河道堤防工程滲漏原因及防滲措施研究
——以樟樹市蒙河堤樁工程為例

李 蔚

(樟樹市水利工程服務(wù)中心，江西 宜春 331200)

1 工程概況

樟樹市蒙河的右岸堤在樟樹市西部，其圩堤的起止點(diǎn)分別是江平村老熊家、黃家村朱家，連接袁河黃崗堤。圩堤總長度為18.469 km，保護(hù)面積約為26.58 km2，可為2100 hm2的耕地、2.61萬人口、26個(gè)村莊和136個(gè)村小組提供保護(hù)，另外，還可為樟宜公路、滬瑞高速以及浙贛鐵路所具有防洪安全性提供保障。

蒙河的左岸堤在下游左岸，其圩堤的起止點(diǎn)分別是中洲鄉(xiāng)石橋村以及昌傅鎮(zhèn)馬青村，連接長蘭馬青堤。圩堤總長度為13.280 km，保護(hù)面積約為28.36 km2，可為2900 hm2的耕地、2.48萬人口、24個(gè)村莊以及96個(gè)村小組提供保護(hù)，另外，樟宜公路、滬昆高速還有浙贛鐵路同樣在其保護(hù)范圍內(nèi)。

2 河道堤防現(xiàn)狀與滲漏原因

2.1 堤基滲漏

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果可知，在2019年的汛期，蒙河共有3處堤基出現(xiàn)滲漏問題，總長度達(dá)到了250 m。導(dǎo)致問題出現(xiàn)的原因，主要是堤基表層以粉細(xì)砂和砂壤土為主，在蓋重方面的表現(xiàn)并不理想，汛期極易出現(xiàn)管涌情況，進(jìn)而導(dǎo)致河堤被滲透甚至被破壞[1]。

2.2 堤身滲漏

圩堤共有6處出現(xiàn)滲漏問題，總長度為850 m。結(jié)合實(shí)地勘察所掌握信息可知，蒙河堤身以砂壤土和壤土為主，在長期浸泡的情況下，極易出現(xiàn)塌岸及滑坡問題，蒙河右岸所面臨險(xiǎn)情則是堤身滲水。

2.3 穿堤建筑

方家自排閘和周家自排閘均存在管身混凝土老化的情況，開裂和露筋問題嚴(yán)重。另外，受施工條件及歷史條件制約，上述自排閘還存在閘身短、進(jìn)出口不合理等問題，導(dǎo)致其所具有的排澇功能無法得到應(yīng)有發(fā)揮。

2.4 其他問題

蒙河右岸堤樁的堤頂高程在35.5～35.0 m之間，其上下游達(dá)標(biāo)堤段對(duì)應(yīng)堤頂高程為37.5 m，實(shí)際高程和設(shè)計(jì)高程的差值約為1.5～2.0 m。隨著汛期的來臨，當(dāng)?shù)卣M織專業(yè)人員對(duì)堤頂上游側(cè)進(jìn)行了加高處理，通過堆積填土編織袋的方式，為堤防所具有安全性提供保障。

蒙河左岸堤岸的表層土是壤土，堤腳缺少護(hù)岸，在上游泄洪和洪水沖刷的雙重影響下，導(dǎo)致堤腳大面積外露，從而出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的崩岸問題。

3 堤樁防滲施工有效措施探究

3.1 加固土堤

3.1.1 確定填筑要求

在本項(xiàng)目中，堤頂加高填土、黏土斜墻還有黏土截水槽的滲透系數(shù)均不得超過1.0×10-5cm/s，壓實(shí)度最小值為0.92。優(yōu)先選擇塑性指數(shù)在8～20間、黏粒含量達(dá)到15%～30%的黏性土，為施工質(zhì)量提供保證。對(duì)堤身土方進(jìn)行填筑前，先對(duì)表層根植土進(jìn)行清除，若土料含水量偏高，施工方應(yīng)通過翻曬和堆放的方式，將土料含水量進(jìn)行降低。通過碾壓試驗(yàn)的方式，提前對(duì)施工參數(shù)加以確定，本項(xiàng)目需要提前確定的參數(shù)，主要有干密度、填筑層厚度還有碾壓次數(shù)。

