深搅法在滹沱河北大堤加固中的应用
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摘要：本文通过对滹沱河北大堤吕汉险工段堤防加固方案比选的论述，得出了水泥土搅拌防渗墙为最经济适用的方案。水泥土搅拌防渗墙，具有不需要开槽，施工简便，墙体与周围土体胶结良好，防渗效果好，造价低等优点，值得推广。
关键词：水泥土搅拌防渗墙堤防加固施工技术要求
中图分类号： TQ172 文献标识码： A
1. 工程概况
滹沱河是海河流域子牙河系两大支流之一，发源于山西省繁峙县境内的泰戏山下桥儿沟，流入河北省后经黄壁庄水库，穿京广铁路，向东流经石家庄、衡水两市，在饶阳大齐村进入献县泛区，至献县枢纽上游与滏阳河及滏阳新河汇合。总流域面积24774km2。
滹沱河北大堤始于无极县东罗尚闸，至献县枢纽全长101.1km，堤顶现状宽8~10m。北大堤吕汉险工段位于饶阳县东北，紧邻吕汉村，北大堤桩号74+000～77+000，“96.8”洪水前就已被确定为重点险工段。该段河道为地上悬河，北大堤内滩地高程高于大堤外地面1.0～2.0m左右。目前，北大堤吕汉险工段设有导流排11座，上游桩号75+565~77+000段有混凝土护坡。1981年和1992年吕汉村南及村东南堤外坡脚两个大坑相继出现大量漏水，渗漏量约2000m3/h。“96.8”洪水时，吕汉村南(桩号75+100左右)大堤背水坡戗台后水坑内冒水，水柱明显可见，迎水坡戗台下形成入渗旋涡，入渗点与冒水处连线呈NE30°左右斜穿大堤。北大堤吕汉段迎水坡从桩号74+930～75+610长约680m的堤脚戗台被冲刷毁坏，同时戗台外滩地形成三个相连的大冲坑，坑宽37～19m，坑长80～40m，坑深5.5～3m，第一个大坑距离堤脚最近处仅7m，第二、第三个大坑已临近堤脚。
该段存在以下问题：①大堤堤基建于古河道上，为地上悬河；堤根地势低洼，主流冲刷堤脚，堤基存有贯通性夹砂裂缝多条。②该段大堤填筑时铺土层厚度大，碾压不实（干密度最小分别为11.9 kN/m3和14.5kN/m3），且在冬季施工，施工质量控制不严，有很多冻土块上堤，孔隙率较高，堤身碾压不实，遇高水位则产生渗漏，危及大堤安全。对该险工段进行彻底加固是十分紧迫的。
2. 险工成因及危害分析
北大堤吕汉段砂性土顶高程约为7~9m（地表高程约16~17m），底板高程0~-1m，总厚度约7~10m，下部为粘土。吕汉地段存在着多条地震形成的地裂缝。经过实地查勘，在吕汉段地势低洼的坑中，发现有充砂裂缝六处，裂缝方向为NE20～30°，延展长度最长约几十米，宽度为10～40cm，多呈下宽上窄顶部尖灭的形态。大堤堤脚前发现一组方向为NE300°左右裂缝，缝宽40cm左右，基本与大堤平行。以上两组裂缝两侧均无水平及垂直移动。产生原因分析如下:
吕汉段大堤基础存在一细砂层，厚度不一。本区地震烈度为7度，1966年邢台地震波及本地区，当时地下水位约3.0m，饱和细砂在地震时产生液化，村南及村东南大坑内地震时均出现喷水冒砂现象。以上两个大坑砂层埋深很浅，勘探孔表明砂层埋深仅0～3.3m，埋深浅的饱和砂性土受到地震影响发生液化时，释放出的应力作用于上面覆盖的非液化壤土层，形成水平和垂直裂缝。砂性土在覆盖层薄弱部位涌出地表形成砂带，在覆盖层较厚的地方可能有隐性砂带。地表砂带随时间的迁移及雨水、风砂等自然作用，也逐渐被掩埋。一旦掩埋裂缝的土体遭到破坏，积水便会沿着裂缝中砂带迅速渗漏下去，并且使充填的砂和砂性土不断下沉密实，从而在地表形成裂缝。因此认为地震引起的砂土及砂性土液化是产生裂缝的基本原因。
该段大堤填筑时铺土层厚度大，且在冬季施工，施工质量控制不严，有很多冻土块上堤，孔隙率较高，堤身碾压不实，遇高水位则产生渗漏，危及大堤安全。子牙河河务处对滹沱河北大堤高程检查测量发现，在姚庄以东吕汉村西（桩号72+000～75+000）大堤水准点高程与1980年测量成果比较，最大沉陷量达0.49m，也与上述地裂缝、沉降地质现象相一致。
3. 方案比选
由于需要解决问题为堤基堤身贯通裂缝及古河床隐患问题，所以水平防渗、加戗台和排水反滤不适合本工程，拟定以下三个方案。
