高壓定噴灌漿截滲墻在環巢湖生態修復四期工程中的應用

張玉程

（上海市政工程設計研究總院（集團）第六設計院有限公司，安徽 合肥 230061）

1 概述

環巢湖生態修復四期工程共包含13個單項工程，廬北大圩堤防截滲工程即為其中之一。廬北大圩位于廬江縣北部，東臨巢湖，總面積136.9 km2，耕地面積0.92萬hm2畝，是廬江縣唯一的10萬畝以上圩口。廬北大圩堤防截滲工程主要內容：杭埠河右堤堤防截滲，總長19.5 km，采用水泥土攪拌樁截滲墻；白石天河左堤堤防截滲，總長11.65 km，采用高噴灌漿截滲墻。本文主要針對白石天河左堤的高噴灌漿截滲墻進行探討。

根據地勘報告，白石天河左堤，堤身為雜填土，滲透系數K=1.76×10-4cm/s，中等透水性，厚度約6.0 m～7.0m，局部存在建筑垃圾；堤基中透水層為②2層輕粉質壤土、砂壤土，滲透系數K=3.40×10-4cm/s，中等透水性，厚度約5.0 m，埋深約15.0 m。綜合白石天河左堤的地質情況、截滲墻深度情況，造價較低的水泥土攪拌樁截滲墻不適用于該段堤防，本次設計擬采用高噴灌漿截滲墻。高噴灌漿截滲墻主要有旋噴、擺噴、定噴等3種形式，在滿足工程安全性的前提下兼顧工程經濟性，經綜合比選后，設計采用高壓定噴灌漿截滲墻。

2 高壓定噴灌截滲墻設計

為保證成墻可靠，同時兼顧經濟合理，高壓定噴灌漿截滲墻的連接方式選擇定噴折接，三管法（CJP工法）施工。

高壓定噴灌漿截滲墻的設計，主要內容包括以下4方面內容：

（1）截滲墻厚度的計算；（2）定噴孔距的計算；（3）截滲墻貫入深度的計算；（4）截滲墻與現狀穿堤建筑物的連接。

2.1 截滲墻厚度的計算

截滲墻厚度主要取決于墻體的滲透穩定性和結構應力等因素。滲透穩定性主要由允許水力比降控制，結構應力主要由強度指標控制。結構應力在大壩工程中應予以重視，在堤防工程中，因墻深不大且有土體的圍壓作用，截滲墻通常不會因為強度問題而破壞。

根據《深層攪拌法技術規范》（DL/T 5425-2018），截滲墻厚度D可按下式進行簡化計算：

式中：H為截滲墻作用水頭，按6.0 m全水頭計；[J]為高噴凝結體的允許水力比降，查閱相關資料[J]基本為80～100，本次取[J]=100；η 為系數，可取 1.1～1.4，本次取 1.3。

經計算，D=1.3×6/100=0.08 m。結合工程經驗，高壓定噴凝結體，中部最薄，一般為10 cm左右，故墻厚可滿足設計要求。

2.2 定噴孔距的計算

高壓定噴灌漿折接時的孔距，可通過下式確定。

式中：L1為高壓定噴灌漿折接時的孔距，m；L為高壓定噴墻的有效長度，m，根據地質情況及施工方法，取2.4；α為噴射板墻與施工軸線的夾角，取15°；ΔL為高噴防滲板墻的搭接長度，m，根據相關規范，ΔL≥0.3 m。

經計算，孔距L1=2.03 m，結合本地區的工程經驗，為保證搭接可靠，取孔距L1=1.40 m。

2.3 截滲墻貫入深度的計算

高壓定噴灌漿截滲墻貫入深度（墻底進入相對不透水層的深度），可通過下式確定。

式中：d為截滲墻貫入深度，m；H為作用水頭，m，取6.0 m；J為接觸面允許滲透比降，取5～6；b為高壓定噴灌漿截滲墻有效厚度，m，查閱相關資料結合現場工藝試驗，取0.1。

經計算，貫入深度d=0.45 m，考慮施工方便，取貫入深度d=0.50 m。高壓定噴灌漿截滲墻底穿過透水層（②2輕粉質壤土、砂壤土層）進入相對不透水層中（③1淤泥質重粉質壤土層或③2重粉質壤土層），不小于0.50 m，形成半封閉式截滲墻。

2.4 截滲墻與現狀穿堤建筑物的連接

白石天河左堤沿線分布有多處穿堤涵閘，基本為鋼筋砼箱涵結構。高壓定噴灌漿截滲墻與現狀穿堤涵閘之間，需采取有效措施，保證截滲墻與穿堤涵閘之間連接可靠，防止墻、涵之間的接觸沖刷，形成集中滲漏通道，以保證截滲效果的連續性。

