張 浩，康 飛，吳 凱，朱彬彬，苗晨陽(yáng)

（1.無(wú)錫市錫山區(qū)鵝湖鎮(zhèn)水利管理站，江蘇無(wú)錫 214116；2.南京水科院瑞迪科技集團(tuán)有限公司，江蘇南京 210029）

堤防是抵御洪水侵襲和保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的重要基礎(chǔ)設(shè)施，而穿堤建筑物在沿江堤防工程防汛中又發(fā)揮著重要作用［1］。由于穿堤建筑物與堤防相連接，當(dāng)?shù)谭劳馏w不密實(shí)時(shí)，結(jié)合部位容易出現(xiàn)滲漏，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)管涌險(xiǎn)情，造成堤防坍塌和建筑物結(jié)構(gòu)破壞［2-4］。前人依托不同堤防險(xiǎn)情進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)研究［5-8］。常用除險(xiǎn)加固措施有高壓旋噴樁防滲墻［9］、塑性混凝土防滲墻［10］及深層攪拌樁防滲墻［11］。本文以姚巷蕩排澇站堤防應(yīng)急除險(xiǎn)加固工程為例，采用工程地質(zhì)勘察、土工試驗(yàn)、地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)等綜合勘探方法，對(duì)現(xiàn)狀堤防進(jìn)行病險(xiǎn)分析，然后進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，并在工程完工后檢測(cè)驗(yàn)證。

1 工程概況

姚巷蕩排澇站為堤后式布置型式，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，裝機(jī)功率355 kW，主要建筑物定級(jí)為4 級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL 252—2017）要求，本工程等別為Ⅳ類(lèi)，工程規(guī)模為小（1）型。泵站機(jī)組為3臺(tái)500HW-6 混流泵及2 臺(tái)700ZLB-4 軸流泵，設(shè)計(jì)總排澇流量為3.7 m3/s。

由于排澇站建成已久，排澇泵站出水箱涵穿堤段出現(xiàn)滲漏積水現(xiàn)象，九里河堤防與穿堤構(gòu)筑物結(jié)合部、局部堤身存在滲漏異常，存在安全隱患，嚴(yán)重影響泵站的排澇效益，應(yīng)進(jìn)行除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)。

2 工程地質(zhì)

為掌握九里河姚巷蕩排澇站段堤防地質(zhì)工程特性，需要開(kāi)展必要的勘察工作，采用地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)獲取堤防工程堤身填土的密實(shí)情況，找出堤身填土不密實(shí)區(qū)域和滲流通道，為后期設(shè)計(jì)工作提供基本依據(jù)。

2.1 土層特性

姚巷蕩排澇站場(chǎng)地內(nèi)埋藏的地層主要有第四系人工填土層Q4ml、第四系沖積層Q4al。場(chǎng)地內(nèi)發(fā)育的地層按自上而下的順序依次如下：＜1-1＞素填土、＜2-1＞黏土、＜2-2＞粉質(zhì)黏土、＜2-3＞粉砂、＜3-1＞黏土、＜3-2＞粉質(zhì)黏土、＜3-3＞黏質(zhì)粉土。各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)

九里河姚巷蕩泵站段堤防物探工作采用高密度電法和探地雷達(dá)綜合物探技術(shù)，取得了良好的探測(cè)效果，顯示堤防土體不密實(shí)異常主要集中在排澇泵站出水箱涵之間及其周邊，堤防滲漏異常區(qū)也集中在排澇泵站出水箱涵之間及其周邊，因此推斷堤防的滲漏區(qū)主要集中在排澇泵站出水箱涵之間及其周邊，深度區(qū)域主要分布在粉砂層，物探工作平面布置及綜合推斷見(jiàn)圖1。

圖1 姚巷蕩排澇站段堤防物探工作綜合推斷平面圖

3 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.1 除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)

根據(jù)九里河姚巷蕩泵站段現(xiàn)狀情況、地質(zhì)勘察及地質(zhì)雷達(dá)物探等結(jié)果，基本判斷存在的滲流安全隱患產(chǎn)生于九里河堤防，主要位于出水池穿堤箱涵與堤身結(jié)合段及上下游兩側(cè)，部分堤身密實(shí)性欠佳，存在局部滲漏可能性。滲漏段目前已形成滲流通道，應(yīng)選擇可靠方案，減少滲漏水流對(duì)防滲措施產(chǎn)生的不利影響。

高壓旋噴樁防滲墻具有樁體強(qiáng)度大，成墻整體性較好，防滲性能好，施工噪聲低、振動(dòng)小，施工簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)。本次平面布置原則為對(duì)所有可能存在滲漏異常部位進(jìn)行防滲處理，考慮從廢棄老排澇泵站延伸到進(jìn)站道路末端，總長(zhǎng)度79 m，防滲墻采用單排旋噴樁柱列式套接，沿堤頂軸線布設(shè)。

