防渗技术在围堰施工中的应用

贾乐亭

（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建 厦门 361000）

1 工程概况

1.1 围堰概况

儒乐湖水闸闸布置在儒乐湖与赣江连接处，为进行儒乐湖闸的施工，需要在水闸赣江侧堆筑临时围堰，以形成水闸干地施工的条件。围堰设计洪水标准选用50年一遇重现期，相应的赣江侧水位为21.56m。

水闸基坑开挖最低高程为10.0m，开挖深度较大，且围堰内水闸期跨越主汛期，汛期时赣江水位可达20～22m，较基坑内有10～12m水头，为保证基坑内各构筑物的安全、正常施工，围堰的防渗功能尤为重要。

1.2 水文地质条件

1）水文条件

赣江为雨洪式河流，洪水由暴雨形成，出现的季节特性与暴雨出现的季节特性相同。据实测年最高水位出现时间统计，年最高水位发生在6月份约占总数的41%，赣江高水位出现时间主要在4～7月间。赣江下游一次洪水过程一般为7～10d。闸址处赣江洪水水位成果表如下表所示（单位：m，黄海高程）

断面 频率P=2% P=3.33% P=5% P=10% P=20%儒乐湖闸21.56 21.29 21.06 20.61 20.07

2）地质条件

围堰位于赣江左岸河床边缘，两端位于赣江浅滩并与瓜洲堤相接，位于赣江内围堰区枯水期平均水深为2～3m，水下河床高程约8.3～10.8m，浅滩上地表高程约10.8～15.5m，整体地形较为平缓。围堰区浅滩表层有一层粘土夹砂卵砾石，厚约0.5～2.9m，河床下部为细砂夹粘土及粗砂等，厚约7.5～10.0m。下伏基岩为砂岩、粉砂质泥岩，岩面高程0.8～3.0m。

围堰填筑区的浅滩表层的粘土夹砂卵砾石及河床下部的细砂夹粘土、粗砂均为透水层，在高水位下极易发生管涌和渗漏问题，因此在本围堰实施中，防渗是围堰施工中控制的重点。

2 围堰型式设计

考虑安全超高和波浪高度，围堰堰顶高程为23.00m，最大堰高15.0m，堰顶长度481.7m，围堰在赣江侧布置有子堰，子堰两侧坡比均为1∶1.5，子堰顶高程为16.5m，子堰顶宽7.0m。子堰内侧为均质土围堰主体，瓜洲堤侧坡比1∶4.0，赣江侧坡比1∶3，堰顶高程为23.0m，堰顶宽度8.0m。围堰堰体中心打设高喷板墙，迎水面采用模袋混凝土覆盖，堰中土体采用均质粘土。围堰断面如下图所示。

3 围堰施工工艺

3.1 工艺流程

儒乐湖闸围堰先进行子堰填筑，从上下游两端开始同时向中央进占。子堰合龙后填筑主围堰，主堰填筑分两期进行，一期填筑至16.0m高程；完成高喷板墙后进行二期填筑，填筑16.0m 高程至设计堰顶标高。

围堰主要施工工艺流程下图所示。

3.2 防渗处理技术

围堰的安全和稳定性关键在于围堰防渗处理的好坏。围堰防渗处理好了，不会发生管涌和渗漏状况，则围堰的安全和稳定将得到保证，反之则无法保证围堰的安全和稳定性。由于本围堰所处位置水文和地质条件较差，为了确保围堰防渗功能，从以下几个方面对围堰进行防渗处理。

1）高喷防渗板墙

高喷防渗板墙是围堰防渗处理的最关键一道工序，该道工序未处理好，直接影响围堰防渗功能。所以必须保证高喷防渗板墙施工质量，施工过程中从以下几个关键点进行了控制：

①垂直度：垂直度是高喷防渗板墙能否形成一个整体的最关键控制点。一旦相邻两根桩垂直度控制不好，将导致下部墙体前后错位，无法形成一道整体防渗墙体，产生过水通道，影响防渗效果，在洪水期高水位情况下易产生管涌渗漏现象。施工过程中对每根桩全程跟踪检查，及时纠偏，确保每根桩的垂直度。

②成桩直径：板墙是由一根根高喷桩连接而成，成桩直径不足则影响墙体成墙厚度，降低防渗效果。喷浆压力、提升速度和旋转速度决定了成桩直径。三者通过试桩试验取得以下施工参数：喷射注浆压力为28MPa，提升速度为0.2m/min，旋转速度20rpm，确保成墙厚度不小于50cm。

③墙体抗渗效果：成墙质量直接影响墙体的抗渗效果，墙体强度不足，将导致墙体抗渗效果。通过试桩试验取得以下参数：注浆的水灰比1：1，采用强度等级为42.5级的普通硅酸盐水泥，单桩水泥渗入量不小于340kg/m。

