双桥联圩水阳江堤防高压摆喷防渗墙设计

刘 鑫

（安徽省宣城市水利水电建筑勘测设计院，安徽 宣城 242000）

1 工程概况

双桥联圩位于宣城市城区东部，以水阳江与城东联圩隔河相望，双桥片城市规划区及规划建设的宣州经济技术开发区位于双桥联圩中上部。圩区内总汇水面积120 km2，圩区面积80.4 km2。

双桥联圩水阳江堤自佟公坝经孙埠至双桥闸，堤长23 km，堤顶高程分别为 25.96 m(黄海高程，下同)、22.79 m、18.64 m，顶宽2~6 m，内外坡坡比约为1∶1.2~1∶2.5。

双桥联圩水阳江堤防呈长条状，南高北低，地势起伏较大，堤线长，标准低。堤内临坡脚源塘较多，常造成堤防塌方。随着城市的建设，为确保人民生命财产安全，保障城市社会经济持续稳定发展，双桥联圩堤防加固工程的建设迫在眉睫。根据轻重缓急的原则，拟对双桥联圩堤防桩号K18+400~K22+700段（水阳江堤防）进行防渗加固处理。

2 工程地质情况

根据地质工程勘察报告，拟加固段堤防地质情况如下：

①层：堤身填筑土成份较复杂，以轻～中～重粉质壤土、砂质粘土、重砂壤土为主，夹含少量中细砂、粉土；多呈稍密状，部分松散，少量中密状；渗透系数平均值2.4×10-5cm/s。

②层：中、重粉质壤土夹粉质粘土、砂质粘土等，灰-灰黄色，多呈可塑状，少量软塑状，该层土上部有厚0.5～1.5 m的淤泥或淤泥质土，该层厚0.60～5.20 m；渗透系数平均值为1.6×10-5cm/s，属弱—微透水性。

③层（Q4）即砂卵石土，该层全堤段均有分布，但厚薄不等，灰、灰黄色，杂色，卵石成份多为石英、石英砂岩等，多呈稍密～中密状，少量松散或密实状，含量在40%~60%左右，分选较差，多呈次圆状，中粗砂充填。该层厚度一般4.70～8.90 m。卵石土渗透系数平均值为1.2×10-2cm/s之间，属强透水性。

第④层（K）即粉(泥)质砂岩夹砾岩，红—棕黄色，本次勘察未揭穿，控制厚度为1.0～3.0 m左右，通过调查，该层厚达300 m左右，该层上部0.8～1.5 m为全一强风化，以下为弱风化—微风化；渗透系数K=2.0×10-7cm/s，属极微透水性。

3 堤防存在问题

①拟加固段堤防堤身单薄，堤坡陡峭，且堤身填筑质量较差。堤防大多由老百姓自发填筑，经历多年形成，堤内外坡呈1∶1.2～1∶2.5变化，外坡相对更陡，并且堤顶较窄，堤身单薄，加之堤身填筑质量较差，汛期容易发生滑坡及渗漏险情。

②拟加固段堤防堤基为双层堤基，由于堤身填筑土料粘性差，粉性重，并含有粉细砂；堤基上覆第二层壤土层很薄或缺失，强透水砂及卵石层顶面较高，在汛期高水位时，堤防多处伴有管涌及滑坡险情，威胁堤防安全。

4 防渗加固方案比选

双桥联圩水阳江段堤防堤身较单薄，堤身填筑土成份较复杂且土质较差，堤基为卵石层较厚，采取水平防渗加固方案实施难度较大，本次除险加固拟采用垂直防渗措施。根据本地区已建工程经验和结合本工程实际情况，防渗处理措施主要考虑以下两种比选方案：①高压摆喷防渗墙方案；②多头小直径深层搅拌桩防渗墙方案。对以上两种防渗方案进行施工条件，工程造价，防渗效果等技术、经济性能比较，具体比较见表1。

表1 堤防防渗加固方案比较表

多头小直径深层搅拌桩方案虽然造价较低，但由于堤基卵石层较厚，达到4.70～8.90 m，多头小直径深层搅拌桩防渗墙不适用于强透水地基；高压摆喷防渗墙方案虽然造价较高，但适用于各类堤基，特别是对堤基复杂的堤防采用高压摆喷防渗墙，防渗效果好。经过综合分析比较，选择高压摆喷防渗墙作为此段堤防防渗加固方案。

5 高压摆喷防渗墙设计

自堤顶轴线方向靠迎水侧1 m布置高压喷射灌浆防渗墙，墙顶高程取堤防设计洪水位+0.5 m，设计采用单排摆喷交联柱列形墙体，孔距1.2 m，设计桩径1.5 m，灌浆孔深入第⑤层泥质砂岩层1 m，最大深度约14 m，如图1所示。根据地形资料，防渗墙承受最大水头约5.0 m，按1%钻孔垂直偏差计算的墙体有效厚度约0.5 m，计算渗透坡降为18，小于防渗墙允许渗透坡降[i]=80～100，按单排布置高压摆喷墙可以满足防渗需要。

根据以上布置，高压摆喷防渗墙总长度4300 m，摆喷墙平均深度13.4 m，总共需钻孔灌浆48025.6 m。

高压喷射灌浆可以在地基应力不释放的情况下完成。形成的墙体弹模为1.0×10-3MPa，能适应土体的变形，可以与原地层紧密结合，施工时对外河水位不敏感。

图1 典型横断面高压摆喷防渗墙设计图

高压摆喷采用对接方式，对接角度为60°，分序施工，先喷一序孔，后喷二序孔，如图2所示。高压摆喷灌浆采用三管法施工，主要施工参数初定为：水压力35～40 MPa，水量70～80 L/min，气压 0.6～0.8 MPa，气量 0.8～1.2 m/min，灌浆压力0.2～1.0 MPa 以上，浆量 60～80 L/min，喷射管提升速度8～15 cm/min；水泥浆液比重1.5，灌浆材料为42.5#普通硅酸岩水泥浆液。

图2 高压摆喷灌浆孔布置图

6 结论

堤防高压摆喷防渗墙试验桩完工后，建设单位委托检测机构进行了围井及搭接试验，试验结果表明防渗墙墙体的渗透系数小于1.0×10-5cm/s,抗压强度大于3 MPa。符合《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》的要求。

工程于2013年完工，经过几个汛期高水位洪水的检验，特别是2016年水阳江中下游流域普降暴雨，双桥联圩堤防多处出现险情，但加固段堤防未发生渗漏、管涌现象，工程质量得到保证。

圩区堤防堤身堤基较复杂，一般存在强透水层，高压摆喷防渗墙适用于各类地基，且防渗效果较好。类似的圩区堤防加固除险工程防渗方案可采用高压摆喷防渗墙方案。

[1]毛昶熙.渗流计算分析与控制[M].北京：中国水利水电出版社，2003:306-318.

[2]GB50286-2013.堤防工程设计规范[S].

[3]DL/T5200-2004.水电水利工程高压喷射灌浆技术规范[S].