防滲墻厚度按下列公式計(jì)算：

式中：T為最小防滲墻厚度；ΔH為最大外、內(nèi)河水頭差，外河校核洪水位4.85 m、內(nèi)河校核水位-1.00 m。則即外、內(nèi)河最大水位差H=5.85 m；［J］為允許水力坡降。參考有關(guān)資料和工程經(jīng)驗(yàn)，高壓旋噴樁防滲墻的允許水力坡降一般［J］=50～80，這里?。跩］=50。

經(jīng)計(jì)算，要求防滲墻厚度0.12 m，考慮堤防滲漏嚴(yán)重，施工成樁的不均勻性，一般堤段設(shè)計(jì)高壓旋噴樁防滲墻孔徑0.6 m，孔距0.45 m，最小搭接厚度396 mm。防滲墻頂部應(yīng)不低于外河最高水位，九里河設(shè)計(jì)校核水位4.85 m，防滲墻頂部高程應(yīng)高于校核水位，設(shè)計(jì)取5.50 m。

根據(jù)地勘資料，＜2-2＞粉質(zhì)黏土層呈弱透水性，＜2-3＞粉砂層呈中等透水性，＜3-1＞黏土層呈極微透水性，＜3-2＞粉質(zhì)黏土層呈弱透水性。若防滲墻底部進(jìn)入＜3-2＞粉質(zhì)黏土層，則需穿過(guò)＜3-1＞黏土層，不僅工程量大，且墻底位于弱透水性，不利于形成完整防滲體系。因此，本次設(shè)計(jì)防滲墻底部進(jìn)入＜3-1＞黏土層，該層為極微透水性，與防滲墻形成完整防滲體系。設(shè)計(jì)要求防滲墻底進(jìn)入＜3-1＞黏土層不小于2 m，墻底高程-15.51～-16.04 m，最大深度21.5 m。

3.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算

本次設(shè)計(jì)穩(wěn)定分析采用抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算和滲流穩(wěn)定驗(yàn)算。根據(jù)《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范SL274—2020》規(guī)定要求，結(jié)合泵站運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不利情況，擬定2種工況對(duì)堤防進(jìn)行計(jì)算，其中工況1為正向設(shè)計(jì)水位，工況2為正向校核水位。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013），本次堤防工程等級(jí)為4 級(jí)，非常運(yùn)用條件Ⅰ下瑞典條分法安全系數(shù)規(guī)范值為1.05。根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中容許滲透坡降公式計(jì)算，粉砂層容許滲流坡降值為0.47，除險(xiǎn)加固后堤防滲流坡降和安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 堤防滲流穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

4 工程檢測(cè)驗(yàn)證

本工程完工后，委托第三方檢測(cè)單位對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程樁進(jìn)行鉆孔取芯和室內(nèi)試驗(yàn)，取樣工程樁樁位于防滲墻東段，取芯長(zhǎng)度21 m，自樁頂向下21 m 均有水泥土芯。送試樣至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，其中水泥土試塊3 組，28 d 抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果分別為4.1 MPa、3.1 MPa、2.2 MPa，水泥土滲透系數(shù)試件共3 塊，檢測(cè)結(jié)果分別為2.85×10-6cm/s、2.77×10-6cm/s、3.75×10-6cm/s，均滿足設(shè)計(jì)要求，防滲效果良好，出水池穿堤段滲漏問(wèn)題基本解決。

5 結(jié) 語(yǔ)

（1）針對(duì)排澇泵站出水箱涵穿堤段出現(xiàn)滲漏積水現(xiàn)象，開(kāi)展必要的勘察工作和地質(zhì)雷達(dá)無(wú)損檢測(cè)，獲取堤防地質(zhì)工程特性和堤身填土不密實(shí)區(qū)域及滲流通道位置，為除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)資料。

（2）高壓旋噴樁防滲墻具有樁體強(qiáng)度大，成墻整體性較好，防滲性能好，施工噪聲低、振動(dòng)小，施工簡(jiǎn)單快速等優(yōu)點(diǎn)，適用于本次除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)，且加固后堤防滲流坡降和安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

（3）排澇站穿堤段除險(xiǎn)加固工程能夠防止堤防險(xiǎn)情對(duì)人民生活造成影響，同時(shí)保證排澇站發(fā)揮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，這是一項(xiàng)長(zhǎng)期性、長(zhǎng)效性、常態(tài)性工作，需要科學(xué)設(shè)計(jì)、合理施工。

（4）本文對(duì)九里河姚巷蕩排澇站段堤防除險(xiǎn)加固工程展開(kāi)問(wèn)題現(xiàn)狀分析、除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)、穩(wěn)定性驗(yàn)算復(fù)核的研究思路，為類(lèi)似的堤防加固設(shè)計(jì)研究提供創(chuàng)新性經(jīng)驗(yàn)。