特高压直流工程长江大跨越防渗设计及施工工艺

刘婕 张永奈 韩启云 刘承志

摘 要：输电线路工程跨越长江，根据相关要求须对长江两岸跨越塔进行地基防渗处理。本文主要通过灵绍工程长江大跨越防渗设计及施工，全面总结设计经验及施工工艺，为后续特高压工程跨越长江提供借鉴。

关键词：长江大跨越;防渗;设计及施工

中图分类号：TM752 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0166-03

0 引言

灵绍工程长江大跨越工程北岸建有枞阳江堤，属2级堤防。南岸建有池州江堤，为3级堤防。枞阳江堤主要位于长江河漫灘上，为冲积平原，高程10～13m，地势地洼。堤基主要由壤土、砂及砂砾层组成，大部分堤基为二元结构，表层为透水性较弱的攘土、下卧深厚的透水细砂、极细砂层。池州江堤地处丘陵山区的前沿，堤结一般断续分布于沿江河各圩口低洼地段，起止于山岳岗地。堤基多具二元结构，上部为透水性相对较弱的中、轻粉质壤土，下部为透水性较强的细砂、极细砂层。根据长江水利委员会对灵绍工程长江大跨越工程建设方案批复意见，须对跨越长江的两岸跨越塔进行地基防渗处理。

1 防渗工程设计工艺

1.1 堤防渗流稳定计算及分析

由于拟建工程跨越塔基础穿越覆盖层深入到承载力较高的土层中，工程建设会对堤防基础产生一定的扰动，需要分析工程对堤防渗流和稳定的影响。

（1）计算方法。采用北京理正软件设计研究院的《理正渗透稳定分析软件》，利用平面有限元计算程序进行计算。

（2）计算工况。分别计算在设计洪水位条件下，稳定渗流期跨越工程塔基兴建前后渗流场内的水头、压力及堤后表层土的渗流出逸比降等水力要素。

（3）地层简化。根据《灵州-绍兴±800千伏特高压直流输电工程长江跨越防洪评价报告》计算参数，并参考类似工程试验成果，各土层的渗透系数如表1、表2所示。其中桩基础按混凝土考虑。

（4）允许渗流比降。堤防渗流稳定性根据堤防背水侧堤基表层土的渗流出逸比降控制，出逸比降按允许比降法控制，即：J≤J允。

（5）计算结果及分析。经计算，工程实施前后堤后地表渗流比降对比见表3。

从计算结果可以看出，工程兴建后，由于跨越塔桩基础上部周边缝隙通道的存在缩短了渗径，堤后内堤脚位置表层渗透比降有一定幅度增大，桩基础位置周边覆盖层土体渗透比降明显增加，接近允许的渗透比降值，工程实施对堤基渗流稳定有一定影响，且由于南北两岸跨越工程对应外滩地均较窄，宽度在50～60m间，工程实施后，如不做任何防渗处理措施，在高水位情况下，堤基将可能发生渗流破坏。为确保堤防渗透稳定及防洪安全，须采取防渗补救工程措施。

1.2 防渗工程布置

跨越塔桩基础位于堤防背水侧，桩基底部均穿透透水砂层。由于砂层自长江侧贯穿至堤防背水侧，且砂层很厚，当长江水位逐渐升高时，弱透水层所承受的承压水头较高，如果弱透水层较薄或被挖穿（如有沟、水塘等），承压水经过沿程损失后，若剩余水头渗透比降大于堤内表土层允许渗透比降，就可能渗出地面，甚至发生管涌，产生渗流破坏。因此须对跨越塔桩基础周围进行防渗处理是十分必要的。

针对跨越工程对堤防渗流稳定的影响，根据工程建设方案中承台桩基具体布置情况，拟对两座跨越塔桩基采取开挖后回填粘土防渗体，并结合铺设复合土工膜的处理方式，为保护防渗体，在防渗体表面设植生块，并以浆砌块石封边。具体布置如下：

北岸：根据地质钻孔资料所揭示的地基土层分布情况，北岸枞阳江堤堤内土层第①层为填土，层厚约1.1～2.0m，第②层为淤泥质粉质粘土，平均厚度约9m，第③层及以下为透水层，上部弱透水覆盖层厚11m。回填粘土厚确定为2.5m，防渗体距底部1m高处铺设土工薄膜，土工膜沿着桩承台四周铺设，宽度5.5m，回填粘土底部距桩基外壁4.0m，按1：1.5边坡回填，回填土压实度不小于0.93。

