飛來峽水利樞紐社崗防護堤除險加固工程防滲方案比選

鐘鳴輝

（廣東省飛來峽水利樞紐管理處，511285，清遠）

飛來峽水利樞紐社崗防護堤除險加固工程防滲方案比選

鐘鳴輝

（廣東省飛來峽水利樞紐管理處，511285，清遠）

飛來峽水利樞紐社崗防護堤出現管涌、沼澤化和滲透量較大等現象，其加固工程主要任務為防滲。通過技術經濟分析，對水利工程堤壩加固幾種防滲方案進行比選，最終確定采用塑性混凝土防滲墻加固方案。

防護堤；加固；防滲方案；比選

一、工程概況

飛來峽水利樞紐工程位于廣東省北江干流中游清遠市飛來峽鎮境內，是以防洪為主，兼有航運、發電、水資源調配和改善生態環境等多種效益的Ⅰ等大（1）型水利工程，樞紐于1994年10月開工建設，1999年10月建成運行，水庫總庫容19.04億m3，樞紐主要由土壩、泄洪閘、船閘和社崗防護堤等組成。社崗防護堤位于樞紐工程上游左岸，設計洪水標準為100年一遇，堤頂全長3 610 m，保護社崗防護區面積41.4 km2、人口1.2萬人。

飛來峽社崗防護堤在運行過程中堤后發生管涌險情，出現了防護堤堤基抗滑穩定存在風險、堤后沼澤化嚴重、部分堤身沉降及滲漏嚴重以及部分堤段抗滑穩定不滿足規范要求等狀況，社崗防護堤存在安全隱患。經安全鑒定，廣東省水利廳審定其為“三類堤（壩）”，廣東省發改委以粵發改農經函〔2014〕430號批準進行除險加固，主要建設內容為加固堤防3.61 km，加寬堤身，加固堤后壓臺，改造堤頂路面等；工程級別為4級，設計洪水標準為100年一遇，建設工期為1年。

二、社崗堤工程地質條件

1.堤身填土工程地質條件

堤身填土土料主要來源于附近山體的花崗巖風化土和坡積土，土質為含砂低液限黏性土和黏（粉）土質砂性土。根據土工試驗，黏粒含量平均值為25.7%，設計要求黏粒含量不大于30%，滿足設計要求；填筑土的干密度ρd＝1.51～1.83 g/cm3，平均值為1.68 g/cm3，最大干密度平均值1.80 g/ cm3，壓實度為93.3。填筑土較密實，根據現場注水試驗花崗巖風化土填筑土滲透系數K＝1.0×10-5～1.1×10-3cm/s，平均值K＝1.0×10-4，室內試驗K20（最大值）＝7.35×10-6cm/s，表明堤體填土層為中等～弱透水性土。

2.堤基工程地質條件

①Ⅰ類堤基工程地質條件：地層為全～弱風化花崗巖，堤基地質結構基本屬單一結構，分布長度占整段防護堤比例為10.8%，主要分布于樁號0+000～0+200、1+440～1+520、3+000～3+190。

②Ⅱ類堤基工程地質條件：該類堤基地質結構均屬雙層結構，分布長度占整段防護堤比例為70.4%。其中Ⅱ1類占總長的31.9%：地層自上而下為粉質黏土、基巖或基巖風化土層，分布樁號0+200～0+230、1+130～1+ 310、1+520～2+380、3+760～3+950。Ⅱ2類占總長的38.5%：地層自上而下分別為粉質黏土層、（沖積砂層）、含泥砂卵礫石層、下伏基巖或基巖風化土層，沖積砂層連續分布，厚度5～15 m，部分段存在含泥砂卵礫石層，厚約2～11 m；分布樁號為0+230～1+130、2+ 380～3+000。

③Ⅲ類堤基工程地質條件：該類堤基地質結構屬多層結構，分布長度占整段防護堤比例為18.8%，地層自上而下分別為粉質黏土層、淤泥質黏土（花斑黏土）層、沖積砂層及下伏基巖或基巖風化土層；其中淤泥質黏土厚約1.8～11.9 m，沖積砂層 (含泥中粗-中細砂)為主，厚度約4.2～4.4 m。分布樁號 1+310～1+440、3+190～3+ 300、3+300～3+480、3+480～3+760。

