光明堤堤身堤基防滲加固處理設(shè)計(jì)

諶 星

(上高縣水利局，江西 宜春 336400)

1 工程概況

上高縣光明堤位于新界埠鎮(zhèn)境內(nèi)，錦河中游右岸，距上高縣城8～18 km。圩堤起點(diǎn)自新界埠鎮(zhèn)先鋒村白溪組(錦惠渠石井節(jié)制閘處)，終點(diǎn)至灣溪村田港組(錦惠渠界埠閘處)，圩堤全長(zhǎng)11.87 km。圩堤保護(hù)面積11.9 km2，保護(hù)耕地0.1萬(wàn)hm2，保護(hù)人口0.55萬(wàn)人。

2 堤身、堤基滲漏險(xiǎn)情

2.1 堤身滲漏險(xiǎn)情

光明堤堤身填筑土黏結(jié)性差，結(jié)構(gòu)松散，堤身填筑土就地取材，屬洪沖積來(lái)源，以壤土為主，各種成分相互混雜。填土土質(zhì)不均勻，具中等透水性，存在堤身滲漏問(wèn)題，現(xiàn)狀水坡面均見滲水，圩堤出現(xiàn)堤身滲漏險(xiǎn)段總長(zhǎng)7770 m，其中重大險(xiǎn)情4270 m。

2.2 堤基滲漏險(xiǎn)情

堤基第四系主要為洪沖積層，局部為殘坡積層，其組成為：洪沖積層表層以壤土為主，中部為中細(xì)砂層；下部為砂卵(礫)石層，厚度不均勻，局部厚度較大；殘坡積層為粉質(zhì)黏土為主，局部夾少量碎石；下覆基巖為震旦系板巖及石炭系黃龍組石灰?guī)r。壤土、中細(xì)砂層、砂卵(礫)石層、粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)分別為2.9×10-4cm/s、2.0×10-3cm/s、1.5×10-2cm/s、2.4×10-5cm/s，上部壤土透水性較弱，中細(xì)砂層、砂卵(礫)石層透水性較強(qiáng)，是地下水徑流的主要通道。堤腳沿線池塘、沼澤地分布較廣，堤腳壤土分布變薄，在持續(xù)高水位條件下，河水勢(shì)必沿途徑較短、覆蓋層較薄處產(chǎn)生滲透破壞，危及大堤安全。堤基滲漏險(xiǎn)情總長(zhǎng)7731 m，另背水坡腳水塘、沼澤地總長(zhǎng)853 m。

3 堤身堤基防滲加固處理設(shè)計(jì)

3.1 堤身堤基處理方案比選

考慮當(dāng)?shù)亟ú?，處理方案的適用條件等因素，考慮堤身堤基均需同時(shí)進(jìn)行防滲處理，初擬堤頂射水法造混凝土防滲墻、黏土斜墻結(jié)合射水法造混凝土防滲墻、黏土斜墻結(jié)合背水坡腳填塘壓浸、沖抓套井回填黏土心墻結(jié)合背水坡腳填塘壓浸等4種方案進(jìn)行比較。

方案Ⅰ：射水法造混凝土防滲墻方案。防滲墻沿堤頂布置，其軸線與設(shè)計(jì)后的堤軸線重合；墻頂高程在設(shè)計(jì)水位以上0.5 m?？紤]現(xiàn)有堤頂較窄，防滲墻在堤身培厚后施工；若堤基砂卵石層厚度小于等于15 m，則墻底深入下部板巖或粉質(zhì)黏土層內(nèi)0.5 m；若堤基砂卵石層厚度大于15 m，則墻底深入砂卵石層15 m考慮。

方案Ⅱ：黏土斜墻結(jié)合射水法造混凝土防滲墻方案。堤身采用黏土斜墻，黏土斜墻頂高程為設(shè)計(jì)堤頂高程，頂寬1.5 m，堤腳墻厚大于最大水頭的1/5，黏土斜墻上游坡坡比為1∶2.5，下游邊開挖邊坡1∶2.0，斜墻底至設(shè)計(jì)枯水位。堤基采用射水法造混凝土防滲墻，墻頂高程為設(shè)計(jì)枯水位以上1.0 m[1]，黏土斜墻底設(shè)射水造混凝土防滲墻施工平臺(tái)，墻底高程同方案Ⅰ要求。

方案Ⅲ：黏土斜墻結(jié)合背水坡腳填塘壓浸方案。堤身采用黏土斜墻，具體設(shè)計(jì)要求同方案Ⅱ。堤基防滲采用背水坡腳填塘壓浸方案，對(duì)出現(xiàn)滲流險(xiǎn)情段，填塘后再作壓浸處理，壓浸寬度為20 m，末端設(shè)1∶1.5斜坡銜接，填塘壓浸采用透水性土石料填筑，填筑滲透系數(shù)要求大于壓覆土體滲透系數(shù)，即要求大于4.3×10-4cm/s[2]。同時(shí)便于防洪檢查和搶險(xiǎn)，結(jié)合工程管理范圍，將堤內(nèi)距設(shè)計(jì)堤腳20 m內(nèi)的取土坑、水塘、沼澤地填平。

