大占頭攔河閘地基處理方案及評價

（河南省水利勘測設計研究有限公司）

大占頭攔河閘地基處理方案及評價

□魏常琦

（河南省水利勘測設計研究有限公司）

大占頭攔河閘設計過閘流量＞5000 m3/s，工程等別為大（1）型。攔河閘底部高程131.50 m，閘基①層中粗砂層和③層砂卵石層為強透水層，攔河閘建成擋水后存在閘基滲漏和滲透穩定問題，建議對閘基采取防滲處理措施。由于高壓旋噴灌漿成墻技術具有良好的變形協調性能以及抗滲性能，采用高噴防滲墻對閘基進行處理。處理后經檢測各指標滿足設計要求，證明該攔河閘地基處理方案是合理可行的。

閘基滲漏；滲透破壞；地基處理；高壓旋噴樁連續墻

1 工程概況

大占頭攔河閘位于鴨河口水庫下游19 km處的宛城區新店鄉北8 km大占頭村附近，距南陽市約25 km。該工程主要承擔白桐干渠的引水任務，主要建筑物包括攔河閘、沖砂閘和進水閘。該樞紐工程始建于1966年，2010年7月25日白河上游遭遇暴雨，白河活動壩開閘泄洪，行洪期間活動壩發生垮塌。本次復建工程對原活動壩和沖砂閘進行拆除重建。

新設計大占頭攔河閘過閘流量＞5 000 m3/s，工程等別為大（1）型，設計洪水標準為100 a一遇，校核標準為200 a一遇。主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為3級。閘軸線處河道現狀堤頂高程右岸為139.50 m，左岸為140.00 m。閘址處百年一遇設計洪水位138.40 m，校核洪水位139.16 m。根據灌區灌溉用水要求，閘門正常擋水位136.00 m，閘門最高擋水位136.80 m。

2 工程地質及水文地質條件

2.1 地層巖性

鉆孔揭露深度范圍內（30 m）其地層巖性主要由上第三系粘土巖和第四系松散堆積物組成。根據巖性特征及物理力學性質的差異，共分為5層，由新至老分述如下：

2.1.1 中粗砂（Q4al）

淺黃色、松散、濕；主要礦物成分為石英、長石，黑色礦物次之，顆粒分選及磨圓度均較好。高漫灘以含礫中細砂為主。在垂直方向上由上到下顆粒有變粗的趨勢。層厚0.40～4.80 m，廣泛分布于河床及漫灘。

2.1.2 中、重粉質壤土（Q4alp）

黃褐色、可塑狀，由北向南逐漸變薄。層厚6.20～6.30 m，分布于左岸一級階地。

2.1.3 砂卵石（Q3alp）

黃褐色、稍密～中密，局部地段受滲透變形影響，較疏松；以卵石為主，砂礫次之；礫卵石成分以石英巖、花崗巖、砂巖等為主，粒徑一般為3～5 cm，最大者＞20 cm；砂質成分以石英、長石為主，顆粒分選性差。該層土質不均，卵石含量變化較大，在垂直方向或水平方向常變為砂礫石。層底高程118.90～124.00 m，層厚8.70～15 m。

2.1.4 礫質輕壤土（Q3alp）

淺黃色、棕黃色，結構較緊密；以輕壤土為主，土質不均，含砂礫較多且分布不均，局部夾泥卵石層或砂礫石透鏡體；砂以石英、長石為主，微膠結；礫石以花崗巖、變質巖為主。向下有時相變為泥質砂卵石。層底高程112.50～115.90 m，層厚3.00～7.50 m。

式中：Kd為考慮墻體位移對δ和φ的影響系數，S為擋土墻平動位移量（注：RT位移模式擋土墻背面各點位移不同，各計算點的δ、φ不同），Sc為內、外摩擦角達到最大值時所需的墻體平動位移量。顯然，靜止狀態時 S=0，φ=φ0、δ=δ0；極限狀態 S=Sc時，φ=φm，δ=δm，δ和 φ 的值隨墻體平動位移 S 的增大而增大。

2.1.5 上第三系（N）粘土巖

灰綠色，棕黃褐色，結構較緊密，具裂隙；頂板高程111～118 m左右，其厚度＞5 m。

2.2 各土層物理力學性質指標

經綜合分析、整理，閘址區各巖土層物理力學指標建議值見表1。

2.3 水文地質條件

場區主要含（透）水層有：新第三系砂礫巖、第四系③層砂卵石和①層中粗砂。新第三系砂礫巖埋深較大，與工程關系不大。第四系③層砂卵石和①層中粗砂之間沒有隔水層，實際上是一個統一的潛水層。