三、防滲加固方案選擇

1.堤防防滲可選方案與適應性

堤防垂直防滲方法主要有劈裂灌漿、高壓噴射灌漿（包括定噴、擺噴和旋噴）、塑性混凝土防滲墻、普通混凝土防滲墻等，幾種防滲方法原理和主要適應性如下文。

（1）劈裂灌漿

劈裂灌漿是利用水力劈裂原理，對存在隱患或質量不良的土壩在壩軸線上鉆孔、加壓灌注泥漿形成新的防滲墻體的加固方法。堤壩體沿壩軸線劈裂灌漿后，在泥漿自重和漿、壩互壓的作用下，固結而成為與壩體牢固結合的防滲墻體來堵截滲漏；與劈裂縫貫通的原有裂隙及孔洞在灌漿中得到填充，可提高堤壩體的整體性；通過漿、壩互壓和干松土體的濕陷作用，部分壩體得到壓密，可改善壩體的應力狀態，提高其變形穩定性。該方法可應用于滲透性較好的砂層，又可應用于滲透性差的黏性土層。劈裂灌漿具有如下特點：①技術成熟，施工工期短；②造價較低，經濟效益好；③在形成垂直連續防滲帷幕的同時，能充填各種裂縫、孔隙和洞穴灌漿；④施工中控制參數較多，有灌漿壓力、泥漿配比、孔距排距、復灌間隔和復灌次數等，這些參數多數依靠現場試驗在經驗范圍內選取；⑤主要對壩體滲漏效果較好，對壩基基礎滲漏難于解決。⑥大壩應力和變形調整的作用機理不完全清楚。

基于劈裂灌漿的原理，一般只在下列情況下才考慮采用劈裂灌漿：一是松堆土壩，二是壩體浸潤線過高，三是壩體外部、內部有裂縫或大面積的弱應力區，四是分期施工土壩的分層和接頭處有軟弱帶和透水層，五是土壩內有較多生物洞穴等。

（2）高壓噴射灌漿

高壓噴射灌漿技術通過在地層中的鉆孔內下入噴射管，用高速射流（水、漿液或空氣）直接沖擊、切割、破壞、剝蝕原土層材料，受到破壞、擾動的土石料與同時灌注的水泥漿或其他漿液發生充分的摻攪混合、充填擠壓、移動包裹直至凝結硬化，從而構成堅固的凝結體，成為結構較密實、強度較高、有足夠防滲性能的構筑物以滿足工程需要。其基本原理是利用高壓射流沖切摻攪地層，改變原地層的結構和組成，同時灌入水泥漿或混合漿液形成凝結體，借以達到加固地基和防滲的目的。高壓噴射灌漿適用于處理淤泥質土、粉質黏土、粉土、砂土、礫石和卵碎石土等松散體。對于土中含有較多的大粒徑石塊、大量植物根莖或較高的有機質時，以及地下水流速過大和已涌水的工程，應根據現場試驗結果確定其適用性。

高壓噴射灌漿法的注漿形式分定噴注漿、擺噴注漿和旋噴注漿等3種。高壓定噴灌漿適用于粉土、砂土粒徑不大于20 mm的松散地層；高壓擺噴灌漿適用于粒徑不大于60 mm的松散地層，大角度擺噴適用于粒徑不大于100 mm的松散地層；高壓旋噴灌漿適用于砂礫土、卵礫石地層及基巖殘坡積層。高壓旋噴灌漿主要特點為：①可灌性好，只要高壓射流能破壞的地層如細砂、砂礫石等均可處理；②連接可靠，高壓旋噴灌漿板墻自身與周邊建筑物的連接可靠；③對施工技術要求較高。高壓旋噴灌漿防滲墻滲透系數為10-5～10-7cm/s，允許滲透比降值60。

（3）塑性混凝土防滲墻

塑性混凝土防滲墻是指通過使用機械在地基中挖槽，使用泥漿護壁以防止地層坍塌，然后通過導管在槽孔泥漿下澆筑混凝土所形成的地下防滲結構物。塑性混凝土不同于工程中常用的普通混凝土，塑性混凝土在組分上和剛性混凝土相比增加了黏土或膨潤土、粉煤灰等成分。由于塑性混凝土材料組成和配合比的改變，使得它具有極為優越的特性和經濟性。一是具有很好的力學特性，其彈性模量低，適應變形的能力強，極限應變高，抗震、抗滲和耐久性能好；二是具有很好的和易性，有較長的終凝時間和較低的強度，具備較好施工并易于操作的優點；三是具有較好的經濟性，其配合比中摻入了適當的黏性土或膨潤土等，大幅減少水泥用量，增加了抗滲性能，降低了造價。

塑性混凝土防滲墻廣泛應用于堤壩防滲加固，主要特點為：①適用性廣，深可達100 m左右，主要是中低水頭防滲，適用于各種地質條件如砂土、沙壤土、粉土、砂卵（礫）石土層等；②安全、經濟、可靠、耐久，其防滲墻滲透系數一般可達到10-6～10-8cm/s，允許滲透比降值達60～100；③與高噴灌漿比，施工速度相對較慢。

