盧志斌

(豐城市水利局豐東水資源開發(fā)利用中心,江西 宜春 331100)

0 引 言

圩堤除險(xiǎn)加固工程是為了維護(hù)圩堤安全運(yùn)行的重要措施,其能夠保證圩堤的使用壽命得到延長,從而保護(hù)周圍群眾的生命與財(cái)產(chǎn)安全,在加固工程施工中,通常會運(yùn)用到防滲墻施工技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)的具體操作中需嚴(yán)格把控施工要點(diǎn),確保整體施工達(dá)到要求。

1 研究背景

本次研究工程為豐城市北湖聯(lián)圩除險(xiǎn)加固工程,主要位于贛江西岸清豐山溪的薌水和豐水之間,根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)果來看,圩堤由于沿河而建,其各段包括了黏土、沙壤土夾壤土、粗砂夾黏土、細(xì)砂、粉砂以及礫砂等,土質(zhì)極為復(fù)雜,且普遍具有強(qiáng)透水性、弱抗沖擊性,致使堤身的防滲水效果較差,堤坡位置也很容易出現(xiàn)管涌、流土現(xiàn)象,易造成堤身失穩(wěn)或是坍塌,因而有必要進(jìn)行堤防的防滲除險(xiǎn)加固。工程所在流域?yàn)榍遑S山溪,河水直接流進(jìn)翻陽湖內(nèi),整個區(qū)域面積達(dá)到3700km2,現(xiàn)主要具有六條支流部分,包括豐水、薌水、槎水、櫧山水、白土水以及秀富水等,臨有吳石水文站,區(qū)域內(nèi)水系具有復(fù)雜特征,下游河網(wǎng)呈現(xiàn)出縱橫交錯態(tài)勢,中下游部分具有著平原圩區(qū),河道彎曲較多,河槽則多是梯形或是淺槽形[1]。從現(xiàn)場勘測的數(shù)據(jù)信息來看,此次研究的北湖聯(lián)圩堤身部分?jǐn)嗝娴桶揖哂卸钙?堤身的土質(zhì)也比較差,存在著較多類型滲水險(xiǎn)情,河道岸坡也容易被風(fēng)浪水流沖刷,導(dǎo)致堤身受到不利影響,容易發(fā)生破損,難以滿足正常運(yùn)行所需,出現(xiàn)安全隱患。因此需要盡快進(jìn)行除險(xiǎn)加固,由于主要問題是堤身滲水,故而建議采用防滲墻施工技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)具體包含了許多類型,根據(jù)防滲形式的不同可劃分為黏土斜墻、土工膜斜墻、混凝土垂直墻、深層攪拌樁防滲墻等,然后實(shí)地考察圩堤的滲水部分河道情況,不建議采用黏土材料構(gòu)筑防滲墻,而土工膜材料本身也容易發(fā)生破損問題,其他防滲墻施工技術(shù)的成本較高,故而采用深層攪拌樁防滲墻技術(shù)最為適宜,該項(xiàng)技術(shù)的防滲效果較好、投資較少且實(shí)踐施工速度較快。

2 深層攪拌樁防滲墻施工技術(shù)

2.1 除險(xiǎn)加固施工的總體方案

北湖聯(lián)圩現(xiàn)都存在圩堤結(jié)構(gòu),為了盡可能在工程施工中減少移民情況和征地使用情況,便于后續(xù)運(yùn)行和管理,在本次除險(xiǎn)加固工程中,沿著當(dāng)前的堤防設(shè)置,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)圩堤培厚和加高處理,在施工時(shí)注意遵循少占地原則,并確保河道的行洪安全。圩堤可采用培厚加高處理形式,包括向河內(nèi)形式、向圩內(nèi)形式以及向兩側(cè)形式,而穿堤的許多建筑物都是成型已久,若進(jìn)行變動難度較大,根據(jù)要求對局部進(jìn)行調(diào)高處理。除險(xiǎn)加固工程施工段整體為南北走向,位置是在豐水的左岸處,同時(shí)和已經(jīng)治理段相交在豐水、薌水匯合位置,圩堤整體長度約為13.27km[3]。

