多頭小直徑防滲墻在灃西干渠堤防滲漏加固中的應(yīng)用

倫冠貴 （安徽省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

安徽省淠史杭灌區(qū)是淠河、史河、杭埠河三個(gè)毗鄰灌區(qū)的總稱，總面積13130 km2（不含河南省灌區(qū)），灌區(qū)設(shè)計(jì)灌溉面積73萬hm2。灃西干渠是位于安徽省中西部六安市境內(nèi)的史河灌區(qū)的四大干渠之一，以其位于灃河之西而得名，干渠于1958年開工，1969年全部建成，自渠首閘起，經(jīng)石廟閘、彭店閘，止于趙莊節(jié)制閘，全長77.12 km。

灃西干渠經(jīng)過幾十年的運(yùn)行及續(xù)建工程配套，大部分渠系及渠系建筑物已基本完善，但部分渠段現(xiàn)狀仍存在堤身滲漏問題，部分區(qū)段在汛期險(xiǎn)情頻發(fā)，漏水嚴(yán)重。為保護(hù)堤防安全，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高水資源利用率，促進(jìn)項(xiàng)目區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，需對滲漏段堤防進(jìn)行加固處理。

2 工程地質(zhì)概況及堤防滲漏原因分析

2.1 工程地質(zhì)概況

工程區(qū)地層屬皖北（華北）地層區(qū)兩淮分區(qū)長豐小區(qū)。區(qū)內(nèi)河湖相沉積較為發(fā)育，新生代以來，新構(gòu)造運(yùn)動以間歇性交替升降運(yùn)動為主，形成了各級階地以及復(fù)雜的第四紀(jì)地層。工程區(qū)出露及鉆孔揭露地層敘述如下。

新近人工堆積層（Qml4）：人工填土，主要成分為重粉質(zhì)壤土，灰黃色，局部為灰色，可塑，土質(zhì)較為松散，含少量鐵錳質(zhì)礦物，中等偏高壓縮性。主要分布于填方段，切嶺段頂部多有堆積，來源于附近渠道開挖棄土或堤后就近取土，土性一般與附近堤基上部土層相近。

第四系上更新統(tǒng)沖積層（Qal3）：②層重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土，灰黃～褐黃色，可塑～硬塑，含少量鐵錳質(zhì)結(jié)核及高嶺土，中等壓縮性，弱～中膨脹潛勢。

2.2 堤防滲漏原因分析

灃西干渠填方段堤身由人工填筑土組成，填土主要來源于附近渠道開挖棄土或堤后就近取土，填土成分以重粉質(zhì)壤土～粉質(zhì)粘土為主，局部為中粉質(zhì)壤土。由于堤防大都建于上世紀(jì)五六十年代，施工質(zhì)量差，原堤防內(nèi)部填筑質(zhì)量不均衡，土質(zhì)松散，壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，且未對堤身、堤基做任何防滲處理，造成部分渠段堤防滲漏嚴(yán)重，特別是高水位運(yùn)行時(shí)，滲漏現(xiàn)象更為突出，不僅給堤防安全留下較多隱患，而且造成了嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)，導(dǎo)致渠系水利用系數(shù)降低。

3 堤防加固處理前滲漏穩(wěn)定計(jì)算分析

3.1 計(jì)算斷面

根據(jù)歷年統(tǒng)計(jì)的險(xiǎn)情和對勘探資料進(jìn)行分析，結(jié)合地形、堤高及歷年險(xiǎn)情發(fā)生位置，本文選取陳老莊滲漏段樁號4+209斷面作為計(jì)算典型斷面。

3.2 計(jì)算方法

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）中有關(guān)滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算的規(guī)定，選用河海大學(xué)力學(xué)研究所編制的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AUTOBANKv7.07）》堤防滲流場計(jì)算程序，對選取的典型斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算。

3.3 計(jì)算參數(shù)選取

各土層參數(shù)依照該滲漏段的地質(zhì)資料選取，詳見表1。

3.4 計(jì)算工況

根據(jù)《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）中有關(guān)滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算的規(guī)定，滲流穩(wěn)定按以下兩種工況進(jìn)行計(jì)算。

①正常運(yùn)行期：臨水側(cè)為設(shè)計(jì)水位，背水側(cè)為無水。

高校傳統(tǒng)的教學(xué)方法是填鴨式，加上工程結(jié)構(gòu)試驗(yàn)課程的特點(diǎn)，教學(xué)效果不太理想。很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的目標(biāo)。使其從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。