對(duì)黏土進(jìn)行填筑之前，先要將新老土交接處清理干凈，在挖除磚瓦、樹根還有草皮的基礎(chǔ)上，回填原有孔洞并壓實(shí)底部填土，將老堤牙口挖成與臺(tái)階相似的形狀，降低新老土結(jié)合的難度。對(duì)每層土料進(jìn)行攤鋪之前，均要先對(duì)底部填土做刨毛處理，保證填筑面整體向外傾斜，外表面平整且不存在凹盆，確保雨水能夠盡快被排出。在雨天進(jìn)行施工時(shí)，施工方先要用光碾對(duì)表層土進(jìn)行碾壓，避免松土層有雨水滲入，等到降雨停止，盡快處理被浸濕的土層，再完成后續(xù)的填筑工作[2]。若土堤碾壓分段存在明顯的高度差，首選斜面連接法，確保土料坡度在1∶3左右。

斜坡施工需要滿足以下要求：在填筑面上升的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行削坡處理，削至合格層后，對(duì)結(jié)合面土料當(dāng)前含水量加以調(diào)整，按照順序依次完成刨毛、鋪筑和壓實(shí)等工作。在碾壓垂直堤軸線對(duì)應(yīng)堤身的接縫時(shí)，施工方應(yīng)采取跨縫搭接碾壓的方法，將搭接寬度控制在3 m左右，平行搭接寬度則不得小于1 m。以土方最低點(diǎn)為開端，通過由下至上的方式，對(duì)土方進(jìn)行分層鋪筑并夯實(shí)，確保每層厚度均在0.3 m以內(nèi)，同時(shí)土塊粒徑的最大值為10 cm。

3.1.2 設(shè)計(jì)干砌石固腳

原堤岸所采用干砌石固腳的頂部寬度為2 m，其坡比為1∶2。對(duì)干砌石固腳進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，以下內(nèi)容需要引起重視：

施工方在對(duì)石料來源、抗沖和級(jí)配等因素加以考慮后，最終決定采取堤防設(shè)計(jì)規(guī)范所推薦方法，對(duì)塊石粒徑進(jìn)行計(jì)算，見式(1)～式(2)。

(1)

w=π·rsd3/6

(2)

式中：d為折算直徑，m；V為水流速度，m/s；C為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，石塊對(duì)應(yīng)穩(wěn)定系數(shù)，若現(xiàn)場為傾斜底坡，C取0.9，如果現(xiàn)場是水平底坡，C取1.2；g為重力加速度，取9.8 m/s2；r為水的重率，取10 kN/m3；rs為石塊重率，取23 kN/m3；w為石塊重量， kN。

本項(xiàng)目對(duì)干砌石提出了滿足不易風(fēng)化、質(zhì)地堅(jiān)硬且表面無裂縫的要求，明令禁止用風(fēng)化料或其他石料，同時(shí)要保證石塊大小一致，提前敲去尖角和鋒邊，用水反復(fù)沖刷石塊表面殘留油質(zhì)、泥垢及青苔。塊石粒徑的平均值應(yīng)達(dá)到30 cm或30 cm以上，天然容重不得小于25 g/cm3，軟化系數(shù)以0.8為宜，抗壓強(qiáng)度則要達(dá)到40 MPa左右。

3.2 加固穿堤建筑

在堤身加寬加高、歷史條件制約以及運(yùn)行時(shí)間過長等因素的影響下，周家及方家自排閘出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)不合理的情況，不僅閘身偏短，還帶來了進(jìn)出口被損壞、啟閉設(shè)備銹蝕過于嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致自排閘所具有排澇功能無法得到發(fā)揮[3]。綜合考慮多方因素后，施工方?jīng)Q定對(duì)上述自排閘進(jìn)行拆除并重建，設(shè)計(jì)方案如下。

3.2.1 確定布置方案

自排閘可分成出口段、控制段、進(jìn)口段還有管身段，其中，出口附近設(shè)有海漫和消力池，海漫長度為8.0 m，消力池深度為0.5 m，長度為6.5 m，寬度為1.5 m。對(duì)出口控制段進(jìn)行控制的閘門為雙向受力閘門，這樣設(shè)計(jì)可保證控制工作具有實(shí)效性。管身段長度為21.0 m，橫截面尺寸和箱涵尺寸相同，二者均為1.8 m×1.5 m。進(jìn)口段的建設(shè)重點(diǎn)是用C20混凝土為其提供三面襯護(hù)，其底部寬度在1.5～2.5 m間。

3.2.2 科學(xué)計(jì)算水力

對(duì)涵管所具有過流能力進(jìn)行復(fù)核，如式(3)：

(3)