方案Ⅳ：沖抓套井回填黏土心墻結(jié)合背水坡腳填塘壓浸方案。堤身采用沖抓套井回填黏土心墻，其軸線為設(shè)計(jì)后的堤軸線上游側(cè)0.5 m，墻頂高程在設(shè)計(jì)水位以上0.5 m，墻底高程比背水坡腳低1.0 m，且不低于枯水位?？紤]現(xiàn)有堤頂較窄，防滲墻在堤身培厚后施工。

四種方案工程量及造價(jià)比較結(jié)果見表1。

表1 四種方案工程量及造價(jià)比較結(jié)果

從表1可以看出，方案Ⅲ分別比方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅳ節(jié)省投資3195.75萬(wàn)元、2499.14萬(wàn)元、865.25萬(wàn)元，且考慮填塘壓浸便于防洪檢查、搶險(xiǎn)、確定工程管理范圍；方案Ⅰ防滲效果較好，但造價(jià)較高；方案Ⅱ造價(jià)較高，且黏土斜墻和射水造混凝土防滲墻間銜接施工較復(fù)雜，易造成防滲失效；沖抓套井回填黏土防滲墻施工質(zhì)量較難控制，設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)困難；黏土斜墻施工較為直觀，質(zhì)量便于控制，但應(yīng)避開雨季施工。故綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全可靠等各方面因素，確定擇優(yōu)選取方案Ⅲ(黏土斜墻結(jié)合背水坡腳填塘壓浸方案)。

3.2 黏土斜墻設(shè)計(jì)

堤身采用黏土斜墻，處理范圍為樁號(hào)4+300～5+650、8+400～10+050、10+600～11+870，總長(zhǎng)4270 m。黏土斜墻頂高程為設(shè)計(jì)堤頂高程，根據(jù)現(xiàn)有震動(dòng)碾壓機(jī)器寬度確定黏土斜墻頂寬1.5 m(局部可1.0 m左右)，堤腳墻厚大于最大水頭的1/4，黏土斜墻上游坡坡比為1∶2.5，背水側(cè)開挖邊坡1∶2.0，斜墻底至設(shè)計(jì)枯水位。黏土斜墻底設(shè)截水槽，槽底寬2.0 m，邊坡為1∶1，底部深入堤基1.0 m以上。

黏土斜墻填筑設(shè)計(jì)指標(biāo)和填筑要求：根據(jù)《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL 251—2015)，黏土斜墻防滲料塑性指數(shù)為 10～20，黏粒含量15%～40%的要求[3]。

黏土斜墻填筑土料采用料場(chǎng)黏土填筑，設(shè)計(jì)滲透系數(shù)K≤1.0×10-5cm/s、設(shè)計(jì)干容重γ≥1.48 g/cm3，壓實(shí)度不小于0.95[4]。

3.3 背水坡腳填塘壓浸設(shè)計(jì)

為防止堤基滲透破壞和增加堤內(nèi)坡的抗滑穩(wěn)定，需對(duì)出現(xiàn)滲流險(xiǎn)情段作背水坡腳填塘壓浸處理，填塘壓浸處理范圍為樁號(hào)1+461～4+943、5+423～5+595、6+086～6+298、6+599～6+947、7+267～8+521、9+241～9+656、10+022～11+870，共7處，總長(zhǎng)7731m；另背水坡腳填塘固基(含沼澤地)處理范圍為樁號(hào)0+099～0+215、0+478～0+626、5+595～5+642、6+298～6+392、8+882～9+009、9+205～9+241、9+656～9+753、9+834～10+022，共8處，總長(zhǎng)853 m。

3.4 加固后滲流穩(wěn)定計(jì)算

加固后各典型斷面計(jì)算滲透坡降計(jì)算成果見表2，由表2可以看出，各堤段背水坡出逸段最大滲透坡降均小于允許滲透坡降，堤段堤基表面最大水平滲透坡降均小于允許滲透坡降，堤段砂卵(礫)石層最大水平滲透坡降小于允許滲透坡降，滿足規(guī)范要求。

表2 加固后各典型斷面計(jì)算滲透坡降

加固后各典型斷面堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。由計(jì)算結(jié)果可知，迎水側(cè)和背水側(cè)堤坡安全系數(shù)均>1.1，滿足規(guī)范抗滑穩(wěn)定要求。

表3 加固后各典型斷面堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果

4 結(jié) 語(yǔ)

光明堤堤身堤基滲漏嚴(yán)重，文章從投資、施工技術(shù)、防滲效果等方面綜合考慮，選取黏土斜墻結(jié)合背水坡腳填塘壓浸的防滲加固設(shè)計(jì)方案，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中防滲效果較好，可供類似工程參考。