垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术在石栏洲堤岸加固工程中的应用.pdf

第11期2023年11月文章编号：16 7 3-9 0 0 0(2 0 2 3)11-0 16 7-0 2陕西水利Shaanxi Water ResourcesNo.11November,2023垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术在石栏洲堤岸加固工程中的应用陈剑铭（湖北建科国际工程有限公司岭南分公司，广东广州510 0 0 0）【摘要科学规划、精确设计和有效施工的堤岸加固工程，能够保障人民生命财产安全，促进可持续发展。以石栏洲堤岸加固工程为例，对三种不同加固方案对于石栏洲堤岸加固的优劣进行对比分析。结果表明，垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术在石栏洲堤岸加固工程中具有显著的应用优势。该技术不仅能够有效控制地下水位和减少渗水量，降低堤岸的渗透压力，还能够提高堤岸的抗滑性能，减少沉降量并增加其稳定性。可为类似工程提供借鉴。【关键词垂直铺塑；搅拌桩截渗墙技术；堤岸加固；工程应用中图分类号TV223.4+1文献标识码B随着城市发展和海岸线改造的需要，确保堤岸的稳定性和防渗效果变得至关重要。垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术通过形成连续的垂直桩体和注浆墙，既能够防止地下水的渗透，又增强了堤岸的抗滑性能，进而加固堤岸。在施工过程中，该技术具有灵活性高、施工周期短等诸多优势。1工程概况石栏洲海堤于19 9 3年修建，南起石栏洲，向北连接小香洲后，再向北延伸至现状海堤末端，总长336 6 m，堤顶设8 m宽抢险通道。工程堤线长度约为3.4km，距工程较近的水文站为横琴潮位站，该站位于磨刀门水道左岸，距离工程最北端约1km,1975年设立，观测至今，为国家站网基本测站。该工程地处南海之滨，北回归线以南，属亚热带海洋性季风气候，海洋对本地气候的调节作用十分明显，雨量充沛，受冬季寒潮及夏、秋季台风的影响。在2 0 0 8 年“黑格比”带来的狂风大浪对粤西沿海地区造成了严重的危害，石栏洲海堤也遭受了严重破坏。2 0 0 9 年，对珠海市横琴石栏洲水闸至小香洲海堤实施修复工程，总长约2 50 0 m。继而在2 0 17 年强台风“天鸽”在珠海金湾区沿海地区登陆，台风经过的广东中东部海面和南海北部海域出现了6.0 m10.0m的狂浪到狂涛。石栏洲海堤受本次风暴潮袭击受损严重，驱需重整加固。2堤岸加固方案确定为了修复石栏洲海堤受自然环境袭击的损伤和破坏，对堤岸进行加固修复，考虑了三种方案：方案一是采用复合土工布截渗施工进行处理；方案二是采用垂直铺塑加固；方案三是采用搅拌桩截渗墙技术。2.1方案一为了加固石栏洲海堤采用复合土工布截渗施工方法。该方法主要通过在堤坝内部或外部铺设复合土工布来增加土体的抗渗性和抗冲刷能力，从而提高堤岸的稳定性。首先需要对堤岸附近的土体进行清理和处理，移除杂物和松散土层。在清理后的土面上，铺设复合土工布。复合土工布需要使用铝合金钉、铆钉、螺栓或焊接等方式进行固定和连接，以确保其牢固性和稳定性。在复合土工布的表面可以覆盖一层适当的保护层，如经过处理的砂砾、石块等，以防止太阳光和其他外界因素对土工布的损害。2.2方案二垂直铺塑是一种常见的加固方法，通过在堤岸的表面垂直铺设塑料材料，提高堤岸的抗冲击和抗侵蚀能力。在进行铺塑前需要清理处理堤岸表面，确定垂直铺塑的高度和边界线，选择合适的塑料材料，沿着基准线从起点开始垂直铺设塑料材料，保持均匀的间隔和重叠长度，并使用固定装置将其固定在堤岸表面上，接头处进行特殊处理以确保密封和稳固，直至铺塑至终点后固定和连接最后一片塑料材料，进行整理和处理以保持铺塑面整齐和完好。