式中：Q為涵管過流量，m3/s；μ為流量系數(shù)；ω為涵管出口處的截面積，m2；T0為涵管出口底板和上游水位的高度差+上游流速水頭，m；hp為涵管出口處水流勢能平均值，m。

計(jì)算結(jié)果表明，自排閘過流能力可達(dá)到6.0 m3/s 左右，遠(yuǎn)超額定的0.5 m3/s，可使過流要求得到充分滿足。

3.2.3 設(shè)計(jì)自排閘結(jié)構(gòu)

出口段消力池底部材質(zhì)為C25混凝土，厚度約為30 cm，底板下方鋪設(shè)砂卵石，墊層厚度以10 cm 為宜。邊墻均采取C20混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，頂部寬度約為0.5 m，在墻身適合區(qū)域?qū)ε潘苓M(jìn)行設(shè)置。消力池底板所設(shè)置排水孔的規(guī)格為φ60，相鄰排水管距離需要被控制在1.5 m左右，利用土工布包扎排水管末端。緊接消力池之后的海漫長度為8.0 m，其邊坡及底板結(jié)構(gòu)相同，均為干砌塊石。控制段裝有雙向受力閘門，閘室連通堤頂所設(shè)置人行橋，人行橋的寬度在2 m左右。管身段的長度約為21 m，利用紫銅片對(duì)分縫進(jìn)行止水處理，除特殊情況外，本項(xiàng)目均用瀝青杉板對(duì)施工縫隙進(jìn)行填充。進(jìn)口段長度為3 m，底部寬度在1.5～2.5 m之間，邊墻和底板均有C20混凝土負(fù)責(zé)襯護(hù)。墻身所設(shè)置排水管材質(zhì)為PVC，規(guī)格為φ60，排距及孔距均為1.5 m，整體外觀與梅花相似。利用土工布對(duì)管末進(jìn)行包扎，在墻后適合區(qū)域設(shè)置反濾料，同時(shí)，利用瀝青杉板對(duì)縫隙進(jìn)行填充。

3.3 引入金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程計(jì)劃重建2座1孔自排閘，要求閘門按照以下方式運(yùn)行：若內(nèi)河澇水位達(dá)到或超過外河水位，第一時(shí)間開啟閘門，確保內(nèi)河澇水能夠快速流入外河。在外河水位較高的汛期，將閘門關(guān)閉。

施工方考慮到閘門孔洞規(guī)格偏小，分別是1.8 m× 1.8 m和1.8 m×1.5 m，加之設(shè)計(jì)水頭較低，出于對(duì)閘門使用壽命進(jìn)行延長的考慮，最終決定安裝鑄鐵閘門。另外，結(jié)合現(xiàn)場情況可知，外河洪水消退后無法保證閘門及時(shí)開啟，而在開啟前，閘門通常需要承受外河及內(nèi)河所施加壓力，雙向受力閘門的性能較常規(guī)閘門更符合要求。自排閘特性如表1所示。 結(jié)合各閘門對(duì)應(yīng)啟閉力，對(duì)螺桿啟閉機(jī)進(jìn)行選擇，通過遠(yuǎn)程控制+現(xiàn)場控制的方式，確保各閘門始終處于可控狀態(tài)。閘門的具體特性如表2所示。

表1 自排閘特性

無論是鑄鐵閘門還是相關(guān)埋件，均通過涂刷環(huán)氧封閉油漆的方式，達(dá)到相應(yīng)的防腐效果。為使防腐效果更加理想，施工方提出以下要求：面層采用氯化橡膠漆，其厚度應(yīng)達(dá)到0.10 mm以上；中間層采用環(huán)氧云鐵漆，其厚度同樣需要達(dá)到0.10 mm或以上；底層采用環(huán)氧富鋅漆，其厚度以0.08 mm為宜；封閉油漆的整體厚度需要達(dá)到0.28 mm左右，同時(shí)要滿足防腐蝕規(guī)范所提出相關(guān)要求。

4 結(jié) 論

通過上文的分析可知，水利工程在提高生活水平、促進(jìn)社會(huì)快速發(fā)展等方面，均發(fā)揮著極為重要的作用。而水利工程價(jià)值的實(shí)現(xiàn)程度，通常取決于其所表現(xiàn)出的防滲效果，圍繞滲漏原因及防滲策略展開討論是大勢所趨。在實(shí)際施工中，有關(guān)人員應(yīng)以現(xiàn)場情況為依據(jù)，對(duì)現(xiàn)有防滲技術(shù)進(jìn)行充分利用，由此來保證防滲效果達(dá)到預(yù)期。