利用砂卵石作戧堤截流與防滲關鍵技術淺析

黨志超

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

湘江土谷塘航電樞紐壩址位于湖南省衡南縣云集鎮。本樞紐工程等級為Ⅱ等，永久性主要水工建筑物級別為3級。湘江土谷塘航電樞紐準備工程低水圍堰原設計為土石圍堰，高壓旋噴灌漿心墻防滲，但由于受到工期短、施工條件受限、天氣情況惡劣、地質條件不良等因素影響采取拋填砂卵石混合料筑堤，同時針對砂卵石混合料戧堤采取雙液灌漿防滲措施。

1 戧堤結構設計

1.1 戧堤結構形式

為減少不利因素的影響，形成多個戧堤填筑工作面，水上和岸上同時施工，上、下游戧堤設計為石渣填筑，縱向戧堤采用砂卵石混合料拋填。

1.1.1 上游戧堤

上游戧堤頂寬16.1 m，頂面高程52.0 m（根據招標文件水文資料，按照10%頻率12月份的流量為826 m3/s，但今年降水較多，我部實測水位最高達51.1 m，因此，確定頂部高程為52.0 m），迎水面坡度1∶1.5，背水面坡度1∶1.5。戧堤分為3個區，由背水面至迎水面分別為Ⅰ區、Ⅱ區（灌漿區）、Ⅲ區。Ⅰ區頂面寬度3.5 m，和Ⅱ區相鄰的坡度為1∶1.3，背水面坡度1∶1.5；Ⅱ區和Ⅰ區相鄰的坡度為1∶1.3；Ⅲ區迎水面坡度為1∶1.5。Ⅰ區和Ⅲ區填筑料為彭祠料場開采的塊石料，粒徑不應小于10 cm，以大于20 cm的塊石料為宜；Ⅱ區即灌漿區，為保證高噴灌漿的效果，Ⅱ區填筑料為粘土或細渣料，細渣料的粒徑不應大于10 cm，以粒徑小于10 cm的塊石料參雜細土料為宜[1]。

由于填筑料為泥巖且持續性陰雨天氣多，為保證車輛通行，戧堤頂面50 cm～80 cm范圍內，應選取料場開采的粒徑不小于20 cm且含水量較小的塊石料鋪填，然后再鋪填一層外購石灰巖塊石料。

戧堤的軸線位于前期低水圍堰軸線的背水面一側，相距0.9m。

1.1.2 下游戧堤

下游戧堤斷面形式和上游戧堤一致。

1.1.3 縱向戧堤

下游戧堤頂寬10 m，頂面高程52.0 m，迎水面坡度1∶2.0，背水面坡度1∶2.0[2]。戧堤采用砂卵石混合料。縱向圍堰及戧堤斷面見圖1。

圖1 縱向圍堰及戧堤斷面圖

1.2 拋填料的選擇

根據公式，束窄斷面平均流速：

式中：Q為設計流量，根據水文資料及實測水位51.06 m，取1000 m3/s；ωc為束窄河床斷面面積，ωc=hp（Bp-S·hp），m2。

根據公式，束窄河床斷面面積：

式中：hp為束窄斷面平均水深，取4.3 m；Bp為束窄斷面水面寬，取240 m；S為戧堤軸線方向的邊坡坡度，取1.5。

計算可得：ωc=1004.3 m2。

綜上，可的束窄斷面平均流速v=1.0 m/s。一般最大流速為平均流速的1.2～1.5倍，因此，最大流速估計為vmax=1.5 m/s。

根據公式，天然河床斷面平均流速：

式中：ω0為天然河床斷面面積，2153 m2。

計算可得，v0=0.46 m/s。天然河床最大流速v0max=0.69 m/s。根據公式，戧堤上下游水位落差:

式中：φ為流速系數，取0.875；g為重力加速度，取9.8 m/s2。計算可得，Z=0.05 m=5 cm。

根據伊茲巴什公式：

式中：v為計算流速，m/s；K為穩定系數，取K=0.90；d為塊石化為球體的直徑，m；g為重力加速度，9.81 m/s2；γ 為水的容重，1 t/m3；γs為塊石容重，此處取值為2.6 t/m3。

按束窄河床平均流速1.0 m/s，計算可得4 cm；按束窄河床最大流速1.5 m/s，計算可得9 cm；按天然河床平均流速0.46 m/s，計算可得1 cm；按天然河床最大流速0.69 m/s，計算可得2 cm。

