截渗钢板在防治流沙地层中的应用

宁凯乐

(中国水利水电第十一局有限公司，郑州 450000)

0 前 言

流沙地层处理是消除施工安全隐患、保证工程质量的基础工作。国内学者针对流沙地质做了许多工作，如：管井井点法解决水利工程施工基坑出现流沙的问题；钢板桩防护截渗法处理流沙问题等。由于本工程已开工，且扬尘管控等因素有限施工天数少，国内常用几种流沙防治方法从技术可行性和经济合理性上均不适应于本施工项目，因为不同区域的流沙形成的原因和施工限制条件不尽相同，且施工方案比选主要考虑施工方便、收效快等方面，以适于短工期、保质量、抢进度的需要。本项目贾鲁河综合治理工程拟采用钢板截渗的施工方案进行防治流沙地层。

1 工程概况

本次贾鲁河(前程路53+000-万三路57+800)综合治理配套工程(水利)施工，全长4.8km。其中液压升降坝轴线位置位于57+400处，挡水宽度134.4m，坝高3m，顺水流方向从上游连接段至下游连接段全长63.5m。

坝址地下水类型为第四系孔隙潜水，贾鲁河河床漫滩段水位埋深较浅，在2m左右。根据设计图纸要求，坝底板承载力要求125kpa，挡墙后填土压实度大于0.94，因此在底板施工时，必须要求排出渗水积水，待满足设计和规范要求后在进行施工。

2 施工工艺

截渗钢板施工位置至关重要，位置靠近导流明渠对钢板规格尺寸要求较高，同时也将增加施工难度；位置远离导流明渠将不能有效截渗，而且影响液压坝正常施工。因此采用理论结合实际的方法确定溢出点的位置，即采用渗流计算结合以往工程实践来确定截渗钢板的位置[1]。

施工机械选用液压反铲挖掘机CAT336D-Ⅱ改装的液压振动锤，材料初步选用钢板，由于钢板桩成本高且防渗效果一般，因此拟采用现场现有的长度6-9m、宽度2m、厚度20mm的Q235钢板。

2.1 计算溢出点位置

通过设计图纸及现场测量，得出导流明渠、液压坝址位置处断面图，如图1所示。并根据测量所得数据图形进行建模，建模图形如图2所示，采用渗流计算公式法计算出渗流溢出点位置，所采用的公式1-6。

图1 导流明渠、液压坝址位置处断面(单位：m)

图2 渗流计算模型示意图

(1)

(2)

L1=L+△L

(3)

(4)

L=m1(H-H1)+b+m2H

(5)

根据上面的方程，解出h0和q/k。

浸润线的计算式为：

(6)

式中：q为单位宽度渗流量，m3/d·m)；k为堤身渗透系数，m/d；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；h0为下游出逸点高度，m；m1为上游坡坡率；m2为下游坡坡率；b为土堤顶部宽度，m；H为土堤高度，m；L、ΔL、L1，m。

参数表见表1。

表1 本工程中参数表

通过计算，浸润线计算结果见表2。

表2 浸润线计算结果表

因此，下游出逸点高度h0=1.500m，单位宽度渗流量q=0.750m3/d·m。

根据计算结果，下游出逸点高度比液压坝坝底板建基面高出1.5m，距导流明渠位置(坐标原点)27.9m，处于液压坝挡墙底板施工范围内，若截渗钢板按照计算得到的溢出点位置进行施工，将影响液压坝挡墙底板的正常施工，结合以往工程经验，对该位置按照1:0.5坡比进行刷坡(如图4所示)，最终确定钢板位置为X=25.000，Y=0.000。此外在钢板两侧人工开挖30×30cm导流槽，使两侧渗流水通过导流槽汇聚至上下游的截渗沟中，再集中抽出，如图3所示。

图3 浸润线图

2.2 施工步骤

作业前技术科将设计图纸、经监理审批的施工方案对现场技术人员、作业人员进行技术交底，熟悉施工方法和工艺流程，合理的将各环节融入流沙地层防治施工的过程中。机械现场作业时，须安排技术安全人员指挥，测量人员现场控制点桩及精确度[2]。施工流程图如图5所示。

图4 截渗钢板位置图

图5 截渗钢板施工流程图

1)位置标线：

测量人员提前放样钢板位置，按照事前设计的钢板桩位置图做好标记，技术人员配合机械操作手按照标记位置实打板桩，控制好误差。

2)固定钢管：

为保证钢板位置的正确和竖直，本工程自行设计导向架，采用工地现用钢管自制，每间隔3m垂直打进6m长钢管(脚手架子管)，以固定钢板位置，使钢板能够垂直进入流沙地层中，钢板间紧密贴合，减少钢板间因缝渗水的问题。通过试验最终采用长度6-9m、宽度2m、厚度20mm的钢板进行防渗施工。

3)钢板施工：

振动锤夹紧钢板吊起，使钢板紧贴钢管下放，现场技术人员检查钢板垂直度，沿着导向架引导震动下沉，下沉过程中注意导向架是否发生变形移位，过程中加强观测和纠偏。打桩过程中时刻注意钢板桩下沉速度，出现异常及时查明原因[3]。

4)钢板的拔除：

钢板的拔除结合主体工程完成情况进行，本项目在闸底板及挡墙施工完成，墙后回填土高出逸出点水位或地下水位以上0.5m后拔除。拔除时应先振后拔，边拔边振，特殊情况先下沉再往上拔，施工工艺类似钢板桩。

3 效果验证

流沙地层防治施工是贾鲁河综合治理配套工程施工中处理难度大、环境条件复杂的项目之一。从前期对流沙地层的深入研究，机械和材料选择选型，到现场反复试验，研究解决流沙地层防治过程中出现的问题，并不断改进优化方案，使流沙地层防治施工简单易行、大众化、快速施工、适应性强。

1)根据渗流计算得到溢出点理论位置，结合现场地质勘测，验证截渗钢板的位置合适，截水及流沙防治效果明显。

2)根据现场试验，总结了长度6-9m、宽度2m、厚度20mm钢板，在处理上述地层及地形条件时的非常适应，通过试验获得的材料规格，施工工艺可以在本项目以及其他类似地层条件推广。

3)与钢板桩相比较，仅需对液压振动锤稍作改装，即可满足施工设备性能要求，无需其他专用设备，通用性好，成本低廉，单块钢板宽度2m，施工效率比钢板桩高出数倍[4]。

4)与其他管井降水等方法对比，无需降低地下水位，施工简单，速度快，施工成本低，同时证明防治流沙地层效果良好。

4 结 语

从技术可行和经济合理的方面来看，钢板防治流沙地层较为成功，避免了其他复杂的工艺，减少了堤脚安全风险，易于快速组织施工，材料购置方便，同时满足了液压坝设计和规范主体施工要求，保证了工程质量，对水利施工中流沙防治具有指导和借鉴意义。