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粉砂層地基水閘工程防滲措施探析

來源:原創論文網 添加時間:2019-10-25

  摘    要: 下沙地區的地基土中含有較厚的粉砂層,且場地周邊有魚塘,需做好充分的防滲措施。本案經地質勘探后運用改進阻力系數法對三號大堤北閘進行滲流穩定計算,選取高壓旋噴樁提高防滲能力。水閘建成后通過位移監測對防滲效果進行分析,并對暗塘部位采取防滲補強措施。

  關鍵詞: 滲漏; 水閘; 改進阻力系數法; 高壓旋噴樁;

  Abstract: The foundation soil in Xiasha area contains thick silt layer, and there are fish ponds around the site, so it is necessary to take adequate anti-seepage measures. In this case, after geological exploration, the improved resistance coefficient method is used to calculate the seepage stability of the north sluice of No. 3 embankment, and the high pressure rotary jet grouting pile is selected to improve the anti-seepage ability. After the completion of the sluice, the anti-seepage effect is analyzed by displacement monitoring, and the anti-seepage and reinforcement measures are taken to the hidden pond.

  Keyword: leakage; sluice; improved resistance coefficient method; high pressure jet grouting pile;

  1、 概述

  粉砂是含有砂土顆粒的土,且具有一定粘性,顆粒間無粘聚力,性質松散。滲透破壞是建設在砂性土地基上的水閘面臨的主要問題之一。[1]

  管涌和流土是滲透破壞的兩種主要形式,它直接影響著土體的穩定,足以導致水閘破壞。從水閘建筑物的建設程序上講,無論是從設計方面,還是從施工方面,對水閘閘基防滲的重視程度很重要。[4]

  水閘的防滲排水設施通常有閘前混凝土鋪蓋,閘后消力池,在滿足閘基滲徑要求的情況下設置排水孔釋放揚壓力,還可以通過布置防滲鋪蓋、防滲墻、防滲帷幕等措施,來降低滲透壓力,減小滲透破壞的風險。

  2、 工程概況

  三號大堤北閘(以下簡稱“水閘”)位于下沙三號大堤護塘河下游,主要功能為防洪排澇、配水。主要工程任務為拆除老閘,原址重建水閘。

  水閘防洪標準為20年一遇,工程等級為Ⅲ等,主要建筑物為3級,次要建筑物為4級,臨時建筑物為5級。水閘為2孔,單孔凈寬15m,閘門高度3.5m,閘底板高程2.0m。
 

粉砂層地基水閘工程防滲措施探析
 

  閘門采用可傾斜調節閘門,為整體塢式結構,閘室順水流方向長15m,垂直水流長度47m。

  擬建場地地貌單元屬沖海積平原,類型簡單,地形起伏不大。地質勘察的最大勘察深度為35m,根據場地土的物理力學性質,可將勘探深度范圍內地基土分為3層7亞層,自上而下分述如下:

  (1)1素填土:灰黃色,稍濕,松散。以粉土為主,含碎石、塊石及少量植物根系。硬物質含量30~40%,直徑2~15cm不等。三號大堤綠化帶區域揭示。層頂標高5.75~5.82m,厚度4.40~5.10m。

  (1)2塘泥:灰色,飽和,流塑狀。以粉土為主,含少量有機質,夾碎石。僅鉆孔Z2揭示。層頂標高1.12m,厚度0.40m。

  (2)1砂質粉土:黃灰色,濕,稍密-中密。切面粗糙,搖震反應迅速,見大量云母碎屑,局部為粘質粉土,韌性及干強度較低。全場分布。層頂標高0.72~1.41m,厚度4.40~5.90m。

  (2)2粉砂:灰、青灰色,濕,中密。砂質不純,粘粒含量低,級配良好,分選性差,局部相變為砂質粉土。全場分布。層頂標高-4.49~-3.68m,厚度5.20~6.70m。

  (2)3粘質粉土:灰色,濕,稍密-中密。切面粗糙,搖震反應迅速,見大量云母碎屑,韌性及干強度低。局部夾少量粉質粘土。全場分布。層頂標高-10.38~-9.69m,厚度5.20~6.71m。

  (4)1粉質粘土:灰黃色,軟可塑-硬可塑。切面稍光滑,稍有光澤,無搖震反應,韌性及干強度中等,局部夾粉土薄層。全場分布。層頂標高-15.59~-14.68m,厚度8.20~9.90m。

  (4)2粉質粘土:灰色,軟可塑。切面稍光滑,有光澤,無搖震反應,韌性及干強度中等,局部夾粉土薄層。全場分布。層頂標高-25.48~-23.79m,控制厚度9.40m。

  3、 滲流穩定計算

  滲流穩定計算通常有以下幾種方法:

  (1)流網法?蛇m用各向同性的均質地基及非均質地基,也適用于各向異性的地基;各種不同的地下輪廓和布置也適用;費時不多,精度足夠。

  表1 閘基防滲長度計算成果匯總表
表1 閘基防滲長度計算成果匯總表

  備注:實際防滲長度=閘基地下輪廓線水平投影長度+2*垂直投影長度。[3]