根據水力學計算[3]可知，按天然河床平均流速0.46 m/s計算，拋填卵石粒徑大于1cm時即可穩定。考慮到戧堤防滲需要，若拋填卵礫石筑堤，則卵礫石會架空，導致戧堤無法閉氣。因此，經過考慮，筑堤拋填料必須是砂卵石混合料，且含沙量不宜過小，不宜小于6%，以原始河床覆蓋層開挖料拋填為宜。

2 雙液灌漿防滲

2.1 漿液配比試驗

由于漿液既要具備一定的擴散能力，同時又能快速凝結，因此，需根據現場實際情況配制漿液，經試驗，當水玻璃∶水泥=0.35時，凝結時間約為30 s，適合現場管路布置及灌注段長度的需要，因此，確定水∶水泥∶水玻璃=0.8∶1∶0.35±0.05。

2.2 灌漿工藝

初選兩種灌漿工藝進行試驗：

①利用鉆桿作為灌漿管，分段灌注。施工工藝流程：孔位放樣→設備就位→一次鉆孔至設計孔深→鉆桿起拔10 cm→孔底段灌漿→起拔鉆桿20 cm→第二段灌漿→起拔鉆桿20 cm→……→終灌段灌漿→結束灌漿→封孔。

②埋設PPR水管作為灌漿管，分段灌注。施工工藝：埋設兩套灌漿管路，第一套下至孔底，注漿管底部至50%孔深范圍內鉆花眼；第二套管路下至50%孔深+50 cm，孔底用膠封堵，以便形成灌漿搭接，第二套管路全段鉆花眼?；ㄑ垡幐瘢好?0 cm段鉆孔不少于4～6個，孔徑10 mm。

（3）灌漿壓力

灌漿壓力選擇Ⅰ序孔≥1.0 MPa，Ⅱ孔序≥1.2 MPa。

（4）孔徑和孔間距

孔徑為146 mm，孔間距初步定位1.6 m。

（5）灌漿結束標準

Ⅰ序孔單孔水泥灌入量不小于2000 kg/m。

（6）灌漿設備

灌漿設備選擇螺桿式水泥灌漿泵。

（7）灌漿試驗結果

經過現場挖開檢查，漿液擴散半徑可達0.8 m～2.0 m，經注水試驗，全孔滲透系數2.3×10-5cm/s，滿足合同不大于n×10-5cm/s（n=1～9）的要求。因此，雙液灌漿能夠滿足拋填砂卵石戧堤防滲的要求。但是，經過兩種施工工藝試驗對比，雖都能滿足施工需要，但是相對于利用鉆桿作為灌漿管，分段灌注工藝而言，采取埋設PPR水管作為灌漿管，分段灌注工藝灌漿效果穩定。

3 施工效果分析

采取拋填砂卵石筑堤，大大減少了阻工及陰雨天氣對施工的影響，僅用10天的時間完成6萬m3砂卵石的拋填，完成筑堤522 m，減少了石渣進占的工期壓力。因此，采取拋填砂卵石筑堤大大縮短了工期，為后續工程爭取了時間。

戧堤完成雙液灌漿防滲是施工后，用時3天即完成基坑抽水，抽水量45萬m3，戧堤滲水量極小，與同類工程相比，戧堤防滲效果良好，因此，雙液灌漿對于拋填砂卵石防滲是適用的。縱向圍堰拆除時，經過現場觀察，雙液灌漿成墻厚度約為0.8 m～2.0 m，較密實，基本達到C10混凝土強度，需爆破拆除。另外，與高壓旋噴灌漿相比，雙液灌漿具有需要設備少、用電量少、投入人員少、操作簡單等特點，具備搶工期的優勢。

4 經驗與建議

（1）當施工環境復雜、影響因素多、天氣狀況較差、地質條件不良，且需要趕工時，可考慮拋填砂卵石填筑戧堤。但是由于拋填砂卵石筑堤成本較就地取石渣料填筑戧堤成本較高，因此，在常規施工過程中不建議采用。

（2）通過本次研究，雙液注漿適用于拋填砂卵石戧堤，由于國內尚未發現拋填砂卵石戧堤圍堰防滲采用雙液注漿工藝，因此，此次研究獲得的各項參數可為同類工程提供參考，在灌漿過程中應加強過程控制，對鉆孔進行標記防止漏灌，同時防止超灌。