多头小直径防渗墙在时淠圩堤防渗漏加固中的应用

吴平安

（安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230088）

0 引言

多头小直径防渗墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机，把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。该方法是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥（浆液或粉体）强制搅拌后，水泥和软土将产生一系列物理—化学反应，使软土硬结改性，形成具有良好整体性、稳定性、不透水性并具有一定强度的水泥土防渗墙。该项技术是在普通深层搅拌桩技术基础上发展而成的，它保留了普通深层搅拌桩技术取材方便、施工无噪音、无污染、工程效果好等优点外，主要在一机多头（3个钻头）和小直径（200～300 mm）成墙两个方面有所突破，并可连续成墙。目前国内多头小直径防渗墙施工工艺较为成熟被普遍应用于堤防险工险段的加固工程中。

1 工程概况

梁家湖位于寿县西南部，南起众兴镇新店村李家营队，北讫淠河的幸福涵，全长33.40 km。梁家湖团岗渡槽以下河道左岸为时淠圩，圩区位于梁家湖与淠河之间。时淠圩段堤防上起团岗渡槽，下至幸福涵，长9.41 km，现状堤顶高程27.80～27.50 m，堤顶迎水侧设防浪墙，迎水侧边坡1:2.50～1:3，背水侧边坡1:2.50～1:6.78，堤顶为混凝土路面。

经过多年运行，时淠圩圩区内部分堤防迎水坡堤脚损毁、淘刷严重；堤防填筑质量较差，部分堤基存在透水层，导致内塘与外河相通，在汛期高水位下，翻沙鼓水现象严重，2020 年汛期堤防出现了多处散浸、渗漏和滑坡等险情。故对时淠圩堤防渗漏原因进行综合分析，以期制定合理的防渗加固方案。

2 工程地质概况及渗漏原因分析

2.1 工程地质概况

2.2 堤防渗漏原因分析

时淠圩堤防堤身主要由人工填筑土筑成，填土主要来源于附近渠道开挖弃土或堤后就近取土，填土成分以重粉质壤土～粉质粘土为主，软塑状。堤防施工质量差，堤身内部填筑不均衡，土质松散，压实度未达设计要求，且未对堤身、堤基做任何防渗处理，造成部分堤防渗漏严重，特别是高水位运行时，渗漏现象更为突出，给堤防安全留下较多隐患。

3 堤防加固处理方案比选

根据该工程区堤防实际运行中的工程状态，从加固效果、施工速度、施工质量检查和工程造价等因素综合考虑筛选几种防渗加固方案，比较如下：①高喷防渗墙方案。该方案利用高压射流作用切割堤身土体，同时注入水泥浆形成凝结体防渗墙，以解决坝身与坝基的渗透稳定问题。高压喷射灌浆分为定喷、旋喷和摆喷三种形式。高压喷射灌浆技术的优点在于高压喷射灌浆是在地基应力基本不释放的情况下实施完成的，所形成的墙体属逐渐过渡型，墙体与原堤身、地基结合紧密，这种复合结构有利于提高防渗效果及改善地基稳定性，在施工时不受河道内水位影响、设备简单，施工简便、且工效高、耐久性强、施工管理方便。缺点是投资较大，施工速度慢。②多头小直径防渗墙方案。多头小直径防渗墙的优点在于施工方式灵活多变，适应性强、适用面广；施工速度快；工程造价低廉；适用于素填土，软塑或可塑的黏性土，稍密或中密的粉土等地基的加固。缺点是对施工场地要求大，施工工艺要求比较高。③冲抓套井回填粘土防渗墙。沿堤防堤顶轴线从堤顶至堤防天然地基下1～2 m 处利用冲抓锥造孔，套井中回填含有5%水泥的粘土，经分层夯实后，形成一道连续的粘土心墙，使其土体密度增大，渗透系数减小，从而达到防渗目的，同时夯实对井孔周围土体有压实作用。该方案施工方便，机械简单，质量易于控制，工效高。但此方法仅适用于浸润线以上施工，因此施工时必需降低外河水位或在枯水季节施工，地下水位以下部分堤身（或堤基）要采用高喷防渗墙，总体造价也较高。④复合土工膜。土工膜具有很好的延展性能，能够较好的适应土体不同工况下的变形。土工膜防渗的优点在于造价低、工期短、施工速度快，但是其缺点也很显著，土工膜容易老化破损，抵抗外力损伤以及抗撕裂的性能较差。

通过以上几种防渗方案比较，多头小直径防渗墙方案成墙均匀性和连续性都较好，机械施工自动化程度高，工期短，工程投资较少，从已建工程看，该方法总体防渗效果较好。故此次堤防渗漏段防渗加固采取多头小直径防渗墙方案。

4 多头小直径防渗墙设计

防渗墙深度：防渗墙顶高程同现状堤顶，墙底高程约18 m，深入堤基大于1 m，平均深度为7 m。

多头小直径防渗墙成墙厚度：墙体为水泥与土的混合体，其墙体抗渗厚度按下式确定：

式中：T—墙厚（m）；H—上、下游水头差；i—水泥土破坏坡降，有关资料取i=60。

经计算得水泥土防渗墙厚度为0.12 m时即可满足要求，此次设计考虑到施工连续性和均匀性，故选取成孔径为30 cm，桩体间水平向搭接长度10 cm；此次设计多头小直径墙体有效厚度22.40 cm，满足防渗要求。

5 堤防加固处理前渗漏稳定计算分析

5.1 计算断面

根据历年统计的险情和对勘探资料进行分析，结合地形、堤高及历年险情发生位置，选取新河村渗漏段断面作为计算典型断面。

5.2 计算方法

按《堤防设计规范》中有关渗流及渗透稳定计算的规定，选用河海大学编制的《水工结构有限元分析系统（autobank7.5.1）》堤防渗流场计算程序，对选取的典型断面进行渗流稳定计算。

5.3 计算参数选取

各土层参数依照该渗漏段的地质资料选取，详见表1。

表1 渗漏段地质物理力学性指标建议值表

5.4 计算工况

根据《中国地震动参数区划图》，此区工程地震动峰值加速度为0.05 g，相应地震基本裂度为Ⅵ度，不需进行抗震安全复核。

根据规范规定，渗流计算应考虑河道出现的各种不利组合，选取堤防渗流稳定计算工况为：①正常运行期：临水侧为设计水位，背水侧为无水。②水位降落期：临水侧10 h内由设计水位降至24.00 m高程，背水侧无水。

5.5 计算成果及分析

新河村渗漏段渗流稳定计算成果见表2，计算工况成果见图1。6 堤防加固处理后渗漏稳定计算分析

表2 加固前堤防渗流稳定计算成果表

图1 加固前工况1水力坡降等值线图

对堤防进行加固处理后，仍选取新河村渗漏段断面作为渗流复核计算断面，计算参数、方法及工况同加固前，计算结果见表3及图2、图3。

表3 加固后堤防渗流稳定计算成果表

图2 加固后工况1水力坡降等值线图

图3 工况2水力坡降等值线图

由计算结果可知，对堤防渗漏段进行多头小直径防渗墙加固处理后各工况下出逸点渗透比降计算值均小于允许值，出逸点高程也较处理前降了约1 m，渗流稳定满足要求。

7 结语

时淠圩堤防渗漏段采用多头小直径防渗墙加固处理后，经过1 年多运行，未再发现渗漏现象，堤防渗漏情况得到有效治理，汛期堤防险情大大减少，效果显著，充分发挥了工程效益。