实例分析围海圈水堤坝防渗设计

刘波穆永波（浙江省围海建设集团股份有限公司，浙江宁波

关键词：海岸线；聚丙烯编织布；设计标准；堤坝；垂直防渗；防渗墙；高压喷射灌浆

1基本资料和设计数据

1.1地形、地质

围海堤坝工程地形高程为2.0～-5.0m，坡度1.2%，宽度约550m，呈微淤状态。工程区共划分成6个工程地质层，其中①层分为2个亚层、⑤层分为3个亚层、⑦层分为2个亚层。地基土特性自上而下描述如下：

①1人工填土：为海塘填筑土，厚薄8.50m；以黏性土为主。

①2冲填土：广泛分布于场地区滩面表层，厚薄不均，厚度0.3～1.9m；为近期淤积粉砂，饱和，多呈松散状，底部稍密状。

③粉质黏土层：分布于场地区浅表部，层位较稳定，层厚3.0～9.1m。灰色，饱和，多呈软塑状，土质不甚均匀。

④淤泥质黏土层：层位稳定，厚度为2.0～5.8m；灰色，饱和，流～软塑状。

⑤1淤泥质粉质黏土层：厚1.5～7.2m，灰色，饱和，流塑状。

⑤2砂质粉土层：层厚1.1～5.1m。灰色，饱和，多呈稍密状，砂质不均匀。

⑤3淤泥质粉质黏土层：厚1.5～8.6m，灰色，饱和，软塑状，夹粉砂性土。

⑥黏土层：厚1.2～3.5m，暗绿色，可塑状。

⑦1-1砂质粉土层：层厚1.2～5.5m。灰黄色，饱和，密实。

⑦1-2粉砂层，勘探孔未完全揭露该层，灰黄色，饱和，密实。

1.2水文

（1）潮汐：本工程围海潮汐属于非正规的浅海半日潮，潮汐日不等现象比较明显。

（2）潮流：北岸潮流属往复流性质，潮下带涨落潮流向与等深线走向大致平行，潮滩流速及流向受滩地地形、高程和海岸轮廓线影响沿程发生变化，涨落潮最大流速均出现在中潮位附近；涨潮流速一般大于落潮流速，流速自湾口向内递增。

1.3波浪

波浪主要以风浪为主，约占全年波浪频率的85%，涌浪次之约占15%。水域波高年内季节性变化较大，一般夏季波高较大，冬季波高较小。水文站实测夏半年（5～9月）平均波高0.5～0.6m，最大波高3.90m，波向SE～SSE；冬半年（10至翌年4月）平均波高0.3～0.4m，最大波高3.0m，波向NW～N。

2堤坝结构形式

堤坝结构形式的选择应按照因地制宜、就地取材的原则，根据堤坝所处的地理位置、保护的对象、坝址地形地质条件、筑堤材料、潮汐、水流、风浪特性、施工条件、运用和管理要求、环境景观及工程造价等因素，经技术经济比较，综合选定。

本工程堤坝长3529m，沿线滩面高程不一，滩面最高高程2.0m～-5.0m，最大高差约为7.0m。堤坝地基从上到下50.0m勘探深度范围内可分为6个工程地质层，其中①层分为2个亚层、⑤层分为3个亚层、⑦层分为2个亚层；总体上场区内地层分布较为稳定。从工程区天然建筑材料分布情况看，离本工程16km的区域有沙源地，储量丰富，质量满足设计和施工要求，均可用于聚丙烯编织布袋充填土。常用的坝型有土坝、土石坝、抛石坝、混凝土或钢筋混凝土坝等，在所有的坝型中，土坝和土石坝对地基的要求最低，抛石坝次之。由于本工程堤坝建成后，水库内正常运行水位在4.5m~5.0m之间，水库最高蓄水位5.40m，抛石坝坝身透水，防渗处理工程投资高。因此，根据工程的地形地质条件、筑堤材料等情况，堤坝的堤身结构采用当地材料，结合施工工艺，最终选用聚丙烯编织布袋充填土内、外棱体之间吹填土均质坝断面结构型式。

