新筑堤防防渗方案优选分析(投稿版)

作者简介：苑司乐（410927198710145071）（1987年-）男助理工程师新筑堤防防渗方案优选分析苑司乐1李艳华2王化翠3（1、北京东方园林股份有限公司邮编1000152、山东黄河东平湖龙腾养护公司邮编2726003、水利部水利水电规划设计总院邮编100120）摘要：文章以某一实际工程为例，简要介绍设计方案和设计成果，探讨了沥青混凝土防渗心墙、水泥搅拌桩、粘土心墙等三种设计方案在新筑堤防防渗应用中的优缺点，总结三种方案各自的特点，进行优选，并确定最终方案。关键字：新筑堤防；防渗；沥青混凝土心墙；搅拌桩；粘土心墙；优选一、工程概况新筑堤防的堤顶高程比设计水位高程高1.0m。工程中需要新建的堤防长度约为1.6km，高度在3.5m左右。堤防为土质梯形断面，堤防右侧边坡坡度为1:3，左侧为湿地边坡，坡度不陡于1:6。根据工程地质勘察资料可知现状堤防的基础地层主要为淤泥质粘土层，通过岩土试验统计分析并结合工程经验、工程类比可得出堤防基础土层渗透系数为3.12×10-5cm/s，为弱透水性土层。土层厚度为10m左右，防渗效果较好。堤防填筑材料主要取自附近的商业料场，且填筑材料主要为一些砂土及粒径不均的碎石土，工程周边无其他可用的堤防填筑材料。为了使项目顺利实施则必须对堤防进行防渗设计，为了更好的选定堤防段的防渗设计方案，本工程在方案选定前做了三种方案的优选对比，根据不同方案在本工程中的可行性、适用性、经济性等比较进行最终选定。二、方案设计简述1、沥青混凝土心墙设计方案简述沥青混凝土心墙防渗形式在水利工程中被广泛应用，其防渗效果也较为明显，所以将其作为优选方案之一，沥青混凝土心墙设计方案按照《土石坝沥青混凝土面板和心墙设计规范》（SL501-2010）设计断面，沥青混凝土心墙的设计方案采用碾压式沥青混凝土，心墙顶部厚为0.40m，下部为加厚的渐变段沥青混凝土心墙，心墙下端宽度为1.4m，形成倒“T”结构，同时为了减小扩大段与心墙形成集中应力，采用八字脚渐变的方式进行衔接过渡。为减小混凝土发生撕裂等破坏防渗心墙的情况，沥青混凝土心墙基础充分夯实，以保证防渗体的安全可靠。沥青混凝土心墙与两侧堤防接触面设置过渡层，过渡层采用砂砾且砾石级配连续，最大粒径不大于80mm且具有良好的排水性和渗透稳定性。心墙顶部超高500mm，防止渗水从顶部形成渗透通道。本设计方案通过对各项技术参数分析计算，沥青混凝土心墙的渗流、应力、应变等各项参数均能满足规范要求，技术可行。对本设计方案做了初步的设计概算，当采用沥青混凝土防渗心墙时，新筑堤防防渗方案的综合造价约为910元/m。2、水泥搅拌桩设计方案简述水泥搅拌桩设计方案是在新筑堤防的顶部中间位置采用水泥搅拌桩的方式进行防渗处理。由于新筑堤防的含水率大于30%，则水泥搅拌桩防渗方案设计选择采用干粉搅拌的方式成桩，设计成桩桩径大小为500mm，水泥搅拌桩桩心间距为350mm，形成的墙体理论厚度为357mm。水泥搅拌桩钻桩深度应深入相对不透水土层1.5m，设计水泥掺入比在10%～12%之间，钻孔垂直偏差率不大于1.5%。水泥搅拌桩对施工技术要求较高，在施工中应充分考虑采用先进设备以满足各项设计参数的要求。水泥搅拌桩在施工完毕后应对搅拌桩进行质量检测，要保证桩身致密无缝隙，且自身内力应满足要求。在水泥搅拌桩心墙两侧分别采用级配良好的砂石与新筑堤防形成过渡区域。本设计方案通过对各项技术参数分析计算，搅拌桩形成的防渗体的渗流、自身应力等均能满足规范要求，在技术上可应用于本工程。对本设计方案做了初步的设计概算，当采用水泥搅拌桩防渗时，新筑堤防防渗方案综合造价约为560元/m。3、粘土心墙设计方案简述粘土心墙设计方案依据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），心墙顶宽设计为1.0m，心墙断面为正梯形，心墙顶部至基础逐渐加宽，两侧坡率采用1:0.3，心墙顶部高程高于设计水位500mm。粘土心墙设计深入相对不透水层1.0m。心墙与相对不透水层基础之间采用500mm厚粘土作为过渡面，防止接触面的渗流冲涮。心墙两侧均采用反滤层，反滤层采用级配良好的砂石，两侧厚度均为800mm。防止心墙土粒被渗水带走，保证防渗体的稳定。粘土心墙设计渗透系数为3.28×10-7cm/s～2.18×10-5cm/s之间。