膏浆灌浆结合高压旋喷施工工法对围堰防渗稳定性的影响

杨 飞， 齐 备， 刘 康， 黄 铭

(1.阜阳市水利建筑安装工程公司，安徽 阜阳 236000；2.合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

0 引 言

围堰作为水利工程中重要的挡水建筑物，其防渗性能关乎到工程兴建的成败[1,2]。目前，常用的防渗施工方法有混凝土防渗墙[3]、垂直铺塑[4]、高压旋喷灌浆[5]、复合土工膜[6]等。本文所分析的重庆两江新区御临河生态调节坝工程一期围堰利用当地开挖的风化岩作为挡水围堰的填筑材料，以节省工程建设成本。在选用防渗施工方法时，由于风化岩围堰填筑压实后易出现块石架空、孔隙较大的现象，传统的施工方法存在不足。如混凝土防渗墙和垂直铺塑防渗技术在施工过程中需要对围堰体进行开挖，会对围堰造成劈裂作用，对围堰稳定性不利。另一种常用的高压旋喷灌浆防渗墙则会面临浆液逸散、成墙效果不理想等困难。因此，在重庆两江新区御临河生态调节坝工程一期围堰的防渗施工中，采用了膏浆灌浆结合高压旋喷施工这一新颖工法。

针对该新颖施工工法在完成防渗施工后的效果，本文利用Geo-Studio软件对围堰防渗施工前后的主要防渗指标，如浸润线高度、溢出点高度、渗流量，进行了分析对比。Geo-Studio软件是一款功能全面、强大、高效地模拟计算的仿真软件，Geo-Studio软件主要包括SLOPE/W、SEEP/W、SIGMA/W、QUAKE/W等模块，分别在边坡稳定性分析、地下水渗透分析、岩土应力变形分析、地震动力响应分析中应用广泛。目前，Geo-Studio软件已在水利、岩土领域得到了广泛的应用[7,8]，证明了该软件的可靠性。

1 膏浆灌浆结合高压旋喷施工工法

重庆两江新区御临河生态调节坝工程位于两江新区龙盛片区御临河下游河段洛碛镇郑家湾，坝址距御临河与长江的汇合口约2.7 km。御临河生态调节坝工程总库容2 844万m3，正常蓄水位172.20 m(黄海高程)，正常库容1 082万m3，最大坝高31.50 m(含高4.2 m景观钢坝)，设计洪水位175.40 m(黄海高程)，校核洪水位177.82 m(黄海高程)。

工程一期围堰为临时性建筑物，采用土石围堰，堰体填筑材料采用当地开挖的风化岩。为满足围堰在施工的整个过程中的防渗要求，本工程采用膏浆灌浆结合高压旋喷施工工法。在进行防渗灌浆时，灌浆孔按照分序加密的原则布置。具体孔位布置如图1所示。

图1 灌浆孔位布置图

高压旋喷灌浆孔沿围堰中心线布置，每两孔间距0.5 m；膏浆灌浆孔设置2排，排距1.5 m，每两孔间距1.0 m。可控性膏浆灌浆和高压旋喷灌浆均采取三序法施工，即先施工两边的Ⅰ序孔，再施工中间的Ⅱ序孔，最后施工Ⅰ序孔与Ⅱ序孔之间的Ⅲ序孔。该工法的详细施工过程见参考文献[9]。

2 防渗施工前后围堰内渗流情况对比

该工程上游围堰的剖面如图2所示，围堰最大堰高大于20 m，上游围堰处设计水位为173.40 m。上游侧坡比为1∶2.5和1∶2，下游侧坡比均为1∶2。围堰在挡水后，在上下游水位差的作用下，水流将通过堰体内部向下游侧流动。在堰体内部，自由水面与坝体剖面的交线称为浸润线[10,11]。浸润线的位置直接影响围堰内部孔隙水压力的变化，进而影响堰体内部有效应力及围堰的边坡稳定性。同时，还需要对通过围堰内部渗入到下游侧的水量进行计算，以确保围堰能够起到挡水防渗的作用。因此，对围堰进行防渗稳定分析是必要的。本文主要针对采用膏浆灌浆结合高压旋喷施工工法前后的围堰防渗稳定性进行对比分析。

图2 围堰剖面图(尺寸单位：mm，高程单位：m)

如图2所示，围堰的填筑材料主要包含：土石混合料，砂岩石渣料，碾压土石混合料，干砌块石护坡和C20混凝土护坡，以及防渗施工后在围堰中轴线处形成的防渗墙。防渗墙的渗透系数是由现场试验测定，其余各材料的防渗参数参照类似材料取值，具体见表1。

表1 围堰材料渗透系数值

利用软件Geo-Studio中的SEEP/W模块[12]，首先按照重庆两江新区御临河生态调节坝工程一期围堰尺寸建立几何模型。然后根据图1显示的材料分区情况将表1中的参数值赋到相对应的区域，并设定对应的边界条件：上游为已知的水头边界，下游边界条件未定(渗流溢出点位置)，可利用SEEP/W软件中的potential seepage face边界进行设定。完成模型建立后，则可利用软件计算出围堰在设计水位173.40 m下内部的渗流情况。图3显示了防渗施工前后围堰内部的压力水头分布云图。从图3中可以看出，在使用膏浆灌浆结合高压旋喷施工形成防渗墙后，围堰内部的水头变化明显，浸润线的高度明显降低，而且下游侧溢出点的位置也显著降低。同时，由图3可知，防渗施工完成后，围堰中心线右侧的堰体内部水压力有着显著的降低，这对提高下游边坡的稳定性有着显著作用。

图3 围堰内部压力水头云图

表2列出了防渗施工前后围堰防渗指标的对比，包含渗漏量，溢出点的高度。

表2 防渗指标对比

由表2可以看出，防渗施工后，堰体内部的渗漏量减少到原渗漏量的1/2以下。同样的，下游侧渗流溢出点的高度也只有防渗施工前高度的1/2左右。这些数值直观的说明了采用膏浆灌浆结合高压旋喷进行防渗施工后，围堰的防渗稳定性得到了显著的提高。

3 结 论

本文以重庆两江新区御临河生态调节坝工程上游围堰防渗施工为例，主要分析了重庆两江新区御临河生态调节坝工程上游围堰在使用膏浆灌浆结合高压旋喷这一新颖工法后围堰内部的渗流情况。该工法在进行防渗灌浆时，沿围堰中心线布置一排高压旋喷灌浆孔，在高压旋喷灌浆孔的上下游侧各布置一排膏浆灌浆孔。可控性膏浆灌浆和高压旋喷灌浆均采取三序法施工。

通过Geo-Studio的分析结果可以看出，围堰在采用防渗施工后，围堰内部的浸润线高度和下游侧溢出点的高度都有着明显的降低，围堰的渗漏量在防渗施工后不到原有渗漏量的1/2，防渗墙的防渗效果显著。分析结果揭示了该防渗方法的有效性，证明了该工法的可靠性，可为其他同类型的水利工程建设提供参考，具有良好的应用前景。