方案一：土工膜+垂直防渗墙方案
在大堤上游堤坡铺设土工膜（两布一膜），并在下部浇筑混凝土防渗墙，形成一道完整的防渗体。本次设计铺设土工膜范围为：高程为设计洪水位以上0.8m至坡脚，为了保护土工膜，在有导流排处设置干砌石护坡，现有护坡段段恢复混凝土护坡。并在坡脚设临时施工平台，对大堤进行水泥土搅拌防渗墙施工，墙厚0.4m，平均深度14.5m。
方案二：塑性混凝土防渗墙方案
在堤前平台设施工平台，在堤顶内缘距堤顶6~11m处设水泥土搅拌防渗墙，墙厚0.3m，平均深度19.0m。
方案三：水泥土搅拌防渗墙方案
在堤前平台设施工平台，在堤顶内缘距堤顶6~11m处设水泥土搅拌防渗墙，墙厚0.4m，平均深度19.0m。
三个方案投资比较见表1。
表1吕汉险工加固方案投资比较表
方案比较：根据表1可知，工程直接费分别为1210.4万元、607.6万元和1228.5万元。方案一、二投资相当，方案三最省，较前两方案节省约580万元。方案一需要拆除桩号75+500~77+000段的混凝土护坡，造成了工程的浪费；且此段混凝土护坡前设有编织布枕袋水平防护，在坡脚前实施水泥土搅拌防渗墙将造成水平防护的薄弱部位。方案二成墙质量高，能保证墙体的连续性，质量可靠，寿命长，经久耐用弹性模量较小，能与土体变形协调，但投资较高。方案三不需要开槽，施工简便；墙体与周围土体胶结良好的使用寿命比复合土工膜长，防渗效果好，且造价低。综合上述，推荐方案三为优选方案。
4. 防渗墙设计
深层水泥土搅拌防渗墙平均深度19.5m，墙厚不小于30cm，墙底置于基础下卧壤土（粘土）层不小于1.0m，防渗墙轴线位于堤顶内缘距堤顶6～11m，并与上一期防渗墙轴线衔接。
深层水泥土搅拌防渗墙桩径450mm，最大桩间距320mm，渗透系数K
5. 施工技术要求
5.1防渗墙（或浆体）材料
浆液配置：水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆的水灰比为0.48～0.5，水泥掺入比根据现场试验确定。
浆液材料应满足：凝结前不沉淀，不离析，能抵抗地下水的作用；凝结后有足够的不透水性，有较高的塑性，能适应土层的变形。
5.2主要技术指标
①成墙厚度不小于0.3m；
②防渗墙防渗系数不大于1×10-7cm/s；
③抗压强度不低于3.0MPa；
④防渗墙垂直度偏差控制在2‰以内。
⑤确保防渗墙的连续性，应连续施工相邻桩，施工间隔时间不得超过24小时。
⑥喷浆压力控制在1～1.1MPa，喷浆量控制在30L/min，钻机喷浆提升速度控制在0.6～1.5m/min。
5.3施工流程
防渗墙施工流程为：①桩机就位，②钻进喷浆成桩，③提升搅拌，④重复钻进搅拌，⑤重复搅拌提升，⑥成桩完毕。
5.4质量控制和检查
① 成桩施工期的质量检查，包括力学性能、原材料质量、掺合比的检查等，成桩时逐根检查桩位、桩底高程、桩顶高程、桩身垂直度偏差、喷浆提升速度、外掺剂掺量、喷浆量均匀度、搭接厚度及搭接施工的间歇时间等。
② 施工记录施工记录是现场隐蔽工程的施工实录，反映了施工工艺执行情况和施工中发生的各种问题；施工记录应详尽完善、如实进行并由专人负责。
③ 强度检验在施工操作符合预定工艺要求的情况下，桩身强度是否满足设计要求是质量控制的关键，可采用钻取水泥土桩芯或静力触探方法检验桩长和桩身强度。
6. 结论
深搅法能适应砂性土、粘性土、粉土、人工填土、淤泥土、粒径小于50mm的砂质层等，加固深度可达20m。深搅法在堤身成墙时，能充分利用原堤身土体，减少了资源浪费，成墙造价低；成墙质量可靠，且有一定的塑性，能适应堤坝变形。
总之，深搅水泥土防渗墙应用于堤防工程，只要将墙体的连续性、墙厚、渗透系数等指标控制好，就能满足设计要求。
参考文献
[1] 甘国权，陈芙蓉，董建军，陈彦生编著，深搅法，中国水利水电出版社，北京，2006,8
[2] 河北省水利水电第二勘测设计研究院，衡水市饶阳县滹沱河治理工程可行性研究报告
[3] 河北省水利水电第二勘测设计研究院，衡水市饶阳县滹沱河治理工程初步设计报告