江新联围江海段堤防防渗设计方案比选_张洁华.pdf

第卷第期水 利 科 学 与 寒 区 工 程 ，年月 ，张洁华江新联围江海段堤防防渗设计方案比选水利科学与寒区工程，（）：江新联围江海段堤防防渗设计方案比选张洁华（江门市江海区南冲水闸工程管理所，广东 江门 ）摘要：以江门市江新联围（江海段）堤身防渗加固设计工程为背景，针对港澳码头至石洲电排站段出现不同程度的渗漏问题，根据现场地质勘察情况，结合江新联围现状，对该段堤身提出充填灌浆、防渗板桩以及塑性混凝土防渗墙等三种防渗方案，并从三种方案技术有效性、施工操作性、经济合理性，以及使用耐久性等方面进行比较，最终选出塑性混凝土防渗墙作为本次防渗处理方案。关键词：江新联围；堤防；防渗处理；方案比选中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：张洁华（），男，广东开平人，工程师，研究方向为水利工程技术管理。：。工程概况江新联围位于珠江三角洲网河区的西部，是广东省珠江三角洲五大重点堤围之一，同时，也是江门市最重要的防洪屏障。其主要由天河围、礼东围、礼 西 围、睦 洲 围、梅 大 冲 围、龙 泉 围、白洲围、三江一联围、三江三联围、环城联围和江会联 围 等 个 中 小 堤 围 所 组 成，干 堤 全 长 ，总集雨面积为 。本次需防渗加固处理堤段为江海段，位于江门市江海区，全长 。根据该段堤防现场地质勘察得知，该段堤基地层主要为布淤泥质土层，堤身为新填土（）和老填土（）层，其局部夹砂、碎石，均匀性及密实性较差，渗透系数偏大，压实度偏低。当进入汛期，河道洪水位高涨，堤后可能会发生流土或管涌形式的渗透破坏作用，导致澳码头至石洲电排站段出现轻微渗漏现象，影响堤防安全。为了确保江新联围（江海段）大堤安全，本次对该段堤防采取垂直防渗加固处理，以除防渗安全隐患，提高江新联围（江海段）防洪能力。堤身防渗设计方案比选 方案比选根据江新联围（江海段）堤防渗漏情况，本次初步拟定出三种堤身防渗加固处理设计方案，具体如下：充填灌浆（方案一）充填灌浆主要是采用灌浆材料对堤身填土存在的裂缝、空隙等缺陷进行处理，以此提高堤身填土的抗渗性能和密实度。为此，本方案根据 土坝灌浆技术规范（）要求，在堤顶布置两排灌浆孔，采用水泥黏土浆（水泥），排距 ，孔距 ，梅花型布置，钻孔深度约 ，孔底进入淤泥层 。防渗板桩（方案二）板桩是指打入堤防内用以抵抗水平方向的压力及水压力的板型桩，在水利工程中多用于围堰或防渗，具有很好的防渗效果。因此，本方案主要是在堤顶布置单排预制混凝土防渗板桩，型号：型，连续布置，深度约 ，桩顶与设计洪水位齐平，桩底进入淤泥层 ，桩顶设 混凝土冠梁。塑性混凝土防渗墙（方案三）塑性混凝土也就是使用少量水泥，再添加入膨润土的一种混凝土，该种混凝土的弹性模量比普通混凝土小，将其应用到堤防中，能够最大程度提高防渗墙的安全性。为此，根据江新联围（江海段）堤身现状，本方案主要在堤顶布置单排塑性混凝土防渗墙，连续布置，防渗墙深度约 ，墙顶与设计洪水位齐平，墙底进入淤泥层 。方案比选综合上文所述的三种方案，本次方案比选主要是从技术有效性、施工操作性、经济合理性及使用耐 久 性 等 方 面 进 行 比 较，比 选 结 果 如 表 所示。