和5.00m；當(dāng)擺噴方向2作為防滲墻軸線時，在垂直渠堤軸線方向上鉆孔距離與占地邊緣的距離均為2.5m。堤身主要由粉質(zhì)黏土組成，為人工填筑土，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，沿線地勢平緩，堤腳多為碎石混合土，根據(jù)高噴臺車在渠堤上的擺放情況，擬定了3種防滲軸線方案：方案1防滲軸線貼近渠頂?shù)缆纷蟀恫贾?，鉆孔位于道路左側(cè)，對堤頂路破壞較為嚴(yán)重，高噴臺車施工需臨時征用路邊2.00m范圍內(nèi)林地，工程可比投資3827萬元；方案2防滲軸線位于渠頂?shù)缆酚野短?，鉆孔位于道路一側(cè)填土區(qū)，對堤頂路破壞較輕，高噴臺車施工需臨時征用路邊2.00m范圍內(nèi)林地，工程可比投資3804萬元；方案3防滲軸線位于渠頂?shù)缆分醒氩贾?，鉆孔位于道路中央，對堤頂路破壞嚴(yán)重，工程施工占用林地，不需征用路邊林地、減少水土流失，工程可比投資3796萬元。

在同樣保證防滲加固效果的前提下，防滲軸線位于圍堤堤頂路中央，具有高噴臺車布置方便、施工干擾小、不需臨時征用路邊林地、減少水土流失、工程投資費(fèi)用相對較少等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，此階段圍堤防滲軸線推薦選用方案3。

4.3 防滲墻深度選擇

4.3.1 方案比選

1）方案一：截斷下伏深層透水層（碎石混合土層）

根據(jù)地勘成果，堤身及其下層的人工填土、碎石混合土滲透系數(shù)為5×10-4～2×10-1cm/s，其下以粉質(zhì)粘土為主，部分?jǐn)嗝鏋槟噘|(zhì)粉砂巖和礫巖（全風(fēng)化），滲透系數(shù)為3.0×10-6cm/s，為微透水層，為提高防滲墻防滲效果，防滲墻體截斷下伏深層碎石混合土層。

2）方案二：截斷部分下伏淺層透水層（碎石混合土）

由于最大堤高為6.2m，而堤基相對透水層深12.70～20.00m，部分透水層未打穿，堤高相對較低，為節(jié)省投資、降低工程造價，防滲墻體采用懸掛型式，在堤身穩(wěn)定滿足相關(guān)規(guī)范要求下，截斷部分淺層碎石混合土。

此次治理防滲段中，有多處僅為新舊土結(jié)合面薄弱問題導(dǎo)致的滲流，僅加固土體漏洞即可，不必打穿碎石混合土層。從經(jīng)濟(jì)性考慮，方案二較優(yōu)，故先對方案二進(jìn)行滲流穩(wěn)定計算，若滿足要求，不再考慮截斷透水層，可減少人力、物力的投入和資金的浪費(fèi)。

4.3.2 防滲墻設(shè)計高程的確定

為保障施工質(zhì)量，分為2道工序孔進(jìn)行間隔施工，施工工序見圖1。

圖1 高壓擺噴防滲墻施工工序圖

此次防滲設(shè)計段堤頂高程高出渠道設(shè)計水位2.00～5.00m，從工程經(jīng)濟(jì)性考慮，高壓擺噴防滲墻作為防滲體，直接澆筑到堤頂，耗時、耗力，且超過渠道設(shè)計水位以上部分并無防滲要求，造成資源浪費(fèi)。因此，將高壓擺噴防滲墻分為兩部分進(jìn)行施工，即水泥粘土加膨潤土和水泥粘土兩部分，分別用于渠道防滲和堤頂路恢復(fù)。

