透水堤基防滲加固技術(shù)及應(yīng)用

王剛,沈潔

(1.河南黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州 450003；2.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南 鄭州 450003)

0 引言

堤防防滲是堤防一項(xiàng)重要運(yùn)用指標(biāo)，其中堤防滲流包括滲流量和滲流穩(wěn)定。根據(jù)堤防保護(hù)對(duì)象和等級(jí)，堤防安全運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)。堤基的滲流穩(wěn)定不但涉及堤基自身穩(wěn)定，也會(huì)影響整個(gè)堤防的穩(wěn)定和安全運(yùn)用。滲透穩(wěn)定變形破壞包括流土型破壞、管涌型破壞、接觸沖刷、接觸流土。流土是指在上升的滲流作用下局部土體表面的隆起、頂穿，或者粗細(xì)顆粒同時(shí)浮動(dòng)而流失。管涌是指土體中細(xì)顆粒在滲流作用下，由骨架孔隙中通道流失。接觸沖刷是當(dāng)滲流沿2種滲透系數(shù)不同的土層接觸面，或建筑物與地基的接觸面流動(dòng)時(shí)，沿接觸面帶走細(xì)顆粒。接觸流土是在層次分明、滲透系數(shù)相差懸殊的兩土層中，當(dāng)滲流垂直于層面流動(dòng)時(shí)，將滲透系數(shù)較小一層中的細(xì)顆粒帶到滲透系數(shù)較大的一層中。

1 堤防防滲性分析

涇河是渭河的第一大支流，局部段落內(nèi)堤基為透水堤基。堤基底部為河道河灘，為礫石層，厚度約2～6 m，其滲透系數(shù)K=2.14×10-2cm/s。下部為白堊系洛河組砂巖，中粗粒結(jié)構(gòu)。其滲流通道主要為路基底部2～6 m的礫石層。

滲流穩(wěn)定采用平面有限單元分析方法，使用二維平面滲流穩(wěn)定分析程序?qū)Φ谭罃嗝孢M(jìn)行概化計(jì)算。對(duì)符合達(dá)西定律的二向滲流，且土體與液體壓縮性可以忽略的條件下，水頭函數(shù)滿足拉普拉斯方程：

(1)

式(1)中：h為水頭函數(shù)；x、z為坐標(biāo)；Kx、Kz為滲透系數(shù)。

對(duì)地質(zhì)橫斷面進(jìn)行一定概化處理，各土層物質(zhì)組成、滲透系數(shù)相近的作為一個(gè)土層處理，各土層的滲透系數(shù)采用地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)報(bào)告中提供的建議值，并進(jìn)行合理性復(fù)核。計(jì)算中對(duì)上、下游計(jì)算邊界按給定的地層進(jìn)行適當(dāng)延伸；臨河側(cè)水位取設(shè)防水位，背河側(cè)水位取背河側(cè)地面高程，按穩(wěn)定滲流計(jì)算。

根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果，單寬滲流量為1.21×10-4m3/s。滲流主要通過堤基礫石層滲流，需對(duì)該段堤基做防滲處理。

2 堤防防滲措施

2.1 防滲措施

施工技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，有多種堤基防滲措施，主要包括挖填法、鋪蓋法、加固截滲法、排滲等方法。挖除法主要是挖除不符合要求的堤基土，并回填復(fù)合要求土質(zhì)，該種方法適用于挖除土層較少，工程量較小時(shí)采用；鋪蓋法一般是在堤前水平鋪設(shè)，可采用黏土鋪設(shè)也可采用土工膜鋪設(shè)；加固截滲法一般是在堤身、堤基內(nèi)設(shè)計(jì)垂直防滲墻或者灌漿形成止水帷幕，加固截滲可設(shè)置黏土、土工膜、固化灰漿、混凝土、瀝青混凝土等；排滲是在當(dāng)采用防滲和截滲措施后，還達(dá)不到滲流穩(wěn)定要求下，在堤防出水口部位設(shè)置排水井進(jìn)行排滲，從而降低水位，防止發(fā)生滲透破壞。

堤基防滲措施的選擇主要根據(jù)堤基的地質(zhì)條件，堤防保護(hù)對(duì)象，堤防防滲性能要求，施工原材料獲取的難以程度等綜合確定，主要原則是在確保堤基防滲安全的前提下，采用經(jīng)濟(jì)、合理的措施對(duì)堤基進(jìn)行處理，使其滿足要求。

結(jié)合涇河堤基實(shí)際情況，其距離主河槽較近，整個(gè)河槽灘地均有透水通道，因此不適宜鋪蓋防滲，挖填法工作量較大，考慮到堤基基礎(chǔ)以砂礫石為主，采用高壓噴射灌漿加固堤基。

2.2 堤基防滲加固

采用旋噴和擺噴搭接的方式進(jìn)行處理，旋噴樁與擺噴孔沿連鎖墻軸線間隔布置，鉆孔間距2 m；連鎖墻底高程進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化下限深度>1 m；為增加連鎖墻的整體性和可靠性，在兩道連鎖墻之間每隔約8 m增加一個(gè)擺噴鉆孔，噴射方向垂直于連鎖墻軸線，使兩道連鎖墻有效地聯(lián)接為一個(gè)整體(圖1)。

兩道高壓旋噴連鎖墻之間，以及高壓旋噴連鎖墻與堤身之間采用混凝土加固(圖2)，防止在兩道截滲墻之間和截滲墻與堤身之間產(chǎn)生滲流。

圖2 高壓旋噴連鎖墻加固防滲斷面圖

3 結(jié)語(yǔ)

堤基防滲對(duì)于堤防安全至關(guān)重要，隨著工程技術(shù)的發(fā)展，堤基加固技術(shù)也在不斷拓展，堤基加固主要根據(jù)工程等級(jí)，結(jié)合堤基基礎(chǔ)選擇既要滿足工程需要，又要考慮一定的經(jīng)濟(jì)性。

充分結(jié)合涇河該段堤基基礎(chǔ)，其以砂礫石為主，利用高壓噴射灌漿加固堤基，使得灌漿與堤基砂礫石結(jié)合，形成連續(xù)的截滲墻，達(dá)到堤基防滲的目的。