結合工程實踐經驗，本次設計，截滲墻與穿堤涵閘之間擬采用高壓旋噴灌漿的形式進行連接。高壓旋噴灌漿，設計孔徑1.0 m，孔距0.6 m，樁底進入相對不透水層中0.5 m，采用雙排套接形式，共2排，每排3根，單個穿堤涵閘左右側合計12根，旋噴樁軸線與現狀穿堤涵閘軸線平行，與截滲墻軸線垂直。

2.5 截滲墻設計施工方案

為提高防滲效率，截滲墻宜布置在迎水側，由于白石天河左堤堤頂防汛道路已實施，為避免截滲墻施工對防汛道路的破壞，本次設計截滲墻沿迎水側土路肩中心線布置。設計截滲墻頂高程平20年一遇設計洪水位，截滲墻底穿過透水層（②2輕粉質壤土、砂壤土層）進入相對不透水層中（③1淤泥質重粉質壤土層或③2重粉質壤土層），不小于0.50 m，形成半封閉式截滲墻。

圖1 堤防截滲方案典型斷面圖

高壓定噴灌漿截滲墻，孔距1.40 m，與施工軸線夾角為15°，分兩序孔進行施工，先噴灌一序孔，后噴灌二序孔，相鄰孔作業時間間隔控制在12 h～72 h范圍內。

圖2 高壓定噴截滲墻孔位布置示意圖

高壓定噴灌漿截滲墻，設計工藝參數見表1。

表1 高壓定噴灌漿截滲墻設計工藝參數表

3 高壓定噴灌漿截滲墻截滲效果分析

高壓定噴灌漿截滲墻的截滲效果，可通過對采用截滲墻前后的堤防滲透穩定相關指標的變化來體現。滲透穩定分析采用河海大學編制的“AutoBANK”軟件進行計算，該程序采用有限元方法求解二維滲流控制方程，目前國內普遍使用，具有較高的精度和較好的適用性，認可度較高。計算采用二維有限元方法并繪制流網，然后對滲流穩定要求的各個參數進行計算。

根據地勘資料，白石天河左堤各地層滲透性試驗參數見表2。

表2 堤防各地層滲透性參數表

3.1 未采用截滲墻時堤防滲流穩定分析

選取代表性斷面，對白石天河左堤未采取截滲措施的現狀堤防進行滲流穩定計算，計算成果見表3。根據計算結果，現狀斷面②2層（輕粉質壤土、砂壤土）頂覆蓋層垂直比降較大，超過允許垂直比降（0.49，地勘報告中該土層的允許垂直比降建議值），部分斷面出逸點距地面較高，為1.5 m左右。2016年汛期白石天河左堤險情多為堤身滲漏、背水側堤身滑坡、堤身散浸等，根據現場調查可知，造成此類險情的主要原因是長時間高水位情況下，背水側堤坡出逸點過高。

表3 未采用截滲墻時堤防滲流計算成果表

3.2 采用截滲墻后堤防滲流穩定分析

選取代表性斷面，對白石天河左堤采用高壓定噴灌漿截滲墻后的堤防進行滲流穩定計算，計算成果見表4。根據計算結果，②2層（輕粉質壤土、砂壤土）頂覆蓋層垂直比降為0.30左右，小于允許垂直比降（0.49，地勘報告中該土層的允許垂直比降建議值），出逸點距地面高度0.50 m左右。

表4 采用高壓定噴灌漿截滲墻后滲流計算成果表

選取代表性斷面，對白石天河左堤采用高壓定噴灌漿截滲墻前后相關參數的變化列表進行對比，見表5。由表中數據可知，②2層（輕粉質壤土、砂壤土）頂超靜水頭減少0.4 m～0.6 m左右；垂直比降降低0.5左右；出逸點高程降低1.0 m左右，截滲效果明顯。

表5 采用高壓定噴灌漿截滲墻前后對比表

4 結論與建議

通過上述分析可知，高壓定噴灌漿截滲墻在降低滲流比降方面有顯著作用，可以有效減少堤后覆蓋層的垂直比降，降低下游浸潤線高度及出逸點高程，從而減少堤身散浸范圍，提高堤坡滲流穩定安全。

結合設計參數，白石天河左堤堤防截滲工程在正式實施之前進行了高壓定噴灌漿工藝試驗。工藝試驗完成14天后進行淺部開挖，28天后進行鉆芯取樣，試樣送室內試驗。淺部開挖顯示，單孔連續墻有效長度≥2.5 m，延伸長度≥3.8 m，墻厚≥0.1 m，墻體連續性好，外觀均勻、平整，未發現明顯蜂窩和孔洞等質量缺陷，外觀質量滿足要求。室內試驗結果顯示，滲透系數K≤1×10-6cm/s，90天齡期抗壓強度fcu90在 3.48 MPa～5.61 MPa之間，相關參數均滿足設計要求。

高壓定噴灌漿截滲墻既滿足工程安全性，又兼顧工程經濟性，其用于堤防加固設計中是合適的。廬北大圩堤防截滲工程于2017年6月開工建設并于2018年初完工，經過了2018年汛期考驗，目前運行良好，為廬北大圩的防洪保安提供重要支撐。