表1 各層土物理力學性指標建議值表

為評價閘址區各巖土體滲透性等級，依據《水利水電鉆孔抽水試驗規程》（SL320-2005）在現場進行鉆孔抽水試驗，各巖土體試驗成果見表2。

表2 鉆孔抽水試驗成果表

2.4 工程地質評價

攔河閘底板設計高程131.50 m，為提高攔河閘的穩定性，避免不均勻沉陷，并考慮到①層中粗砂層較薄，建議予以清除，把閘底板放置在③層砂卵石層上。由于閘基①層中粗砂和③層砂卵石為強透水層，攔河閘建成擋水后存在閘基滲漏和滲透穩定問題。中粗砂滲透破壞形式主要為流土，砂卵石滲透破壞形式為管涌。根據計算和工程類比，中粗砂允許滲透比降建議取0.25，砂卵石允許滲透比降建議取0.15。為避免閘基發生滲透變形，建議對閘基采取防滲處理措施，若采用防滲墻方案，建議防滲墻底部應進入④層礫質輕壤土或⑤層粘土巖中。

3 地基處理方案

高壓噴射灌漿法，是一種利用射流切割技術在地層原位對土體進行加固的方法。它具有可控性好、地層適應面廣、造價較低、施工便捷等優點，在復雜地質條件及施工環境惡劣的堤段，具有廣闊的應用前景。為避免閘基滲漏和發生滲透變形破壞，增加其穩定性，在上游鋪蓋與上游閘底板連接段采用高壓旋噴灌漿成墻方案進行處理。

3.1 主要技術參數

高噴灌漿防滲墻軸線位置：攔河閘段位于閘室樁號0+ 0.75 m前址底部；右岸上游圓弧翼墻段位于翼墻底板前緣下游0.65 m處；左岸擋墻段位于擋墻底板前緣下游0.65 m處。左岸防滲墻同時考慮與進水閘豎向防滲墻連接。

高噴灌漿防滲墻采用旋噴套接形式，單排布置，初定灌漿設計直徑1.40 m，孔距為1.20 m，相鄰樁搭接長度≥0.20 m。防滲墻深度為進入⑤層粘土巖≥1 m。攔河閘左岸靠近進水閘附近粘土巖巖面較深，防滲墻深度可按進入礫質輕壤土≥5 m控制，且該段防滲墻總深度≥19 m。設計要求墻體滲透系數≤1.00×10-5cm/s，28 d抗壓強度≥4 MPa。

3.2 灌漿試驗

防滲墻施工前進行試驗，試驗選取和閘基地質基本條件一致的區域進行。根據不同地質情況和施工工藝，孔距可按照0.20 m級差進行調整。高壓噴射注漿的材料采用強度等級為42.50的普通硅酸鹽水泥漿液。采用三管法進行施工。高壓旋噴注漿防滲墻施工完成后，成墻厚度應≥400 mm，其滲透系數≤1.00×10-5cm/s，各部位高壓噴射注漿固結體28 d抗壓強度≥4 MPa。

初定試驗技術參數為：水壓力35～40 MPa，水流量75 l/ min；氣壓力0.60～1.20 MPa，氣流量0.80～1.50 m3/min；漿液壓力0.50～0.80 MPa，漿液流量70～80 l/min；提升速度6～12 cm/ min，轉速4～10 r/min。試驗時可根據實際情況進行調整。

4 處理效果與評價

4.1 墻體抗滲性能檢測

為檢查墻體抗滲性能是否滿足設計要求，依據《水利水電工程注水試驗規程》（SL345-2007）對檢查孔進行常水頭注水試驗。試驗段長度≤5.00 m，注水試驗成果見表3。

根據注水試驗結果，9個檢查孔滲透系數在5.86×10-6～8.76×10-6之間，滿足設計要求。

4.2 墻體抗壓強度檢測

為檢查墻體抗滲性能是否滿足設計要求，依據《水工混凝土試驗規程》（SL352-2006）及《水泥土配合比設計規程》（JTJ/ T233-2011），共選取9個檢查孔巖芯樣進行加工，試件直徑93 mm，高度93 mm，不平整度及不垂直度均為0。根據抗壓強度試驗檢測結果可知，檢查孔巖芯抗壓強度在4.0～6.4 MPa之間，滿足設計要求。巖芯抗壓強度成果見表4。

5 結論

通過對攔河閘地基采用高壓旋噴灌漿成墻方案進行處理，經注水試驗及強度檢測，表明該閘基所采用的處理方案、設計布置、施工工藝是合理的、可行的。增加了閘基穩定性，避免閘基發生滲漏和滲透變形破壞，其經驗可供同類工程參考。

表3 檢查孔注水試驗成果表

表4 檢查孔巖芯抗壓強度成果表

［1］李剛，李端有，周啟，高噴法在堤防防滲加固工程中的應用［J］，人民長江，2006（8）：77-79.

［2］蔡海燕，在松散漂卵石地層中高噴試驗的研究［J］.勘察科學技術，2010（5）：9-12.

TV66

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1673-8853（2017）04-0041-03

2017-1-12

編輯：符蕾

魏常琦（1982.11-），男，工程師，主要從事工程地質與水文地質方向工作與研究。