2.2 圩堤除險(xiǎn)加固工程的現(xiàn)存問題

針對該工程圩堤現(xiàn)狀來看,其基本問題是堤坡較為陡峭以及實(shí)際高度無法滿足防洪要求,而除此之外,其還存在著堤身滲水和迎流沖擊的現(xiàn)實(shí)問題。首先是堤身滲水問題,具體是指豐水馮家老對岸的堤段部分在汛期來臨時(shí),受到高水位的沖擊影響,導(dǎo)致堤身背水一側(cè)出現(xiàn)散浸或是滲水的現(xiàn)象,有局部堤身還會出現(xiàn)明顯的脫坡情況,根據(jù)相關(guān)堤防險(xiǎn)情評級標(biāo)準(zhǔn)來看,其可被定義為二級,意味著險(xiǎn)情較大。其次是迎流頂沖問題,多個豐水堤段都存在該問題,主要是位置在河道彎曲處的堤段,其容易被迎流沖頂,河水主流部分會對堤身造成直接的正面沖擊,而堤坡位置也長時(shí)間被河水所浸泡,因此結(jié)構(gòu)部分的土體較為松散軟綿,很容易出現(xiàn)堤坡塌陷或是淘蝕的險(xiǎn)情問題。尤其是在汛期時(shí),較高的水位帶來風(fēng)浪沖刷力度更強(qiáng),崩脫情況更是極易出現(xiàn),甚至?xí)霈F(xiàn)決口問題,危害到河道堤防結(jié)構(gòu),影響到防洪的安全[4]。工程所在區(qū)域的洪水災(zāi)害具有長期性、歷史性特點(diǎn),且近年來的災(zāi)害頻率逐漸提高,災(zāi)情也有加劇變化趨勢,因此圩堤也成為了湖區(qū)重點(diǎn)開展防洪、除險(xiǎn)加固的工程,其要發(fā)揮出保護(hù)圩內(nèi)耕地環(huán)境、人民生命以及財(cái)產(chǎn)安全的作用。盡管目前圩堤防洪能力有了明顯提高,但實(shí)際上保護(hù)耕地方面3333hm2以下部分存在著圩堤防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低情況,導(dǎo)致防洪效力不足,安全隱患仍舊普遍存在?，F(xiàn)今圩堤的防洪能力未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),只能夠達(dá)到5a一遇,堤基、堤身以及堤坡等也存在著各種類型險(xiǎn)情,威脅到周圍人民的生活,因此,對北湖聯(lián)圩進(jìn)行除險(xiǎn)加固十分必要且迫切,重點(diǎn)要采用防滲墻加固模式。

2.3 堤身滲水的加固施工處理

上述分析的北湖聯(lián)圩工程堤身滲水問題,主要是取決于其堤身內(nèi)部和外部表土性質(zhì),根據(jù)有關(guān)資料顯示,其表土組成多為壤土、粉質(zhì)黏土以及砂壤土,實(shí)際填筑的質(zhì)量也較為普通,甚至有局部堤身段中主要組成土為粉細(xì)砂,其抗?jié)B性頗差,無法抵御水流沖擊,進(jìn)而產(chǎn)生滲水問題。通過對以往多年堤身險(xiǎn)情的調(diào)查情況看,部分堤段都出現(xiàn)過程度不一的脫坡情況、塌陷情況,基于地質(zhì)勘探工作的揭露分析得知,這些堤身實(shí)際填土的成分多是粉質(zhì)黏土或者是砂壤土,亦或是壤土夾雜著粉細(xì)砂,使得填筑質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求,不具備良好的防滲能力,在汛期時(shí),外部河水很容易經(jīng)過這些透水性較強(qiáng)的砂性土進(jìn)入到堤身內(nèi)部,進(jìn)而造成嚴(yán)重險(xiǎn)情?；谠瓟嗝鎭磉M(jìn)行堤身滲流以及滲透穩(wěn)定性的復(fù)核工作,得出相關(guān)參數(shù)結(jié)果如表1所示。

表1 施工前下游堤身滲流滲透情況的相關(guān)參數(shù)

根據(jù)上表結(jié)果可以看出,該段圩堤當(dāng)下情況為下游堤坡實(shí)際出逸點(diǎn)頗高,這也和外部河水處于高水位條件時(shí),背水一側(cè)散浸以及滲水問題出現(xiàn)的現(xiàn)象相吻合。而實(shí)際下游堤坡滲透比降要比允許比降值更大,這表明了該壩坡實(shí)際滲流穩(wěn)定值和相關(guān)設(shè)計(jì)不相符,無法滿足實(shí)際要求,下游堤基的滲透比降也要比允許比降更大,這也表明壩基滲流和設(shè)計(jì)值不相符,無法滿足其要求,因此需盡快做好防滲處理。

基于應(yīng)用防滲墻施工技術(shù),本次工程堤身所采取的防滲措施為設(shè)置防滲墻結(jié)構(gòu),具體形式包括深層攪拌樁防滲墻、迎水側(cè)黏土斜墻防滲、混凝土垂直防滲墻以及迎水側(cè)土工膜斜墻防滲等幾種。在現(xiàn)場進(jìn)行了實(shí)地踏勘工作,發(fā)現(xiàn)北湖聯(lián)圩的滲水堤身段河道周圍基本不存在灘地,因而本次施工不適合采用黏土斜墻防滲形式,還有一種防滲墻結(jié)構(gòu)為射水造強(qiáng),但其實(shí)際造價(jià)偏高,不如使用深層攪拌樁更為經(jīng)濟(jì),且從質(zhì)量上來看,其土工膜也很容易老化且出現(xiàn)破損情況,因此,結(jié)合科學(xué)的防滲研究理論,本次對堤身滲水段部分設(shè)置的防滲方案主要利用以多頭小孔徑為標(biāo)準(zhǔn)的深層攪拌樁防滲墻結(jié)構(gòu),主要圍繞以下3點(diǎn)開展施工。