南岸：根据地质钻孔资料所揭示的地基土层分布情况，南岸秋江圩江堤堤内土层第①层为填土，层厚约1.0～1.5m，第②层为粉质粘土，平均厚度约1.5m，第③层为淤泥质粉质粘土，层厚约7.5～8.0m，第④层及以下为透水层。上部弱透水覆盖层厚10m。回填粘土厚确定为2.5m，防渗体距底部1m高处铺设土工薄膜，土工膜沿着桩承台四周铺设，宽度5.5m，回填粘土底部距桩基外壁4.0m，按1：1.5边坡回填，回填土压实度不小于0.91。

两岸跨越塔桩周按设计要求回填粘土后，在防渗体表面采用干砌植生块护面，厚0.125m。

浆砌块石封边顶面高程与植生块顶面高程齐平，高0.3m，宽0.5m。

1.3 堤防渗流稳定计算复核

根据堤防标准断面、地形地质资料及工程建设方案等条件建立简化计算模型，采用有限元法对其进行计算，以表层土的出逸坡降指标对渗流计算成果进行分析。

经计算，防渗工程实施后堤内地表渗流比降值如表4。

2 防渗施工准备

2.1 施工条件

拟建项目所在区域属北亚热带湿润季风气候，其特点是季风明显，四季分明，全年气候温暖湿润，雨量丰沛，湿度较大，日照充足，雨热同季，无霜期长。

本工程施工场地开阔，水陆交通比较便利，施工所需的设备可以直接运到工地现场。防洪影响处理工程为主体建筑物的附属工程，工程施工应安排在非汛期施工。

2.2 施工用水用电

供电电源可就近接入附近村庄现有供电设施，施工期生产用水可抽长江江水解决，生活用水可就近接入附近村庄现有供水设施。施工期无污水排放。

3 防渗施工工艺

3.1 基坑开挖

确定开挖线，严格控制施工边线，按照设计预留开挖边坡比，测量人员随时注意开挖标高，确保达到设计底线，阴雨天到来之前作好基坑排水准备。

土方开挖断面除按设计断面开挖外，表层受到扰动的松动土层应同时挖除。

基坑基面应处理干净，去除土块、碎石等杂质，及时清理主体工程桩基钻孔时的冒浆，不得掺入回填的粘土中。

3.2 基坑回填

防渗体土方回填应按照《堤防工程施工规范》（SL260-1998）中相关要求进行，主要技术要求如下，详见规范。

（1）在清理过的无水基底上进行。

（2）土方回填前应将桩基外壁直接接触面清理干净，回填土时应在栈桥桩基外壁等直接接触面涂一层粘土浆，边涂边回填土压实。

（3）应分层铺筑，上下层接缝应错开，每层厚15cm～20cm，层面间应刨毛、洒水。

（4）机械进场后，应通过试验确定碾压参数，包括碾压设备，铺土厚度，碾压遍数，强度，含水量等。

（5）粘土含水量要接近最优含水量，北岸压实度不小于0.93，南岸压实度不小于0.91，分段碾压时，相邻两段交接带碾压，搭接宽度不小于0.5m，对于机械碾压不方便的地方，采用人工夯实的办法进行压实。

（6）土方填筑过程中注意天气的变化，下雨之前要保证已经填筑的土料完成碾压，防止雨水下渗，避免积水，雨后填筑面进行晾晒，清除湿土，重新补填碾压。

（7）填筑中要即时判断土料含水量，杜绝漏碾、欠碾或过碾等现象。

3.3 复合土工膜拼接铺设

（1）施工程序。

坡面平整—土工膜铺设—拼接—检测—回填保护。

（2）土工膜拼接铺设的技术要求。

结合以往工程经验，本工程选用土工布规格为400g/m2，土工膜选用聚氯乙烯（PVC）复合土工膜，规格为两布一膜（200g/0.5mm/200g）。土工膜是十分有效的新型防渗材料，但其防渗是否达到应有效果，关键在于施工质量，根据《堤防工程施工规范》（SL 260-1998）技术要求如下。

1）垫层清理。新填粘性土经过夯实平整，将表面上的尖锐杂物清理干净后再铺设土工膜，以免刺破土工膜。

2）土工膜铺设与拼接。土工膜质量应经检验合格，铺设前应仔细检查土工膜有无破损，如发现破损应修补或裁除。

土工膜应以长度方向沿栈桥轴线铺设，以减少接缝。

订购复合土工膜时，应要求厂家在整幅复合膜的四周留出10cm宽的拼接带，即在该10cm宽范围内，织物与防渗膜是分开的，以便膜与膜的拼接。

本工程采用聚氯乙烯（PVC）复合土工膜，应采用胶接法拼接。复合土工膜在中间的防渗膜拼接以后，外层土工织物可用手提缝纫机缝合。

拼接前均需将拼接带部位擦拭干净，以保证接缝密合质量。采用胶接法拼接聚氯乙烯膜，可选用PVC胶，应边清洁接缝部位，边涂胶，边贴合，并用砂袋慢慢拖压，使接缝贴合牢固。春秋季节应固化12h，冬季应固化24h。胶接缝的质量检查可掰开接缝部分观察其接缝颜色是否一致，一般漏胶部位均可被发现，发现后应立即补胶。

