深层搅拌法结合高压喷射灌浆在浒湾堤除险加固工程中的应用

熊志明

(金溪县水利局，江西 抚州 344800)

1 工程概况

浒湾堤位于抚河中游的右岸，现状堤线全长12.18km，保护人口3.45万人，保护866.67hm2良田以及浒湾镇驻地及316国道干线，防洪工程等级为Ⅴ等，防洪标准采用10a一遇的洪水标准，堤防工程级别为5级，主要水工建筑物等级为5级，次要水工建筑物等级为5级。

2 地质概况

浒湾堤桩号0+000-7+570、7+810-12+180段堤身防渗能力基本满足要求。

桩号7+570-7+810堤身以砂壤土，细砂、粗砂夹碎石等砂性土为主，黏粒含量偏低，黏粒含量偏低，强透水性。2015年防洪工程已对其迎水坡采取了网格护坡加固，其抗冲刷能力基本已达到要求。但根据现场调查，桩号K7+750-K7+810段堤防在汛期仍会出现泡泉散浸现象，经渗流稳定计算，该段堤防防渗能力不满足要求。

浒湾堤桩号7+570-7+810该段堤基长240m，堤基地质结构为砂砾石的单一结构，强透水性，迎水坡局部段已布置加固措施，背水坡堤脚存在泡泉散浸现象。堤基工程地质条件差(D)，不满足抗渗要求。

桩号0+000-7+570、7+810-10+900段堤基工程地质条件较差(C类)，基本满足抗渗要求；10+900-12+180段堤基工程地质条件较好(B类)，满足抗渗要求。

3 防渗加固方案拟定

根据规范及已建类似工程经验，堤防防渗处理方案主要有垂直防渗及水平防渗等措施。其中水平防渗措施包括：临水侧防渗铺盖、背水侧水平盖重等；

临水侧设置防渗铺盖，黏性土需求量大，渗控效果有限，铺盖如不采取防护措施易受洪水冲刷等弊端。加之该工程区附近黏土料缺乏，因此，本次堤防加固主要考虑背水侧盖重、堤基垂直防渗等措施。

1)背水侧压浸平台措施

浒湾堤部分堤段已设置了背水侧压浸平台，压浸平台一般宽度为20m左右，因此将背水侧设置压浸平台做为比选方案之一，本次加固初拟压浸平台宽度为20m，压浸平台高度为2m。

2)堤基垂直防渗措施

堤基垂直防渗墙作为比选方案之二，目前国内外在堤防工程中建造连续垂直防渗的方法较多，以施工方法分类可分为灌浆法、深层搅拌法、防渗墙法，其中灌浆法又分为劈裂灌浆、高喷灌浆等；本工程堤基地层主要为砂类土、细砂和砂砾石，砂砾石地层中深层搅拌法机械无法施工。因此，从施工工艺对地质条件的适应性考虑，初步拟定堤基垂直防渗采用高压喷射灌浆防渗墙[1]。

4 防渗加固方案比选

1)方案一：在背水侧对现有压浸平台进行延伸加高，改造后的压浸平台宽度为20m，高度为2m。压浸平台回填前清除表面松散层，采用透水性相对较好的砂性土回填，压浸平台外坡设置30cm厚砂砾垫层和50cm厚干砌石护坡。

2)方案二：垂直防渗墙布置在堤轴线处处，防渗墙底部伸至基岩面并与基岩可靠衔接，底部深入岩基0.5m，顶部高出10a一遇设计洪水位0.5m。

3)方案比选

方案一在背水侧设置压浸平台，可降低背水坡及堤脚出逸比降，满足渗流稳定要求。方案二采用垂直防渗墙后，降低了堤身浸润线，也可使背水侧出逸比降减小，满足渗流稳定要求，但垂直防渗影响低水位时地下水的消退。从满足渗流稳定要求和对地下水的影响进行比较，方案一较优[2]。

方案一在背水侧增设压浸平台受背水侧地形条件限制，若背水侧存在灌溉渠道、道路、房屋等，将涉及既有建筑物的改建、移民拆迁等问题，协调难度大，同时压浸平台占用土地多。因此方案一的实施难度较大。方案二的防渗墙布置在堤身临水侧，基本不受地形条件限制，工程布置和实施难度相对较小。方案二较优。

方案一主要为土方开挖和土方回填，施工相对简单；方案二垂直防渗墙施工可采用的工艺较多，且各种工法施工都较成熟，施工难度较小。从施工方面比较，两种方案基本相当。

方案一的主要工程量为土方开挖回填，工程占地仅按征用水田进行投资估算，方案100m工程直接投资约22.66万元。方案二的主要工程量为防渗墙施工，按高压喷射灌浆成墙工艺工程直接投资约71.04万元。从工程投资比较，方案一较优。