完成后，需要定期巡查和维护，及时修复任何松脱、损坏或其他问题。2.3方案三拌桩截渗墙技术加固堤岸是通过在堤岸内部钻孔并搅拌灌注水泥浆体，形成连续的墙体结构，以提高堤岸的抗渗性能和稳定性。该技术包括勘察和设计，确定加固区域和长度，收稿日期2 0 2 3-0 7-10【作者简介陈剑铭（19 8 7-），男，广东广州人，工程师，主要从事水利工程设计工作。167第11期2023 年11 月准备施工设备和材料，进行预先钻孔，使用搅拌桩机进行搅拌灌注，形成连续的墙体结构，控制搅拌桩的实施顺序和密度，修整墙体表面，最后进行后期维护。在施工过程中，需按照设计要求和相关规范进行操作，并进行必要的维护工作，（1）施工相对简单，只需要将布料铺设在堤岸表面，并进行固定，水流速度的情况，可能无法提供足够的防护效果。不需要复杂的机械和设备。方案一（2）复合土工布材料价格较低，施工成本相对较低，可以在一定期检查和更换。程度上降低工程造价。（3）相比其他加固方法，复合土工布施工时间相对较短。（1）垂直铺塑方法相对简单，可以快速进行（2）垂直铺塑方法可以节省一定的材料成本。方案二（3）垂直铺塑方法适用于各种地形和土壤条件。无论是平地、斜坡还是不规则地形，都可以采用垂直铺塑方法进行施工。（1）拌桩截渗墙技术可有效地提高堤岸的稳定性和抗冲刷能力，增加土体的整体强度和抗滑性。方案三（2）可以有效地控制地下水位，减少渗水量，并防止水土流失。（3）相对于其他加固方法，拌桩截渗墙技术施工速度较快，可缩短整个工程的时间。综合考虑石栏洲海堤加固工程的实际情况、施工成本、施工周期及工程的适用性，我们选择了第二种方案和第三种方案同时对堤岸进行加固，即垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术。3相关计算3.1稳定计算稳定渗流期采用有效应力法，施工期、水位降落期、地震工况的计算都采用总应力法。稳定渗流期的指标应采用有效指标，排水固结处理区的软土采用CU（固结不排水）的有效指标，没有处理的软土区取三轴UU(不固结不排水)指标。施工期与水位降落期、地震工况的总应力指标区别在于施工期用的是不固结不排水指标，而水位降落期、地震工况用的是固结不排水指标。考虑到施工时，排水板是先行施打的，因此，对于施工期排水固结区的软土指标仍然选用了一定固结度下的不排水指标。其抗拉强度计算公式如下T.=FiDFaRFoDFD式中：T.为材料的许可抗拉强度,kN/m；T 为极限抗拉强度,kN/m；Fip 为考虑铺设时机械破坏影响系数；Fc为考虑材料蠕变影响系数；Fcp为考虑化学剂破坏影响系数；Fi为考虑生物破坏影响系数。结果见表2。表2 石栏洲海堤抗滑稳定计算结果表代表水位施工序号范围1K0+226KO+000背海坡1.383K1+976临海坡1.5932K1+226背海坡1.350K2+276临海坡1.5193K2+526K3+366背海坡1.374:168陕西水利Shaanxi WaterResources以确保堤岸加固效果的长期稳定和安全性。2.4方案确定上述三种方案各有优缺点，详细分析见表1。表1堤岸加固方案优缺点对比优点（1）复合土工布相对较薄，抗冲刷能力有限。对于强冲击力或高（2）复合土工布的使用寿命一般较短，通常为10 2 0 年，需要定（3）复合土工布需要铺设在平整、坚实的基础上，否则可能会影响其固定和防护效果。如果堤岸基础较差，可能需要进行填筑和加固。（1）一旦塑料管道安装完成并且混凝土浇筑完成，更换或修理管道将非常困难。（2）垂直铺塑方法适用于短距离管道安装，对于较长的管道来说，可能不太实用。（3）垂直铺塑方法的施工深度通常受限于土壤条件和管道的直径。可能需要采用其他方法或措施来满足深度要求。（1）需要特定的设备和材料和精确的施工工艺施工成本较高。（2）施工过程中需要足够的工作空间来进行桩混浆的注人和形成墙体。