表堤防防渗处理方案对比方案名称技术有效性施工操作性经济合理性使用耐久性结论方案一间断 布 灌 浆 孔，有效性较低工艺 相 对 复 杂，施工周期较长钻孔及灌浆 元，平均每米布置孔，深，并考虑堤顶沥青混凝土路面局部拆除、修复，堤顶防护及泥浆池等辅助工程措施，沿堤防长度方向每延米单价为 元延米较差不建议方案二连续 布 置，截 渗 效果较明显施工 简 单，但 是 对于桩之间的连接质量难以把控预制钢筋混凝土板桩 元，钢筋混凝土冠梁 元，每米面积，并考虑堤顶沥青混凝土路面纵向 宽拆除、修复，堤顶防护等辅助工程措施，则沿堤防长度方向每延米单价为 元延米适中不建议方案三连续 布 置，截 渗 效果明显技术 成 熟，施 工 简单，便于操作防渗墙 元，每米面积，并考虑堤顶沥青混凝土路面纵向 宽拆除、修复，堤顶防护、泥浆池等辅助工程措施，则沿堤防长度方向每延米单价为 元延米较好推荐使用从上表对比结果可以看出，上述的三种方案虽然均能满足防渗要求，但从施工操作、使用耐久性上看，方案三塑性混凝土防渗墙方案长期防渗效果较好、施工周期短，价格较低。为此，江海段堤身垂直防渗处理推荐采用方案三，即塑性混凝土防渗墙方案。防渗墙设计考虑到堤身填土层是由风化残积土回填而成，其均匀性较差，透水性属中等透水，而对堤身浇筑塑性混凝土防渗墙，能有效发挥其防渗作用。为此，在布置轴线时，塑性混凝土防渗墙轴线需与堤轴线平行，由于堤顶宽度局部变化较大，为了有利于防渗墙连续性，所以本次设计防渗墙中心线距离防浪墙 。考虑到市场通用的施工机械设备开槽宽度均 ，故本工程设计塑性混凝土防渗墙厚度为 ，墙顶高程不低于设计洪水位，墙底高程低于背水侧堤脚。堤防稳定计算 堤身渗流计算（）计算方法。由于江新联围堤防结构、堤身填土、堤基地质情况较为复杂，为了准确分析堤防渗流情况，本次采用有限元法对渗流进行分析计算。（）计算工况。江新联围 堤段以洪为主，堤段以潮为主，本段位于以洪为主堤段。根据 堤防工程设计规范（）的规定及堤防实际运行中可能出现的不利情况，本次渗流稳定计算工况如下：工况：临水侧为设计洪水位（），背水侧为低水位或无水，即设计水位稳定渗流工况。工况：临水侧水位从设计洪水位（）降至多年平 均 低 水 位 的 水 位 降 落 期，即 水 位 降 落工况。在工况下，堤内水一般流向堤外，在此工况下，迎水坡由于受到水压力，水压力方向和迎水坡下滑力方向相反，有利于趋向于稳定，背水坡则处于最危险工况；在工况下，堤外水一般流向堤内，在此工况下，迎水坡处于较危险工况。（）计算参数。本次渗流分析选择堤防桩号 、断面进行计算（可提供计算断面图），渗透系数采用本次勘察地质报告建议值，具体地质参数如表所示。水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷（）计算结果。本次渗流分析计算采用河海大学 计算软件，计算方法采用有限元法，江海段桩号 、现状以及防渗处理后断面渗流计算结果如表、表所示。表计算参数层序土层名称天然密度 直接剪切快剪固结快剪 （）（）渗透系数 新填土.老填土.淤泥质土.中粗砂.表典型堤段现状渗流计算结果计算断面计算工况临水侧水位背水侧水位单宽渗流量 出逸点高程出逸点水力比降允许水力比降 稳定渗流 水位降落期 稳定渗流 水位降落期 表典型堤段防渗处理后渗流计算结果计算断面计算工况临水侧水位背水侧水位单宽渗流量 出逸点高程出逸点水力比降允许水力比降 稳定渗流 水位降落期 稳定渗流 水位降落期 从上表计算结果可以看出，现状堤防高水位时浸润线出逸点较高，进行防渗处理后，可有效降低浸润线。渗流出口出逸比降均小于允许坡降，不会发生渗透变形破坏，满足渗流稳定的要求。防渗墙厚度复核 水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范（），塑性混凝土防渗墙的厚度计算时，可根 据 防 渗 墙 破 坏 时 的 水 力 坡 降 确 定 厚度，如式（）：（）式中：为塑性混凝土防渗墙的厚度，；为作用在防渗墙上的最大水头差，；为防渗墙渗透破坏允许坡降，取。