  表2 閘基滲流穩定計算成果匯總表
表2 閘基滲流穩定計算成果匯總表

  (2)改進阻力系數法。精度高,應用廣泛。

  (3)直線比例法。計算簡單,精度差,小型水閘可用。

  (4)加權直線法。在直線比例法的基礎上發展起來,僅對上、下游兩端的鉛直滲徑進行加權處理。

  對于中小型水利工程,改進阻力系數法在滲流計算中應用較為廣泛。改進阻力系數法是在阻力系數法的基礎上發展起來的,其基本思路為根據地下輪廓的特點將復雜的閘基滲流區域劃分為簡單的區段,計算各典型段的阻力系數,并得出各典型段的滲壓水頭損失,并對進出口滲壓水頭進行修正,最后得出滲壓水頭。同時計算出滲流出口比降及水平坡降,以此判斷閘基的滲流穩定。[2]

  根據《水閘設計規范》(SL265-2016)[3],初始狀態下防滲長度計算:

  式中:L-閘側防滲長度(m);△H-上、下游水位差(m);C-允許滲徑系數值。

  本案中△H=3.5m,C=8m,L實=28m。

  實際地下輪廓線L實=26m<L允=28m,不滿足防滲長度要求。

  4、 防滲措施及樁長選擇

  防滲設施:鋪蓋、防滲墻、齒墻及帷幕灌漿等,滯滲。

  排水設施:設在地下輪廓末端及其下游部位,導滲。

  (1)鋪蓋

  布設在閘室上游一側,長度約為(3~5)H。

  鋪蓋應首先具有不透水性,最好具有一定的柔性,以適應地基變形。

  鋪蓋材料有黏土和黏壤土,必要時可以采用混凝土、鋼筋混凝土等。小型水閘可以采用漿砌塊石。

  鋪蓋的滲透系數應比地基的滲透系數小100倍以上。

  (2)防滲樁

  對以下兩種常用防滲樁進行比選:

  方案一:Φ60cm高壓旋噴樁,間距0.45m,單根長11.5m,共280根。

  方案二:C30混凝土防滲墻,墻厚0.4m,墻高11.5m,墻總長度95m。

  經綜合技術經濟比選,兩種方案防滲效果差距不大,方案一投資較小,最終選擇方案一高壓旋噴樁作為防滲措施。

  考慮到水閘為雙向擋水,初始計算選擇12m樁長(打入粉質粘土層),上下游各布置單排樁。為避免繞滲,樁墻伸出閘墩左右岸各6m,并設置刺墻,閘墩兩側采用粘土回填。

  計算結果如表1。

  根據《水閘設計規范》(SL265-2016)[3]:驗算閘基抗滲穩定性時,要求水平段和出口段的滲流坡降應小于水平段和出口段允許滲流坡降值,中砂水平段J允許=0.10~0.13,出口段允許滲流坡降值J允許=0.25~0.30。水閘出口段滲流坡降均小于允許水力比降,故閘基礎均可滿足抗滲穩定要求。

  5、 處理效果

  水閘施工期經位移監測及現場勘查,閘室段經防滲處理后未出現明顯移位。上游段右岸擋墻未經防滲處理,兩段結構段之間出現約5cm移位。經調查分析,此段擋墻基礎原為防護林,樹木腐爛后變為暗塘,形成滲漏通道,完建期河道內無水,擋墻背側有魚塘蓄水,與河道存在水頭差,因此造成局部滲漏破壞。

  經綜合考慮,將移位段擋墻拆除重建,對此段擋墻基礎采用水泥攪拌樁處理,避免再次產生滲透破壞。

  6、 結束語

  (1)下沙地區普遍存在較厚粉砂層,對水閘滲透安全造成不利影響,水閘設計時需做好充分的防滲措施。

  (2)新建水閘附近的魚塘盡量填埋,或河道通水前禁止魚塘蓄水。

  (3)盡量避免將水閘建在可能存在滲漏通道的位置,如曾發生過滲漏破壞的建筑物旁,防護林舊址等。

  (4)水閘施工過程中需對位移進行監測,如出現明顯位移變形,需立即停止施工,并將擋墻背后土方挖開、卸載,觀察是否繼續變位或反向變位。一旦發現位移變形,需及時聯系設計、勘察人員分析原因,提出補救措施。

  參考文獻

  [1] 張嘉誠.砂性土地基上的水閘設計實例[J].建筑工程技術與設計,2018(6):15.
  [2] 武漢水利水電學院水力學教研室.水力計算手冊(第二版)[M].北京:水利水電出版社,2006.
  [3] 水閘設計規范.SL 265-2016[S].
  [4]賈順起.淺談平原水閘側向滲透破壞原因及防治措施[J].科技資訊,2009(18):87.

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