老洲圩东堤除险加固工程防渗加固分析

徐晓晓

（铜陵市义安区老洲乡人民政府,安徽 铜陵 244100）

1 引言

堤防渗漏是影响堤防工程安全的一个重要因素。堤防工程发生破坏将会对河道沿线居民的安全产生重大影响,带来不可估量的损失。因此,为了提升堤防工程安全进行防渗加固是非常必要的。目前,在工程实践中,有较多的措施可实现堤防工程防渗加固,在工程实施阶段,需要结合工程实际情况,采取经济、技术、耐久性良好的措施进行工程加固,提高治理效果[1-3]。

2 工程概况

老洲圩现状圩堤长17.5 km,堤顶高程14.01 m～14.64 m（85高程）,堤宽6 m～7 m。内外坡坡比 1∶2.5～1∶3。该堤主要由当地农民投工投劳逐年兴建而成,历史悠久,主要是沙基、沙堤堤身较单薄,另外加固土料中因清基不彻底,混有杂草、树根等杂物。防洪标准较低,目前尚未实施系统的工程治理。老洲圩位于长江～主江和二江之间,圩内现有义安区老洲乡光辉村、中心村、和平村、民主村。保护面积约13.9 km2,保护耕地1.04万亩,保护人口10860 人。

根据地勘成果,对堤防稳定影响较大的主要是浅层土,所以堤基地质结构一般主要以堤高1.5倍深度或河道深泓以上的地层土性—即堤基上部8 m～10 m土层的物质组成、力学性质、渗透特性及其工程特性上的差异,对堤基地质结构类型进行划分,老洲乡的堤基土体地质结构从整体上可分为双层结构Ⅱ1类。堤基②层淤泥质粉质粘土抗剪强度较低,在其局部上覆①层素填土厚度较薄堤段,荷载作用下易产生蠕动或顺层滑动,且堤内存在沟塘,紧临堤脚,对堤基抗滑稳定不利。对此类堤段宜进行抗滑稳定性分析计算。

老洲乡大堤主要为人工填筑的素填土①层,由于堤身逐年加固,不同时期、不同堤段筑堤土的组成、性状、压实度及固结程度各不相同。总体来说堤防坡面较陡,部分堤段顺流冲刷严重,局部堤段堤坡出现过不同程度的塌滑。由于时间已久、应力释放后土颗粒重新排列,与周围土体重新胶结、不易找到滑动面,但不排除有继续塌滑的可能,建议对堤防进行放缓边坡或护坡处理。

表1 堤基地质结构分类表

3 堤防防渗加固设计

3.1 防渗加固范围

由于坝身和坝基都存在严重的安全隐患,故本次防渗加固设计坝身、坝基均须做防渗处理,防渗范围从0+000～0+830,及四段局部加固,总长度1030 m。

3.2 堤防防渗加固措施

针对堤防填筑质量差,渗漏严重的情况,可选择粘土斜墙防渗、多头小直径防渗墙等。

方案一：粘土斜墙+粘土截水槽防渗

坝身防渗结合堤防加高培厚,土坝防渗墙自上而下逐渐加厚,顶部宽度不小于2 m,底部厚度不小于3.0 m,墙顶高程高出正常运用的静水位0.6 m以上；非常运用情况应不低于非常运用静水位。本工程设计将上游坡表层土清除不小于300 mm,再至下而上填筑粘土斜墙,为保证墙厚度,斜墙内边坡为现状坡清表后的坡比,外边坡为1∶3.0,防渗墙顶部高程至坝顶道路垫层,顶部宽度2.0 m,能满足防渗墙在所需墙顶处顶宽不小于2.0 m,底部厚度不小于3.0 m的规范要求。斜墙底部和坝基结合处做截水槽,深入弱透水层2.0 m,截水槽开挖边坡上游为1∶1.5、下游为1∶2.5,土料选用粘性土,压实后渗透系数不大于1.0×10-5cm/s,压实度不小于0.95。

方案二：多头小直径深层搅拌喷灌浆成墙

自坝顶顺轴线方向布置深层搅拌桩防渗墙。防渗墙顶部高程为10.00 m,底部深入坝基线不小于1 m,平均深度12.0 m。多头小直径深层搅拌防渗墙面积9960 m2。