结合堤身渗流稳定计算结果得知，大坝设计洪水位最大水头差 。为此，运用上述公式计算，塑性混凝土防渗墙厚度 ；根据 水利水电工程混凝土防渗墙施工技术规范 规定，防渗墙施工时孔斜率允许不大于 ，本工程墙体最大深度应按 计算，允许宽度为 ，设计防渗墙最终厚度 时才能满足设计要求，根据施工机械不同，采用薄抓斗墙的最小厚度为 ，因此本工程设计塑性混凝土防渗墙厚度为 可满足设计要求。堤坡稳定计算在堤段防渗处理后，还需要对堤坡稳定进行计算。根据规范 ，本次复核采用 土石坝边坡稳定分析系统 （河海大学工程力学研究所）版本软件进行堤坡稳定计算，堤身整体抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法计算，如式（）：第期张洁华江新联围江海段堤防防渗设计方案比选 （）（）（）（）式中：为土条重量，；为垂直地震惯性力（向上为负，向下为正），；为土条重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，（）；为作用于土条底面的孔隙压力，；为条块宽度，；为土条底面的有效内摩擦角，（）；为土条底面的有效黏聚力，；为水平地震力对圆心的力矩，；为圆弧半径，。根据规范 的要求，堤坡稳定计算主要复核主要按下列几种工况进行计算：工况：正常运用条件，设计洪（潮）水位下的稳定渗流期背水侧堤坡。工况：正常运用条件，设计洪（潮）水位下骤降临水侧堤堤坡。工况：非常运用条件，施工期临水、背水侧堤坡。本次堤坡抗滑稳定计算选择江海段堤防桩号 、现状及防渗处理后断面进行计算，现状及防渗处理后的稳定计算结果如表、表所示。表防渗处理后典型堤段现状稳定计算结果计算断面计算工况稳定安全系数临水侧背水侧允许值是否满足规范要求稳定渗流 满足 水位降落期 满足施工期 满足稳定渗流 满足 水位降落期 满足施工期 满足从上表防渗处理后稳定计算结果可以看出，桩号 、现状在各工况下堤坡抗滑稳定均满足规范要求，但经过防渗处理后，在非常运用条件 下堤坡 抗 滑 稳 定安 全 系 数 均 高 于 现状，这不仅能够满足现行设计规范的要求，同时，还有利于堤身稳定。表典型堤段防渗处理后稳定计算结果计算断面计算工况稳定安全系数临水侧背水侧允许值是否满足规范要求稳定渗流 满足 水位降落期 满足施工期 满足稳定渗流 满足 水位降落期 满足施工期 满足结论上文针对江新联围（江海段）堤防堤段堤脚处出现不同程度的渗漏问题，提出了三种堤防防渗处理方案，经过方案比选，最终确定堤身防渗处理采用塑性混凝土防渗墙方案。经复核计算，本方案设计合理、能够满足设计要求。本工程在实施完成后，港澳码头至石洲电排站段渗漏问题得到解决，堤防防洪能力明显提升，且防洪效益显著，这对于推动当地社会经济发展具有十分重要的意义。参考文献：刘卫林，陈祥，王永文，等龙泉滘闸泵工程对江门市防洪排涝的影响研究南昌工程学院学报，（）：熊志明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 黑 龙 江 水 利 科 技，（）：，王冰大石桥水库大坝渗漏成因及加固措施河南水利与南水北调，（）：莫小弟宁明县城区右岸防洪堤堤型设计研究广西水利水电，（）：焦显松潜山县兜儿寺大桥防洪影响评价分析江西水利科技，（）：水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