②水位降落期：臨水側(cè)24 h內(nèi)由設(shè)計(jì)水位降3 m，背水側(cè)無水。

3.5 計(jì)算結(jié)果

陳老莊滲漏段滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果詳見表2及圖1、圖2。

由計(jì)算結(jié)果可知，各工況下出逸點(diǎn)滲透比降計(jì)算值均大于允許值，出逸點(diǎn)高程也較高。加之考慮到渠道填方段堤

滲流穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)表 表1

加固前堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表 表2

圖1 加固前正常運(yùn)行期水力坡降等值線圖

圖2 加固前水位降落期水力坡降等值線圖

身填筑年代久遠(yuǎn)，填筑質(zhì)量較差，現(xiàn)狀堤身滲漏也較嚴(yán)重，因此對渠道堤防填方滲漏段進(jìn)行防滲加固處理。

4 堤防防滲加固處理方案

結(jié)合工程區(qū)地質(zhì)情況及目前的施工技術(shù)水平，堤防滲漏加固處理可選擇的技術(shù)措施主要有土工膜防滲以及多頭小直徑水泥土防滲墻。

4.1 土工膜防滲

復(fù)合土工膜分為一布一膜和兩布一膜，抗拉、抗撕裂、頂破等物理力學(xué)性能指標(biāo)高，產(chǎn)品強(qiáng)度高，延伸性能較好，變形模量大，耐酸堿、抗腐蝕，耐老化，防滲性能好，能滿足水利、市政、建筑等工程建設(shè)中的防滲、隔離、補(bǔ)強(qiáng)、防裂加固等工程需要。

4.2 多頭小直徑防滲墻

多頭小直徑防滲墻是以水泥作為固化劑，通過樁基在地基深處將土體和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑將土體和水所產(chǎn)生的一系列物理化學(xué)反應(yīng)，使土體硬結(jié)成具有良好的整體性、水穩(wěn)定性、不透水性并具有一定強(qiáng)度的水泥土防滲墻，達(dá)到截滲目的。適用于處理飽和軟黏土、淤泥、淤泥質(zhì)土、黏性土、素填土等地基的加固。

參照灌區(qū)已建工程經(jīng)驗(yàn)，土工膜防滲造價(jià)最低、防滲效果明顯，但易老化，使用壽命短；多頭小直徑防滲墻施工造價(jià)較高壓噴射灌漿低，且較高壓噴射灌漿施工方便，近年來應(yīng)用在淠史杭灌區(qū)淠河總干、史河總干滁河干渠等多處渠道除險(xiǎn)加固中，防滲效果較好。因此，本工程對堤防滲漏段處理選用多頭小直徑防滲墻的加固方案。

加固后堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表 表3

5 多頭小直徑防滲墻設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)多頭小直徑防滲墻水灰比0.8:1～1:1，水泥摻入量不小于12%，水泥新鮮無結(jié)塊，過4900孔篩余量不大于5%，防滲墻伸入堤基重粉質(zhì)壤土層不小于1.5 m，且不小于渠底以下0.5 m。

墻體抗?jié)B厚度按下式確定：

T=ΔH/i

式中：T——墻厚(m)；ΔH——上、下游水頭差；i——水泥土允許坡降，取i=60。

經(jīng)計(jì)算得水泥土防滲墻厚度為8 cm～9 cm時(shí)即可滿足抗?jié)B要求，本次設(shè)計(jì)考慮到施工連續(xù)性、均勻性和豎向偏差，初擬成孔孔徑30 cm，樁體間水平向搭接長度10 cm，則多頭小直徑墻體有效理論厚度可達(dá)22.4 cm，滿足抗?jié)B要求。

圖3 防滲墻平面布置示意圖(單位:mm)

6 堤防加固處理后滲漏穩(wěn)定計(jì)算分析

對堤防進(jìn)行防滲加固處理后，仍對選取的陳老莊滲漏段斷面作為滲流復(fù)核計(jì)算斷面。計(jì)算參數(shù)、方法及工況同加固前，計(jì)算結(jié)果見表3及圖4、圖5。

圖4 加固后正常運(yùn)行期水力坡降等值線圖

圖5 加固后水位降落期水力坡降等值線圖

由計(jì)算結(jié)果可知，對堤防滲漏段進(jìn)行多頭小直徑防滲墻加固處理后各工況下出逸點(diǎn)滲透比降計(jì)算值均小允許值，出逸點(diǎn)高程也較處理前降了1 m左右，滲流穩(wěn)定滿足要求防滲效果明顯。

7 結(jié)語

灃西干渠堤防滲漏段采用多頭小直徑防滲墻加固處理后，經(jīng)過1年多運(yùn)行，未再發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，防滲效果顯著。根據(jù)此次堤防滲漏加固處理的工程經(jīng)驗(yàn)，堤防存在滲漏現(xiàn)象時(shí)，首先應(yīng)找出滲漏原因，然后通過地質(zhì)勘查查明堤身、堤基土質(zhì)，因地制宜，制定經(jīng)濟(jì)合理、施工簡便、技術(shù)可行、防滲效果明顯的處理方案，力求一步治理到位，徹底根治滲漏現(xiàn)象。