九里河姚巷荡排涝站段堤防应急除险加固工程处理

张 浩，康 飞，吴 凯，朱彬彬，苗晨阳

（1.无锡市锡山区鹅湖镇水利管理站，江苏无锡 214116；2.南京水科院瑞迪科技集团有限公司，江苏南京 210029）

堤防是抵御洪水侵袭和保障人民生命财产安全的重要基础设施，而穿堤建筑物在沿江堤防工程防汛中又发挥着重要作用［1］。由于穿堤建筑物与堤防相连接，当堤防土体不密实时，结合部位容易出现渗漏，严重时可能引发管涌险情，造成堤防坍塌和建筑物结构破坏［2-4］。前人依托不同堤防险情进行除险加固设计研究［5-8］。常用除险加固措施有高压旋喷桩防渗墙［9］、塑性混凝土防渗墙［10］及深层搅拌桩防渗墙［11］。本文以姚巷荡排涝站堤防应急除险加固工程为例，采用工程地质勘察、土工试验、地质雷达探测等综合勘探方法，对现状堤防进行病险分析，然后进行除险加固设计，并在工程完工后检测验证。

1 工程概况

姚巷荡排涝站为堤后式布置型式，防洪标准为50 年一遇，装机功率355 kW，主要建筑物定级为4 级，次要建筑物级别为5级。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017）要求，本工程等别为Ⅳ类，工程规模为小（1）型。泵站机组为3台500HW-6 混流泵及2 台700ZLB-4 轴流泵，设计总排涝流量为3.7 m3/s。

由于排涝站建成已久，排涝泵站出水箱涵穿堤段出现渗漏积水现象，九里河堤防与穿堤构筑物结合部、局部堤身存在渗漏异常，存在安全隐患，严重影响泵站的排涝效益，应进行除险加固设计。

2 工程地质

为掌握九里河姚巷荡排涝站段堤防地质工程特性，需要开展必要的勘察工作，采用地质雷达无损检测技术获取堤防工程堤身填土的密实情况，找出堤身填土不密实区域和渗流通道，为后期设计工作提供基本依据。

2.1 土层特性

姚巷荡排涝站场地内埋藏的地层主要有第四系人工填土层Q4ml、第四系冲积层Q4al。场地内发育的地层按自上而下的顺序依次如下：＜1-1＞素填土、＜2-1＞黏土、＜2-2＞粉质黏土、＜2-3＞粉砂、＜3-1＞黏土、＜3-2＞粉质黏土、＜3-3＞黏质粉土。各土层物理力学指标见表1。

2.2 地质雷达探测

九里河姚巷荡泵站段堤防物探工作采用高密度电法和探地雷达综合物探技术，取得了良好的探测效果，显示堤防土体不密实异常主要集中在排涝泵站出水箱涵之间及其周边，堤防渗漏异常区也集中在排涝泵站出水箱涵之间及其周边，因此推断堤防的渗漏区主要集中在排涝泵站出水箱涵之间及其周边，深度区域主要分布在粉砂层，物探工作平面布置及综合推断见图1。

图1 姚巷荡排涝站段堤防物探工作综合推断平面图

3 除险加固设计与稳定性验算

3.1 除险加固设计

根据九里河姚巷荡泵站段现状情况、地质勘察及地质雷达物探等结果，基本判断存在的渗流安全隐患产生于九里河堤防，主要位于出水池穿堤箱涵与堤身结合段及上下游两侧，部分堤身密实性欠佳，存在局部渗漏可能性。渗漏段目前已形成渗流通道，应选择可靠方案，减少渗漏水流对防渗措施产生的不利影响。

高压旋喷桩防渗墙具有桩体强度大，成墙整体性较好，防渗性能好，施工噪声低、振动小，施工简单快速等优点。本次平面布置原则为对所有可能存在渗漏异常部位进行防渗处理，考虑从废弃老排涝泵站延伸到进站道路末端，总长度79 m，防渗墙采用单排旋喷桩柱列式套接，沿堤顶轴线布设。