1)合理計(jì)算并控制防滲墻結(jié)構(gòu)的厚度,在除險(xiǎn)加固工程中,防滲墻墻體厚度會決定其對堤身的防滲作用效果,為了保證標(biāo)準(zhǔn),需要基于《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》文件中的有關(guān)要求,開展墻體結(jié)構(gòu)厚度參數(shù)的計(jì)算,具體采用的計(jì)算公式為:

(1)

式中:D為設(shè)計(jì)防滲墻的墻體厚度,m;△H為則是堤防上下游之間的水頭差值,m;J允則表示為設(shè)計(jì)墻體的材料允許比降值,由于本次施工采用的防滲墻形式為深層攪拌樁墻,因此基于該類墻已有加固經(jīng)驗(yàn),此處J允取值為60,上下游之間的水頭差則取值為6m,計(jì)算獲得墻體結(jié)構(gòu)厚度為0.1m,再基于相關(guān)工程實(shí)際施工的科學(xué)經(jīng)驗(yàn),決定設(shè)置深層攪拌樁防滲墻的最終厚度為0.3m,實(shí)際施工中注意誤差和材料質(zhì)量控制。

2)遵循墻體施工的技術(shù)要求,設(shè)置防滲墻的軸線位置與堤身頂?shù)倪吘€控制樁之間距離為2m,依據(jù)先導(dǎo)孔的實(shí)際成果圖紙來進(jìn)一步確定防滲墻墻深,推動施工的整個過程中可對墻深隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整,目的是為了確保墻底到達(dá)粉黏土隔水層的深1m處位置。防滲墻的寬度設(shè)置值最小為30cm,切要確保整個墻體結(jié)構(gòu)連續(xù)、完整,因此,對于相鄰近的樁體之間搭接長度要控制在16.7cm以上,臨近的兩樁體中心之間距離也≤91.30cm。墻體水泥材料選擇為普通硅酸鹽水泥,其實(shí)際強(qiáng)度等級應(yīng)當(dāng)>425,保證材料具有新鮮度且不存在結(jié)塊現(xiàn)象,水泥摻水的比值應(yīng)>15%,且其水灰比應(yīng)控制在0.7～1.2范圍內(nèi)。在進(jìn)行墻體搭接施工時(shí),應(yīng)當(dāng)確保具體樁位偏差≤1cm,整個墻體的垂直度應(yīng)當(dāng)控制<0.5%,以防傾斜嚴(yán)重影響效果,實(shí)際深度的偏差值應(yīng)當(dāng)<2cm。墻體使用的水泥土強(qiáng)度值P應(yīng)≥1.0MPa,確保滲透系數(shù)K≤10-6cm/s,其滲透破壞比降應(yīng)>200。

3)在墻體防滲施工完成后開展?jié)B透穩(wěn)定復(fù)核工作,基于實(shí)際設(shè)計(jì)斷面開展?jié)B流與滲透穩(wěn)定情況復(fù)核,其結(jié)果如表2所示。

表2 施工后下游堤身滲流滲透情況的相關(guān)參數(shù)

從結(jié)果的數(shù)據(jù)來看,施工后堤身基本可以滿足防滲要求。

3 深層攪拌樁防滲墻施工技術(shù)在除險(xiǎn)加固工程中的應(yīng)用成效

在采用了深層攪拌樁防滲墻施工技術(shù)開展圩堤除險(xiǎn)加固處理施工之后,其堤身滲流滲透情況明顯變?nèi)?提高了防滲效果,為了驗(yàn)證加固后能夠達(dá)到要求,還需輔以滲流計(jì)算,判斷其滲透的穩(wěn)定性。此次滲流計(jì)算主要是利用了理正巖土工程計(jì)算分析軟件,基于有限元的計(jì)算方法,其二維滲流計(jì)算公式為:

(2)

式中:Kx為x向到y(tǒng)向的滲透系數(shù),H則表示滲流場中某點(diǎn)的滲壓水頭值,m?；谙嚓P(guān)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果來看,堤身的允許值和出逸點(diǎn)高度都符合要求,尤其是堤身背水一側(cè)的坡面和堤基滲透穩(wěn)定都處于安全狀態(tài),坡面出逸點(diǎn)高度也相對較低,說明采用該項(xiàng)防滲墻施工技術(shù)的除險(xiǎn)加固效果能夠滿足需求。

4 總 結(jié)

本次研究豐城市北湖聯(lián)圩除險(xiǎn)加固工程中主要是應(yīng)用了深層攪拌樁防滲墻施工技術(shù),通過實(shí)踐來看,該項(xiàng)技術(shù)有利于處理軟土地基、淤泥質(zhì)土以及堤身滲水較強(qiáng)的圩堤,其處理之后可以良好成樁,提高了堤身、堤基以及堤坡的抗?jié)B性能,效果較為顯著,相較于其他技術(shù)來說,其能夠最大限度上利用原土,降低材料成本,具有穩(wěn)定性強(qiáng)、安全性較好等優(yōu)勢,此外,實(shí)際進(jìn)行加固除險(xiǎn)施工時(shí)還具有無污染、無噪音以及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。在具體施工時(shí),還需嚴(yán)格把控技術(shù)要點(diǎn),控制好墻身厚度與各項(xiàng)參數(shù)。