方案一和方案二均可满足渗流稳定要求，方案一不影响低水头时地下水的消退，且工程投资小，施工难度小，但方案一存在占地和拆迁，受既有建筑物影响，因此本次加固推荐首选采用垂直防渗墙防渗加固。

5 防渗加固设计

根据现场调查，浒湾堤部分堤段堤身采用砂类土填筑，堤基多为砂卵石层，防渗性能差，汛期产生泡泉散浸等险情，本次加固设计防渗处理段范围为桩号K7+570-K7+810，沿堤轴线布置，长240m。

表1 每百米堤防防渗加固工程直接投资估算对比表

本次加固堤身及堤基采用垂直防渗墙，防渗墙布置在堤轴线处，墙顶高程高出10a一遇设计水位0.5m，因堤基透水层下部为基岩，且基岩埋深较浅，底部按伸至基岩面以下0.5m控制，防渗墙厚度18cm，深层搅拌法结合高压喷射灌浆法垂直防渗墙。

该工程设置垂直防渗墙的堤段，其堤身和堤基地层分布从上至下为：砂类土、粗砂、砂卵石。砂类土主要为细粒土质砂夹含少量砾的中壤土，根据颗分，其最大粒径约5mm，可适用深搅和高压喷射灌浆成墙工艺；砂砾石层根据颗粒级配分析，砂卵石最大粒径为60mm，粒径20mm-60mm的含量为17%-32%，因此，砂卵石地层中深层搅拌法机械无法施工，只能采用高压喷射灌浆成墙工艺。根据本工程地层特点，若采用深层搅拌法砂卵石地层中无法施工，若采用高压喷射灌浆法，总体投资较大，从节省投资考虑拟采用组合工艺进行垂直防渗墙的施工。

本次加固垂直防渗墙采用深层搅拌法结合高压喷射灌浆法施工，上部砂性土层中采用深层搅拌法施工，下部砂卵石层中采用高压喷射灌浆法施工，该工艺已在江西省五河及鄱阳湖区重点圩堤应急防渗处理工程中得到成功应用。该工程垂直防渗墙总面积约3360m2，采用高压喷射灌浆成墙工艺总投资约272万元，采用深层搅拌法结合高压喷射灌浆法总投资约171万元，可节省投资约101万元。深层搅拌法结合高压喷射灌浆法施工顺序为先施工深层搅拌桩，然后再施工高喷灌浆。施工间隔时间视搭接段地质情况而定，待深搅桩有一定强度后施工高喷灌浆。深层搅拌桩施工后要保护好轴线控制点，以保证两种防渗墙的可靠连接。高喷防渗墙位于深搅桩上游30-40cm，垂直方向上两种墙体搭接度为1.0m，搭接部分采用高压旋喷灌浆处理，下部采用高压摆喷成墙。深层搅拌法结合高压喷射灌浆法垂直防渗墙搭接工艺见图1[3-5]。

图1 深层搅拌法结合高压喷射灌浆法垂直防渗墙搭接示意图

深层搅拌法防渗墙，设计控制标为：渗透系数K≤1×10-5cm/s，允许比降>50。

高压喷射灌浆防渗墙，钻孔孔距1.0m，成墙施工方式为摆喷，设计控制指标为：渗透系数K≤1×10-5cm/s，允许比降>60。

由于堤段作用水头不超过6.7m，按照防渗墙允许渗流比降计算，防渗墙厚度≥13.4cm，结合渗透稳定分析成果，并考虑施工成墙工艺要求和施工精度等因素，确定防渗墙有效厚度≥18cm。

6 堤防渗流稳定计算

6.1 堤防渗流计算

1)计算工况

工况1:临水侧为设计洪水位，背水侧为低水位或无水。

工况2:洪水降落时对临水侧堤坡稳定最不利的情况。

表2 堤防渗流计算工况表

2)计算参数及边界条件

堤身和堤基各分区材料渗透系数见表3。

表3 堤身、堤基主要岩土体物理学参数表

3)计算成果及分析

加固前、后渗流计算成果见表4，计算结果表明：K7+700段堤防断面现状不满足渗透稳定要求，经加固后可满足要求。

表4 堤防渗流计算成果表

6.2 堤防稳定计算

计算采用瑞典圆弧法，分两种工况，工况一：设计洪水位下的稳定渗流期的背水侧堤坡；工况二：设计洪水位下水位骤降期的迎水侧堤坡；经稳定计算表明：各种工况下堤坡稳定满足要求。

表5 堤坡稳定计算成果表

7 结 语

浒湾堤堤身、堤基地质情况较复杂，综合考虑，堤防防渗处理措施采用深层搅拌法结合高压喷射灌浆，经过复核计算，加固后堤防渗流、稳定计算结果均满足要求，设计方案合理，可供类似堤防防渗加固工程参考。