陈开谱
温州市水利电力勘测设计院 浙江温州 325100
摘要：低压填充灌浆在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑堤土压密，最终在堤内形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。以湾区东片标准堤（黄山黄石段）渗漏处理方案为例，分析低压填充灌浆法在堤防防渗加固中的应用。
关键词：堤防；低压填充灌浆法；防渗加固
1 工程概述
1.1 河道概况
龙湾东片标准堤西起龙湾白楼下东平水闸，按50年一遇标准设计，工程等级为标准塘Ⅲ级，包括白楼下段、龙湾段（样板段）、扶贫开发区段、南口段、黄山黄石段，沿线有多座岸闸和码头。其中黄山黄石段标准堤为土石重力直立式，原设计的堤顶高程约为5.3m，宽度约为3.0m，防浪墙顶高程约为6.15m，为20年一遇的设计防洪标准。“9717”号台风之后，按防洪标准50年一遇对龙湾东片标准堤进行加高加固，加设反弧形钢筋砼防浪墙，黄山黄石段标准堤现状防浪墙顶高程约为7.2m，堤顶路面高程约为6.2m，路面宽约为4.5m。
1.2 地质概况
黄山黄石段标准堤渗漏段位于黄石村过船闸东侧，整个场地地形较平坦，场地高程变化较小。场地属瓯江上游，是河水平流入海和海水潮汐涨落影响的地段，地貌单一，为海陆交互滨海平原。场地地下水主要为孔隙潜水，主要受大气降水和河流水补给，向河床排泄。场地地表水为瓯江水，水位受海水潮汐涨落影响，变化较大。
根据野外钻探资料，室内土工试验成果，场区地层划分为5层：第①层碎石，层厚0.60～0.70m；第②层粉质粘土，层厚0.70，局部夹少量碎石；第③层块石，层厚0.50～0.70m，层顶埋深1.30～1.40m，层底标高4.10～4.40m；第④层：粉质粘土，层厚2.50～2.70m，层顶埋深1.80～2.10m，层底标高1.60～1.70m。灰黄色，可塑，稍湿，中等压缩性，切面较光滑，韧性中等，干强度中等。该层夹少量碎石，顶部碎石含量较高；第⑤层：淤泥质粘土，未钻穿，揭露最大厚度为5.90m，层顶埋深4.50～4.60m，该层局部夹少量粉、细砂和贝壳碎屑。
1.3 渗漏概况
龙湾区水利局在对龙湾东片标准堤日常巡查中发现黄山黄石段标准堤过船闸东侧出现渗漏现象，该渗漏段位于黄山黄石段，威胁到了标准堤的安全运行。2009年12月18日上午，对该段进行了现场观察，渗流区长度约为20m，迎水侧反弧形钢筋砼防浪墙表面较好，没有发现裂缝，在10点25分左右下游块石排水棱体底部开始出现渗漏情况，对应的外江潮位为3.0m（龙湾站--炮台山水位站），渗流量较大，现场观察渗流较为集中明显的有3处，渗水为清水，没有夹带泥沙。
2 渗流原因推测分析
本次渗流原因分析主要是在现状堤塘断面结构的基础上，结合现场观察和地质勘探成果，推测渗流通道可能存在的部位和渗流产生的原因。
一、根据堤塘断面结构和现场观察分析：
现状50年一遇的标准堤塘是老堤塘的断面上进行加高加固的，迎水侧加设反弧形钢筋砼防浪墙，根据加高加固前的原设计20年一遇的《黄山黄石段标准堤塘工程》（94~95年）的施工图纸，老堤顶高程约为5.3m，迎水侧为干砌块石挡墙，墙顶高程约为4.95m，条石基础，局部基础采用抛石处理，防浪墙为M7.5浆砌块石，顶高程约为6.15m，挡墙背水坡铺设400g/m2的土工布，后侧回填土方。
瓯江潮水泥沙含量较大，颜色较为浑浊，但现场观察渗水为清水，考虑到堤身断面较小，从堤塘内外侧的水颜色由浊变清的变化可以判断老堤土工布的仍在起反滤作用。同时结合本次现场观察和龙湾区水利局管理单位及巡查人员了解的情况，堤身在外江（瓯江）高水位3.0m时出现集中渗漏现象，但没有出现漫渗，故可以初步判断堤身应该只是存在集中渗流通道，整体结构还是密实的，渗流通道应该在老堤部位，且渗水通过土工布反滤，由于反弧形钢筋砼防浪墙没有发现裂缝，渗透通道应该是外江潮水从反弧形钢筋砼防浪墙堤脚绕过，通过干砌块石挡墙，经土工布反滤，进入挡墙后侧的粉质粘土层。
二、根据潮位与土层分布的对应关系及钻探观察分析：
根据钻探地质剖面资料显示，黄山黄石段标准堤渗漏段堤身材料主要为粉质粘土、淤泥质粘土，其中粉质粘土层厚2.50～2.70m，层顶标高4.10～4.40m，层底标高1.60～1.70m，该层土土质不均匀，局部地段夹有碎石，且碎石含量较高。出现渗漏现象时外江水位3.0m，该高程位置对应的堤身土层为粉质粘土层，同时钻探穿透粉质粘土层，进入淤泥质粘土，孔中水位无明显急降现象，且排水棱体底部未见渗漏现象，因此根据潮位与土层分布的对应关系及钻探观察，可以确定渗流通道应该在粉质粘土层部位。
综上推测：外江潮水从反弧形钢筋砼防浪墙堤脚绕过，通过干砌块石挡墙，经土工布反滤，进入挡墙后侧的粉质粘土层，由于粉质粘土层碎石含量较高，在长期周期性往复作用的动水流作用下，碎石中的粘粒被缓慢的水流带走，从而引起管涌，逐渐形成渗漏通道，导致该段标准堤局部位置发生渗漏现象。