堤坝为3级建筑物，根据水库功能要求，拟定堤坝堤顶高程为5.4m，基础滩面高程外侧堤坝一般为-3.0m，最低为-5.0m，东侧堤坝为2.0～-4.0m，西侧堤坝为0.0～-3.0m；堤坝堤身高度为3～10.5m，堤顶宽度为7.0m。堤坝坡度系根据稳定计算，结合施工要求拟定，内、外坡坡比均为1：3，外坡在1.0m高程处设置平台，宽度为3.0m，平台的作用主要是为外坡坡面护坡设置镇脚，堤坝堤前设抛石护底及防冲刷混凝土联锁块软体排护滩，宽度均为20m。内坡在-1.0m高程和3.0m高程处分别设置平台，宽度分别为3.0m。堤坝的护坡结构系按风浪、潮流等诸因素要求拟定。堤坝堤顶埋石混凝土面层厚0.7m；外坡消浪采用扭王字人工块体，护坡采用0.4m厚的灌砌块石，下设0.2m厚袋装碎石和土工反滤布一层，堤前设宽度为20m的抛石护底，下设0.4m厚袋装碎石和沙肋软体排；内坡护坡采用0.4m厚的灌砌块石，下设0.2m厚碎石滤层和土工反滤布一层。为满足水库堤坝渗透稳定，堤身设高压喷射防渗板墙。

3堤坝堤身防渗墙设计

根据渗流计算分析，堤坝堤身断面需设置防渗墙，本工程堤坝断面结构采用聚丙烯编织布袋的充填施工成堤，又承受双向水头，因此，采用垂直防渗比较好，垂直防渗常见的方法垂直铺塑、射水造墙、抓斗薄壁防渗墙、振动沉模防渗板墙、高压喷射灌浆和深层搅拌桩法。根据本工程堤坝断面结构特点，在聚丙烯编织布袋的充填断面结构上采用垂直铺塑、射水造墙、抓斗薄壁防渗墙、振动沉模防渗板墙和深层搅拌桩法等防渗处理的方法，均不合适；只有高压喷射灌浆由于其适用范围广，设备简单，施工简便，工效高，有较好的耐久性，料源广，且对堤坝结构及附近建筑物没有不利的影响等优点。

因此，堤坝堤身防渗采用高压喷射防渗板墙。高压喷射墙体有效厚度0.20m，渗透系数K=1×10-6cm/s，深度根据原河床滩面高程，以保证防渗板墙的防渗效果，插入黏土泥面下2.0m～4.0m，即滩面高程为0.00m、防渗墙底高程至-4.00m；滩面高程为-2.00m、防渗墙底高程至-5.00m；滩面高程为-4.00m、防渗墙底高程至-6.00m；高压喷射钻孔孔距1.50m，墙体顶部至4.80m高程，与堤顶路面相接。高压喷射是针对一般静压灌浆在应用中存在问题的情况下发展起来的，其防渗体的形成机理与静压灌浆不同，静压灌浆系统借助于灌浆压力使浆液沿地层孔隙或裂隙进入防渗部位。因此，当被灌地层的孔隙或裂隙较小或不连续时，就产生可灌性问题，则浆液扩散于防渗部位以外，造成流失，又产生可控性问题。而高压喷射灌浆系利用高压喷浆射流在气流的作用下，冲击和破坏土体，使一部分土体，升扬置换到地面，其余土体与浆液掺搅；在形成置换过程中，对侧壁产生挤压，浆液向两侧壁孔隙充填，使两侧土体密度增大，自内向外，随着挤压力的减小，土体密实度亦逐渐减小至原地层一致，从而形成一过渡层。对地层中大颗粒的块石，由于其强度高而难于破碎，在高压浆气射流的冲击震动力作用下，产生位移被浆液裹袱，浆液也可沿块石直接产生裹袱，充填凝结作用，形成连续均匀，胶结密实的凝结体。

堤坝沿坡面渗出段及沿下游基础面渗流渗流出逸坡降均小于粉砂允许出渗比降0.30的要求，堤坝的渗流量比未设防渗板墙情况下减小15倍，因此，设置高压喷射防渗板墙后，堤坝的渗流稳定满足要求。

参考文献

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[2]姚秋玲.堤基管涌机理及悬挂式防渗墙渗控效果试验研究[D].北京：中国水利水电科学研究院，2006.

[3]陈西安.悬挂式防渗墙防渗效果的模拟试验研究[D].南京：河海大学，2007.