胶接质量可通过抽样作拉伸试验，一般拼接强度不低于母材强度，要求不低于母材强度的80%，抽样部位与数量可根据具体情况决定。

3）土工膜的周边固定。土工膜与地基的连接必须安全可靠。土工膜與原状土必须贴合紧密，另一侧土工膜与栈桥桩基及桥墩承台外壁用螺栓和钢板将土工膜锚固在混凝土与钢管桩外壁。

4）保护层的铺设。土工膜铺完后应及时铺保护层。复合土工膜上铺粘性土做保护层，应清除粘性土的尖锐杂物，以免刺破土工膜。已辅土工膜上的破孔应及时粘补，粘贴膜大小应超出破孔边缘10cm～20cm。

（3）土工膜施工中的注意事项。

防渗土工膜施工包括以下工序：准备工作、铺设、拼接、质量检查和回填土料。

1）准备工作。要求清除地面一切尖硬物质，作好排渗设施，挖好锚固沟。准备好土工膜，尽量用宽幅膜，或先按要求尺寸焊拼好，卷在钢管上，妥运至现场备用。

2）在平地上铺放，借拖拉机或人工展放，在坡面上借卷扬机从坡顶徐徐反滚至坡底，将其固定。铺放时应注意：①尽可能在干燥和暖天气进行。②铺放应留足够余幅，不可太紧，以便拼接和适应气温变化。③应随铺随压重，防止风吹。④接缝应与最大受力方向平行。⑤发现损坏，应立即修补。⑥铺设人员应穿软底鞋，以免破坏土工膜，并密切注意防火。

3）土工膜拼接有热熔焊法和胶粘法，大面积拼接一般用热熔法，局部拼接才用胶粘，应注意太薄的聚乙烯（PE）膜经加热要烧坏，故不能用热熔焊法。胶结法只适用于聚氯乙烯膜。用胶粘法时应注意粘结胶的耐久性，不能因长期浸水或遇水中化学物质而失效。大规模拼接前，应进行拼接试验。

4）拼接质量检查。可以先作目测检查，即检查缝有无疏漏，有无烫损，有无褶皱和是否均匀，然后借仪器检漏。例如两条焊缝间有约10mm空腔末焊，可以将待检段两端封死，往空腔内充气，静置一段后，观察其压力有无下降。如发现漏缝，应及时修补。

对较大工程，尚应取样检测，即割取部分接缝试样作拉伸试验，要求接缝强度不低于母体的80%。

5）回填土料。铺膜后应及时回填，严禁膜较长时间外露。填土一般应不薄于30cm;冬季水位变动时，厚度应加大。如分期施工，应注意两期间膜的良好连接。

6）防渗土工膜的周边和与结构物连接处应构成密闭系统，具体结构可按地基土质和结构物类型确定。

3.4 干砌植生块护面

干砌植生块护面施工前需对回填粘土表面进行清理。植生块可就近购置或在附近堤顶或滩地预置，人工搬运、砌筑，最后进行勾缝、嵌缝施工。

3.5 浆砌块石施工

浆砌石施工所用块石为新鲜坚硬石料，不得有剥落或裂纹，要求上下两面平行且大致平整，无尖角、薄边，块厚宜大于20cm，片石用于塞缝，但用量不得超过砌体重量10%;水泥采用普通硅酸盐水泥，应为正规厂家合格产品，到货后合理堆放，做到防潮、通风;砂浆采用普通硅酸盐水泥，应按规定水灰比配制，随制随用，间歇时间不超过2.5小时;砌筑前，应在砌筑区外将石料清洗干净，敲除软弱边角，并用水保持湿润状态;应先铺砂浆后砌筑，砌筑要求平整、稳定、密实、错缝，平整做到相邻石块高差不宜大于2～3cm，稳定要求石块安置必须自身稳定、大面朝下，密实严禁石块直接接触，错缝做到同一砌筑层内，相邻石块应错缝砌筑，不得存在顺向通缝。

4 结语

灵绍工程长江大跨越防渗设计满足长江水利委员和相关规程规定的要求，施工通过省长江河道局验收，质量优良。本文详细阐述了长江大跨越地基防渗处理设计要求及施工工艺流程，为后续特高压工程跨越长江防渗设计及施工提供借鉴。

参考文献

[1] 灵州-绍兴±800kV特高压直流输电线路工程长江大跨越工程防渗设计报告[R].

[2] 国家电网公司灵州-绍兴±800kV特高压直流输电线路工程建设管理总体策划[R].

[3] 国家电网公司基建项目管理规定，国网（基建/2）111-2015[S].