方案比选：

上述两种方案在技术上都是可行的,均能够达到控制坝体和坝基渗流、降低坝体浸润线的目的。只是在应用于本工程时,施工条件、施工工序、施工周期、施工难度及工程投资上存在差别。现对上述二个方案做进一步技术经济分析比较。

粘土防渗斜墙的优点是施工器械进场方便,便于施工。缺点是施工时需要层层碾压,若碾压不实,容易出现防渗不良的后果。

多头小直径深层搅拌喷灌浆成墙的优点造价低,施工速度快,工效高,耐久性好。缺点是对施工精度要求较高,孔斜率大时相邻单元易分岔,施工机械进场困难。

综合比较,本着高效可行经济耐用原则,本次主坝防渗设计拟采用方案一多头小直径深层搅拌桩防渗。两种方案的工程量及投资见表2。

表2 方案造价比选表

综合技术及经济价值比较结果决定推荐管涌渗漏段坝体多头小直径深层搅拌桩,同时,由于本次堤防防渗深度最大只有12.0 m,比较适合多头小直径的使用,所以本次加固设计拟选用此方案,其他渗漏点因渗漏范围、长度等因素考虑采用粘土斜墙防渗+坝基粘土截水槽。

截渗墙布置在堤防迎水侧坡脚10m平台处,根据地质勘探资料,堤身填土质量较差,坝基为①素填土,渗透系数为7.36 E-4 cm/s,属弱透水性,土层厚度较薄约0～1.5 m；下卧层为②淤泥质粉质黏土,渗透系数为1.55E-5 cm/s,属弱透水性,下部层为③细粉砂夹粉土,渗透系数为3.28 E-3 cm/s,为弱透水性。本次设计在桩号0+000～0+830段进行防渗加固,防渗墙底部穿过②淤泥质粉质黏土,伸入③细粉砂夹粉土,以截断坝身坝基面的接触渗漏；如多头小直径深层搅拌桩机无法伸入该层,应在该层表面复搅喷浆,以达到较好截渗的目的[4-5]。

4 堤防加固后渗流稳定计算

根据工程现状,选取桩号0+530断面作为渗流复核计算断面。根据地质报告,断面土层简化为：①坝体填土；②淤泥质粉质黏土；③粉细砂夹粉土；④粘土斜墙。土坝稳定分析简图见图1。

根据本工程区的地勘资料及类似工程经验,本次堤身及堤基渗流、抗滑稳定计算参数取值见表3。

4.1 渗流计算

老洲乡水毁修复工程渗流计算应主要分析上游最高水位与下游不利水位组合的情况。结合今年调查洪水位坝埂头水位为14.84 m（吴淞高程）,推算老洲乡水位为15.5 m（吴淞高程）,换算为85高程为13.58 m,结合后期防洪本次用调查洪水位13.58 m进行计算。水位组合见表4。

堤防渗流采用有限元法进行计算,加固后渗流计算成果见表5。

表5 堤防渗流计算主要成果表

根据计算结果,水力坡降小于0.46,堤防不会出现流土、管涌等现场,因此堤防防渗性能较好[6]。

堤防渗流计算结果表明：坝内浸润线位置、渗流出逸点符合规范。水位组合下堤防水力坡降数值图及流网图见图2、图3。

图2 防渗加固堤防水力坡降等值线图

图3 防渗加固堤防水头等值线图

4.2 稳定计算

老洲乡水毁修复工程抗滑稳定计算工况及成果见表6,和图4。

图4 堤防加固后抗滑稳定计算成果图

表6 稳定计算安全系数成果表

5 结论

老洲圩堤防由当地农民投工投劳逐年兴建而成,沙堤堤身较单薄,防洪标准较低,经过长时间运行,老洲圩东堤出现了较为严重的管涌现象,渗流严重,存在严重的安全隐患,为了提升堤防工程的安全性,采取防渗加固方案,经过方案比选,粘土斜墙+粘土截水槽防渗方案经济性、耐久性良好,作为推荐方案。经过堤防渗流计算结果表明：坝内浸润线位置、渗流出逸点符合规范,加固后堤防工程防渗效果显著提升。建议在施工过程中需要根据设计要求,选用适宜的施工工艺参数,提高施工质量,确保堤防防渗加固效果。