水泥粘土加膨潤土高壓擺噴防滲墻的設(shè)計頂高程為渠道設(shè)計水位以上0.50m，水泥粘土高壓擺噴防滲墻設(shè)計頂高程為現(xiàn)狀堤頂路高程，設(shè)計底高程應(yīng)同時滿足渠道迎水側(cè)、背水側(cè)滲流穩(wěn)定要求；渠道迎水側(cè)、背水側(cè)現(xiàn)狀渠底高程最小值以下1.5m或深入不透水層以下1.5m；新舊接觸不良斷面穿透土質(zhì)空洞以下1.5m，封堵該層內(nèi)接觸截面潛在的水力連通通道，保障防滲效果。

4.3.3 加固后渠堤滲流安全及邊坡穩(wěn)定計算

1）滲流安全復(fù)核

目前渠道正常運(yùn)行，設(shè)計灌溉流量為160m3/s，底寬21.00～30.00m，現(xiàn)狀為梯形斷面，設(shè)計水深為5.10m，此次主要分析設(shè)計水位條件下的滲流情況。防滲加固前、后斷面滲流計算成果對比見表2。

表2 滲加固前后斷面滲流計算成果對比表

由表2可知，按照方案二進(jìn)行防滲加固后，各斷面逸出點(diǎn)高程均有明顯降低，滲透比降和滲流量均滿足相關(guān)規(guī)范要求，針對部分滲流較大且背水坡逸出點(diǎn)處坡面較陡的斷面，可在逸出點(diǎn)采用干砌石進(jìn)行防沖護(hù)砌，以防止產(chǎn)生滑坡。

2）穩(wěn)定安全復(fù)核

此次抗滑穩(wěn)定計算采用河海大學(xué)編制的Autobank7.7，即將土體劃分為0.5m圖條，采用瑞典圓弧滑動進(jìn)行計算，對樁號10+410，37+000和37+520斷面進(jìn)行復(fù)核。邊坡抗滑穩(wěn)定計算安全系數(shù)成果見表3。

由表3計算結(jié)果可知，防滲加固后，斷面抗滑穩(wěn)定計算滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表3 邊坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

4.3.4 最終深度確定

從水文地質(zhì)條件來看，樁號2+790，4+990，8+110，8+550及39+430，含水層局部透鏡體發(fā)育，地下水力連通條件復(fù)雜，碎石混合土層存在水力連通情況，為保證防滲墻整體防滲性能，防滲墻宜將碎石混合土層截斷，如果該土層未打穿或埋深較深，則在滿足迎水坡、背水坡滲流穩(wěn)定計算基礎(chǔ)上，采用懸掛型式，設(shè)計墻底深入堤岸兩側(cè)底高程較低位置以下1.5m。樁號2+243，10+150，31+050及33+550滲透坡降超過允許值且逸出點(diǎn)高程較高，根據(jù)滲流穩(wěn)定計算并滿足相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)計墻底應(yīng)深入設(shè)計渠底及現(xiàn)狀外堤腳地面高程中較低位置以下1.5m，且應(yīng)穿透土層漏洞以下1.5m（遇到土層漏洞時，應(yīng)先填充灌漿至密實(shí)，再實(shí)施防滲墻相關(guān)工作）。樁號37+995，39+540，13+050及15+180滲流量較大，應(yīng)根據(jù)滲流穩(wěn)定計算并滿足相關(guān)規(guī)范要求，減小滲流量，確定防滲墻設(shè)計底高程。

綜上所述，最終防滲墻的設(shè)計結(jié)果見表4。

表4 渠堤防滲墻處理深度

5 結(jié)語

高壓擺噴防滲墻在堤防防滲加固及搶險加固工程中起著重要的作用，材料的選擇、施工工藝參數(shù)和防滲墻深度的控制對墻體防滲效果十分重要。因此，為了防滲可靠、保證質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。經(jīng)過相關(guān)計算，進(jìn)一步證明，若成孔終孔標(biāo)準(zhǔn)、終灌標(biāo)準(zhǔn)和特殊情況處理，以及成墻指標(biāo)達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，可有效降低滲透坡降、減小滲漏量，達(dá)到預(yù)期補(bǔ)強(qiáng)加固灌漿效果。隨著高壓擺噴技術(shù)的日漸成熟，將會在堤防滲漏加固工程中被廣泛應(yīng)用。