3 工程防渗处理设计
黄山黄石段标准堤渗漏段长度约为20m，本次处理范围暂定为在渗水区段边界向两侧各延伸10m，总长度约为40m。
3.1 设计方案比较
堤防防渗加固形式主要有冲抓式粘土套井回填、低压填充灌浆法、高压劈裂灌浆等，由于堤身断面较小，高压劈裂会对可能堤身产生破坏，故结合本工程特点、渗漏特征，选用冲抓式粘土套井回填、低压填充灌浆法比较分析。
根据地质勘探报告，标准堤堤身基础为淤泥质粘土，层顶标高1.60～1.70m，土层渗透性等级主要为弱透水性～微透水性，可以作为相对不透水层；同时地质勘探报告建议防渗处理深度以钻透堤身填土或穿过堤身钻入基础1～2m为宜，本次防渗处理深度至高程0.0m，深入淤泥质粘土1.60～1.70m。
一、冲抓式粘土套井回填
套井的有效厚度按渗流稳定计算，即
T≥ΔH/J
式中T——为套井的有效厚度；
ΔH——套井承担的最大水头，针对50年一遇水位5.22m，取ΔH =3.6m；
J——套井允许渗透坡降，粘土一般为6～8，取6。
计算可得T≥0.6m，套井布置在距堤顶公路中心线0.45m的下游侧（地质钻孔位置），单排孔，孔径为1.0m，孔距0.8m，按三序进行施工。
套井采用冲抓式造孔，回填粘土，回填粘土的指标：渗透系数k<1×10-5cm/s；水溶盐含量不大于3 %；有机质含量不大于2%。回填前应将井底的浮土、碎石等杂物清除干净，保持井底无积水，土料含水量控制ωop±2%附近，分层夯实，松土的层厚30cm为宜。
二、低压填充灌浆法
低压填充灌浆在灌浆压力下以适宜的泥浆液为能量载体，将与浆脉连通的所有裂缝、空洞、空隙等隐患用泥浆充填密实，同时浆压将筑堤土压密，最终在堤内形成密实、垂直、连续、有一定厚度的浆液防渗固结体，从而达到防渗加固的目的。
低压填充灌浆钻孔均是一次成孔，孔径为50mm，两排孔梅花型布置，距堤顶公路中心线0.5m，按对称布置，孔距1.5m，排距1.0m，浆液材料采用50%粘土加50%粉土，容重为1.4t/m3。按两排孔四序进行施工，梅花型布置，防渗处理高程范围为0.0～4.0m。
三、方案比较分析
以上两种防渗处理方案单纯在技术上均可行的，主要从工程投资，施工工艺、适用性等方面比较选择，主要比较情况见表1。
通过表1比较分析，冲抓式粘土套井回填的工程投资相对较省，但施工时要破坏堤身的结构，同时本工程处瓯江河口，受瓯江潮水影响较大，堤身土料的含水率较高，在套井回填施工时既要做好井底排水和预防套井塌孔保护工作，又要密切注意夯实震动对堤塘的不利影响，制约条件较多；与之相比，采用低压填充灌浆法没有前述因素的制约，针对本工程特点、渗漏特征，低压填充灌浆法适用性更强，及结合地质报告分析结论和建议，推荐低压填充灌浆法对渗流通道进行堵塞。
表1 防渗处理方案比较
3.2 工程防渗处理设计
本次处理范围暂定为在渗水区段边界向两侧各延伸10m，总长度约为40m，采用低压填充灌浆处理。根据钻探地质剖面资料显示，本次低压填充灌浆处理范围至第④层粉质粘土层顶部，粉质粘土层顶标高4.10～4.40m，本次处理高程暂定为4.0m，因此防渗处理高程范围为0.0～4.0m，深入淤泥质粘土1.60～1.70m。
低压填充灌浆钻孔均是一次成孔，孔径为50mm，两排孔梅花型布置，距堤顶公路中心线0.5m，按对称布置，孔距1.5m，排距1.0m，浆液有效扩散半径设为孔距的0.6倍，即0.6×1.5＝0.9m，根据《碾压式土石坝设计规范 》（SL 274-2001），一般水泥粘土浆的帷幕允许渗透坡降J一般为3～4，本工程采用粘土浆，允许渗透坡降要降低，取J=2.5，按前式计算可得T≥1.44m，根据平面布置，一排孔有效厚度为0.99m，两排孔有效厚度1.99m，因此两排孔梅花型布置满足设计要求。
注浆管上端灌浆压力暂定0.1 MPa，灌浆压力根据施工实际情况作调整，浆液材料采用50%粘土加50%粉土，容重为1.4t/m3。工程位置的平均高潮位为3.72m，潮水涨落对灌浆效果有一定的影响，为了加快泥浆与堤身土料的凝结，在浆液中掺入25%的水泥（重量比）。
4 结 语
龙湾区东片标准堤（黄山黄石段）2010年汛期前完成渗漏处理，至今已运行5年多，在高潮位、风暴潮、台汛期等各种不利工况下，堤防未再发现渗漏现象。因此低压填充灌浆法在堤防（尤其是土石堤）防渗加固中应用是合理的，也是有效果的。
论文作者:陈开谱
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：粘土论文; 黄石论文; 高程论文; 黄山论文; 低压论文; 标准论文; 瓯江论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;