（4）普通混凝土防滲墻

普通混凝土防滲墻的施工工藝與塑性混凝土防滲墻基本相同，主要是在混凝土中不添加膨潤土等材料，只按普通混凝土（有時也添加粉煤灰等）配合比設計，具有承受水頭大、防滲性能可靠、適合各種地層地基防滲等優點，但水泥用量大，造價高，適應變形能力低。普通混凝土防滲墻抗壓強度高一般大于5MPa（15～35 MPa），彈性模量大于2 000 MPa（可達31500 MPa），滲透系數一般可達≤4.19×10-9cm/s，因而也稱為剛性混凝土。

（5）防滲方案初步選擇

從地質鉆探情況可知，社崗防護堤堤身填筑土層為中等～弱透水性，基礎堤長約占90%范圍內為雙層或多層結構，地層分布為粉質黏土層、淤泥質黏土、沖積砂層、含泥砂卵礫石層、下伏基巖或基巖風化土層，存在堤基滲漏、管涌、沼澤化等問題，因此不適合采用劈裂灌漿。高壓定噴和高壓旋噴主要適用于粉土、砂土等松散結構的地層，而社崗堤基礎較大范圍存在沖積砂層、砂礫石層等情況，也不太適用定噴和旋噴方案。而普通混凝土防滲墻水泥用量大、造價高，主要適用于大水頭壩基防滲。因此，社崗堤防滲方案的比選主要集中在高壓旋噴和塑性混凝土的比選。

表1 塑性混凝土與高壓旋噴灌漿方案技術比較

表2 塑性混凝土與高壓旋噴灌漿方案經濟比較

2.塑性混凝土與高壓旋噴防滲方案技術比較

（1）塑性混凝土與高壓旋噴方案設計

①高壓旋噴灌漿方案設計。沿堤頂中部軸線進行鉆機造孔，高壓噴射注漿機進行高壓旋噴灌漿，鉆孔穿過壩基覆蓋層及砂礫石層，由于堤防較高，高壓主旋噴灌漿采用雙排布孔，孔距為1.0 m，墻體有效搭接長度0.3 m，要求允許比降[J]≧60。

②塑性混凝土防滲墻方案設計。沿堤沿壩頂中心線設塑性混凝土防滲墻，防滲墻穿過壩基覆蓋層及砂卵礫石層，并嵌入風化土或入巖（相對不透水層）0.5～1 m。防滲墻厚0.6 m，抗滲等級為P6，允許比降[J]≥60～80。

（2）塑性混凝土與高壓旋噴技術比選

以下從防滲可靠性、耐久性、工藝適應性、施工場地要求、施工工期要求、施工質量控制、施工質量檢測等技術方面，對采用塑性混凝土和高壓旋噴方案進行技術比較選。

從表1可知，塑性混凝土防滲墻適應性好，防滲性能可靠，防滲質量有保證，結合社崗防護堤的地質條件和主要存在基礎滲漏的情況，從技術角度比較，采用塑性混凝土防滲墻。

3.塑性混凝土與高壓旋噴防滲方案經濟比選

根據對塑性混凝土防滲墻方案設計，墻厚采用60 cm，且由于施工要求必須對堤防進行加寬培厚，故加寬培厚的工程量須計入方案；根據高壓旋噴方案設計，只進行鉆孔和旋噴灌漿。以下將兩種方案的工程量與造價進行計算比較。

從表2可知，采用塑性混凝土防滲墻投資比高壓旋噴灌漿方案節約投資，從經濟角度考慮，塑性混凝土防滲墻方案優于高壓旋噴灌漿方案。

4.防滲方案的最終選定

根據上述塑性混凝土防滲墻方案和高壓旋噴灌漿方案的比較，無論從技術方面還是從經濟方面，塑性混凝土防滲墻方案均優于高壓旋噴灌漿方案，因此最終決定采用塑性混凝土防滲墻方案對社崗堤進行防滲加固。 ■

責任編輯 董明銳

Alternatives for seepage control and strengthening of Shegang Embankment of Feilaixia Water Complex

Zhong Minghui

Seepage piping,swamp formation and expansion of seepage have been found in Shegang Embankment of Feilaixia Water Complex.Through comparison of alternatives of several seepage control options and technical and economic evaluations,finally plastic concrete anti-seepage wall is selected.

protection embankment;strengthening;seepage control options;alternatives

TV871.2

：B

：1000-1123（2016）06-0033-03

2015-12-29

鐘鳴輝，教授級高級工程師，高級經濟師。