平均渗透系数为2.35×10-6cm/s，满足作为心墙填筑材料的要求。本设计方案通过对各项技术参数分析计算，渗流坡降、堤防稳定等均符合堤防安全要求。通过分析技术上可应用于本工程。对本设计方案做了初步的设计概算，当采用粘土心墙防渗时，新筑堤防防渗方案综合造价约为450元/m。三、各方案在本工程中的优选论述1、沥青混凝土心墙在本工程中的优缺点1.1、沥青混凝土心墙的优点（1）沥青混凝土在施工过程中可以快速铺筑，节省施工时间，同时还可以快速起到防渗作用，使工程达到立竿见影的效果。（2）沥青混凝土心墙能适应季节变化，即使在冬期采取简单措施就可以正常施工，对工程的工期影响可以降到最低。（3）由于沥青混凝土心墙在堤防内部，水流、冰冻、风浪、人为破坏等各种外在环境影响对心墙的不利影响几乎可以忽略。1.2、沥青混凝土心墙的缺点（1）沥青混凝土虽在堤防内部，但沥青混凝土温度稳定性较弱，在温度变化较为强烈时有产生贯穿性裂缝的可能。（2）堤防与沥青混凝土的连接部位可能会产生不均匀沉降，可能会造成沥青混凝土心墙断裂或者塌坑。（3）沥青混凝土施工所需要的施工机械一般为专门的施工机具和相应的专业队伍。在国内相应的专业与国际相比较还相对落后。（4）由于其对施工机具和施工队伍的要求较高，同时其原料也比较昂贵，采用沥青混凝土心墙施工时造价非常高。2、水泥搅拌桩在本工程中的优缺点2.1、水泥搅拌桩的优点（1）水泥搅拌桩在工程上使用比较悠久，随着现代施工机具的快速发展，水泥搅拌桩施工工艺也已经非常成熟。（2）搅拌桩防渗技术在隐蔽工程中的使用则更为广泛，可以在不破坏原有工程的前提下实现工程的防渗效果。此种防渗方式在长江大堤的加固上已经得到了广泛的应用。（3）水泥搅拌桩在工程施工中施工速度快、不污染、造价低廉。2.2、水泥搅拌桩的缺点（1）水泥搅拌桩用来作为防渗工程时，其对工程的施工技术要求比较严格，尤其是搅拌桩的垂直度必须严格按照规范要求控制，但目前施工基本上还是采用人为方式定位设备的垂直度，精度难以达到要求。（2）水泥搅拌桩在施工过程中易出现断桩情况，且断桩部位均在隐蔽部位，不宜被发现，当桩出现断桩时，势必造成防渗体的渗透问题。（3）现阶段对水泥搅拌桩防渗体的检测手段不成熟，尤其是桩与桩之间的搭接质量没有精确的检测方法，对工程的防渗形成不小的隐患。3、粘土心墙在本工程中的优缺点3.1、粘土心墙的优点（1）新筑堤防的基础并非岩石地基，基础可能存在不均匀沉降，粘土心墙恰好比较适应这种地基的情形，在地基产生不均匀沉降时依然可以保证防渗体的有效性和安全性。（2）粘土心墙防渗材料采用粘土，对周边环境和地下水交“友好”，不会对周边环境造成污染。（3）粘土心墙在新筑堤防内部，外界环境对心墙不宜造成影响，从而保证了心墙的稳定性。（4）在堤防填筑时，心墙即可同步施工，对堤防施工影响较小，且心墙原料来源充足，购买也较为廉价。3.2、粘土心墙的缺点（1）心墙在施工的过程中应分层压实，压实度要求较高，施工质量要求较高。（2）堤防周边应做好防白蚁措施，防止蚁蛀心墙。四、方案优选结论通过以上对各方案优缺点、适应性和经济性的对比，粘土心墙具备沥青混凝土和水泥搅拌桩的大部分优点，粘土心墙还具有其特有的能够充分适应本工程中可能存在的地基不均匀沉降问题。粘土心墙可以和新筑堤防同步施工，较之水泥搅拌桩等堤防施工完毕才能施工，要节约大量的工期。同时粘土心墙在这三个方案中的造价也最为廉价。综合对比之后粘土心墙更具适应性。因此本工程采用粘土心墙作为新筑堤防的防渗处理的最优方案。参考文献：【1】阿不力米提,曲苓.恰甫其海粘土心墙坝的材料选择及结构设计[J].水利技术监督2008年第04期【2】杜振坤,贾金生,陈肖蕾.水工沥青混凝土防渗技术发展与应用[J].水利规划与设计2007年第06期【3】聂雪锦.浅谈沥青混凝土的优缺点[J].内蒙古水利2011年05期【4】施瑞庭,卢剑梅,李仲梅.老君山水库粘土心墙堆石坝设计[J].云南水力发电2010年02期【5】曲苓,阿不力米提,王迎春.某工程粘土心墙坝高水位运行三年坝体工程性态评价[J].水利规划与设计2008年第06期【6】陈华俊.关于红岩水库粘土心墙石碴拦河坝设计探讨[J].水利技术监督2011年第02期【7】韦宏奎.混凝土搅拌桩防渗墙在水库围坝防渗中的应用[J].现代物业(上旬刊),2015年06期