防渗墙厚度按下列公式计算：

式中：T为最小防渗墙厚度；ΔH为最大外、内河水头差，外河校核洪水位4.85 m、内河校核水位-1.00 m。则即外、内河最大水位差H=5.85 m；［J］为允许水力坡降。参考有关资料和工程经验，高压旋喷桩防渗墙的允许水力坡降一般［J］=50～80，这里取［J］=50。

经计算，要求防渗墙厚度0.12 m，考虑堤防渗漏严重，施工成桩的不均匀性，一般堤段设计高压旋喷桩防渗墙孔径0.6 m，孔距0.45 m，最小搭接厚度396 mm。防渗墙顶部应不低于外河最高水位，九里河设计校核水位4.85 m，防渗墙顶部高程应高于校核水位，设计取5.50 m。

根据地勘资料，＜2-2＞粉质黏土层呈弱透水性，＜2-3＞粉砂层呈中等透水性，＜3-1＞黏土层呈极微透水性，＜3-2＞粉质黏土层呈弱透水性。若防渗墙底部进入＜3-2＞粉质黏土层，则需穿过＜3-1＞黏土层，不仅工程量大，且墙底位于弱透水性，不利于形成完整防渗体系。因此，本次设计防渗墙底部进入＜3-1＞黏土层，该层为极微透水性，与防渗墙形成完整防渗体系。设计要求防渗墙底进入＜3-1＞黏土层不小于2 m，墙底高程-15.51～-16.04 m，最大深度21.5 m。

3.2 稳定性验算

本次设计稳定分析采用抗滑稳定验算和渗流稳定验算。根据《碾压式土石坝设计规范SL274—2020》规定要求，结合泵站运行中可能出现的不利情况，拟定2种工况对堤防进行计算，其中工况1为正向设计水位，工况2为正向校核水位。根据《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013），本次堤防工程等级为4 级，非常运用条件Ⅰ下瑞典条分法安全系数规范值为1.05。根据《水利水电工程地质勘察规范》中容许渗透坡降公式计算，粉砂层容许渗流坡降值为0.47，除险加固后堤防渗流坡降和安全系数均满足规范要求，具体计算结果见表2。

表2 堤防渗流稳定及抗滑稳定计算结果

4 工程检测验证

本工程完工后，委托第三方检测单位对现场工程桩进行钻孔取芯和室内试验，取样工程桩桩位于防渗墙东段，取芯长度21 m，自桩顶向下21 m 均有水泥土芯。送试样至实验室检测，其中水泥土试块3 组，28 d 抗压强度检测结果分别为4.1 MPa、3.1 MPa、2.2 MPa，水泥土渗透系数试件共3 块，检测结果分别为2.85×10-6cm/s、2.77×10-6cm/s、3.75×10-6cm/s，均满足设计要求，防渗效果良好，出水池穿堤段渗漏问题基本解决。

5 结 语

（1）针对排涝泵站出水箱涵穿堤段出现渗漏积水现象，开展必要的勘察工作和地质雷达无损检测，获取堤防地质工程特性和堤身填土不密实区域及渗流通道位置，为除险加固设计提供基础资料。

（2）高压旋喷桩防渗墙具有桩体强度大，成墙整体性较好，防渗性能好，施工噪声低、振动小，施工简单快速等优点，适用于本次除险加固设计，且加固后堤防渗流坡降和安全系数均满足规范要求。

（3）排涝站穿堤段除险加固工程能够防止堤防险情对人民生活造成影响，同时保证排涝站发挥经济和社会效益，这是一项长期性、长效性、常态性工作，需要科学设计、合理施工。

（4）本文对九里河姚巷荡排涝站段堤防除险加固工程展开问题现状分析、除险加固设计、稳定性验算复核的研究思路，为类似的堤防加固设计研究提供创新性经验。