④成墙效果：

为保证成墙效果，采用分序施工，高喷灌浆分II序施工，先施工I序孔，再施工II序孔，见下图（高喷板墙钻孔布置及旋喷示意图）。相邻次序孔施工时间间隔不少于48h。

高喷防渗板墙施工结束后，在两根桩交叉部位进行了钻孔取芯和透水率试验。芯样外观较好，固结体均匀，强度较高。墙体渗透率在0.26～0.88Lu，达到抗渗要求。

2）土方堰体填筑

围堰土体在防渗中起到重要作用，其施工质量的好坏亦决定了防渗效果是否能满足要求，在施工过程中对土方填筑从以下几点进行重点控制：

①土质要求

本围堰防渗要求高，堰体填料必须满足堰体稳定和防渗的要求，本堰体填方采用均质粘土填筑，土料粘粒含量为20%～35%，塑性指数为10～20，渗透系数为不大于1×10-4m/s。

②碾压

碾压质量决定防渗效果，从以下几个方面进行控制：

a.作业面范围。均质土料摊铺平行围堰轴线顺次进行，分段作业和长度不小于100m。作业面分成铺土、碾压、检验三段，流水作业，分层统一铺土，统一碾压，专人取样检验。B.层间结合处理。下层铺土碾压完成后，在上层土铺料前，进行刨毛，以利上下二层土料连接。相邻两段土方采用阶梯方法进行搭接。c.碾压参数。

通过控制土料含水量，控制铺土厚度，控制碾压遍数来达到设计压实度。根据试验成果最佳含水率为19.6%，现场控制含水率在最佳含水率的±2%之间；铺土厚度控制在30cm以内；采用18T压路机，碾压遍数为静压2遍，振动碾压8遍，再静压2遍。对土料含水量偏小的土料适当洒水翻拌，含水量过大的在现场进行翻晒后碾压，防止出现弹簧土。

每层土填筑碾压后，经取样检测，渗透系数小于1×10-4，满足抗渗要求。

3）模袋砼施工

因洪水期赣江水流湍急，对土体冲刷力大，易造成土方堰体垮塌，因此须在土石堰外做防护处理，模袋砼有着施工速度快，质量易控制的优点，且砼面板渗透系数小，在围堰防渗功能的实现上有着较大的帮助。其施工质量的好坏对堰体的安全稳定及防渗效果都有着重要的作用。

在施工过程中，从以下几点进行控制：

①为保证模袋混凝土施工质量，模袋混凝土采取分段分块施工的方法。整坡1块，施工1块。修坡要求土坡平整顺直。

②模袋与模袋之间接合面平顺，防止相邻两个模袋之间出现高差、错台。模袋在铺展、压稳后，应拉紧上缘固定绳索，防止模袋下滑。

③为保证模袋充灌的流畅，砼的要求较高，要求其流动性好，坍落度控制在200mm左右。每一充灌口的充灌应连续，充灌将近饱满时，应暂停5～10min，待模袋中水分析出后，再充灌至饱满。灌满撤管后应将充灌口扎紧。充灌速度在9～12m3/h范围内，充灌压力为0.1～0.25MPa。

4）土工膜施工

16.0以上高程渗透水头较小，因此选择在16.0高程以上土体围堰中间施做土工膜，其防渗效果较好，且具有施工速度快，成本低的优点。其与粘土堰体结合在16.0高程以上发挥主要防渗作用。土工膜施工质量决定了当水位达到16.0以上时防渗效果的好坏。主要在以下几点对施工质量进行了控制：

①在高喷防渗板墙上部施作砼盖帽，并将土工膜伸入其内，保证交界处防渗效果。为保证土工膜在碾压过程中不被损坏，土工膜采用折线形式铺设预留伸缩量，具体做法详见下图。

②严格控制土工膜焊接质量，复合土工膜焊接使用双轨焊机，采用热焊接方法使PE膜相连的表面加热处理使之表面熔化，然后通过压力使之熔合成一体。经现场焊缝进行取样，进行室内试验，对焊缝采用充气法进行检查，双焊缝间充气压力达到0.2Mpa，保持3min无明显压力降，其拉裂破坏位置位于焊缝之外。

③土工膜两侧0.5m范围内回填土采用小型蛙夯进行夯实，避免大型压实机械对土工膜造成破坏。

4 围堰渗流渗压监测

4.1 监测方式

在堰基布置渗压计对围堰进行渗流渗压监测；共布置1条横向监测断面，在围纵0+237.380处，高喷板墙前后2.5米各布置1支渗压计。渗压计PH-1布于高喷板墙靠赣江侧，渗压计PH-2布于高喷板墙靠基坑侧，渗压计采用坑式埋设方式。

4.2 监测环境变量

在靠近赣江侧布置水位尺对水位进行监测。

4.3 监测成果（为更直观表示，渗压计计数已换算为水位，采用黄海高程）

自2018年9月监测数据如下图表所示：

由上图可见，渗压水头较稳定，随赣江水位变化，其变化值均小于赣江水位变化量，说明围堰整体防渗效果良好，满足施工防渗要求。且高喷板墙内侧渗压水头明显低于板墙外侧水头，说明高喷板墙防渗效果良好，在围堰整体防渗中起到关键作用。

5 结语

本围堰防渗采用了高喷防渗板墙、模袋砼覆面，堰体采用了防渗效果良好的均质粘土填筑，并严格控制施工质量。本围堰在汛期赣江洪水位20.42m高程情况下，未发现渗漏和管涌现象，综合几方面的防渗措施，达到了预期防渗效果。