（3）在施工过程中，会产生一定的噪音、振动和土壤的破坏等对环境造成的影响。由表2 可知，进行加固措施后堤岸的稳定性和抗滑性均较好，工程在承载力和稳定性方面满足设计要求。考虑到堤岸的几何特征和土体力学性质，可以确定最佳的断面形状，以提供足够的抗滑稳定性。3.2沉降计算其沉降计算公式如下：S=mZ1+elih由于堤段较长，根据不同堤段的地面情况、地质情况及边界条件，拟将堤身进行如下分段并选取相应有代表性的计算断面，在堤坝沉降计算时按50 年设计基准期计算。该工程基础普遍为较深厚淤泥层较软弱，综合考虑次计算取沉降修正系数为1.4。其计算结果见表3。表3沉降计算成果表计算最终竣工1序T桩号分段号1K0+000K0+5262K0+526K1+4263K1+426K1+9764K2+326K2+8265K2+826K3+366由表3可知，堤岸的各断面的填筑高度、最终沉降量、竣工期沉降、基准期内残余沉降、基准期结束时沉降结果均在设计坡面断面运行降落期临海坡1.7491.3611.2321.1451.2961.1411.3361.2211.1651.4011.2431.3321.3931.274No.11November,2023缺点eli-e2i计算桩填筑沉降期沉号残余束时长度高度量降沉降沉降K0+1263.51.2991.0930.1071.200526K1+2263.51.1590.8940.1391.023900K1+7263.51.0020.7280.1230.8525505K2+6264.51.5111.2680.16331.431500K3+3264.51.647 1.393 0.179地震规范之内，且沉降量较小且均匀，满足设计要求和规范，在安1.2691.120(2)单位：m基准基准期内期结堤段91.562540全和使用范围之内。表明加固优化后的堤岸结构稳定且安全。4垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术的优势采用垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术进行堤岸加固，在石（下转第17 1页）第11期2023年11月式中：hm为平均波高,m；T m为平均波周期,s；W 为设计风速，m/s,取2 0 m/s；D 为风区长度,m；H m为水域平均深度，m；g为重力加速度，取9.8 m/s。2）平均波长可按式（4)计算。gT.Lmtanh(2元式中：Lm为平均波长,m；H 为坝迎水面前水深,m。3）正向来波在单坡上的平均波浪爬高可按式（5）计算。当m=1.55.0时：Rm=V1+m容积底长底宽顶长顶宽池深水深水面长坡比序号蓄水池名称万mmmmmmm1东滩1#调蓄水池7.627030318782东滩2#调蓄水池7.832024368723拓寨调蓄水池6.4130601781084.2蓄水池防渗结构设计(1)地基处理依据湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2018）、蓄水池土层湿陷性计算评价表，通过计算，最终确定东滩1#、2#调蓄水池坝基翻夯深度为2.5m，拓寨1#调蓄水池坝基翻夯深度为3.5m。坝体填土含水率应按最优含水率控制，允许偏差为3%，要求填筑及翻夯压实系数为0.9 7。图1施工及检测图（2）蓄水池池底防渗结构蓄水池池底防渗结构形式为土料结构和复合土工膜。池底从上至下依次铺设6 0 0 mm厚素土，聚乙烯复合土工膜(200g/m0.5mm200g/m),2500/3500mm素翻夯。（3）蓄水池边坡防渗结构调蓄水池坡面防渗均采用土料（砂砾石、碎石）+复核土工膜结构型式，即内坡从上至下依次为10 0 mm厚破碎石（粒陕西水利Shaanxi WaterResourcesT,=-4.438h,05(3)2元H(4)mK.KwhuLmNo.11November,2023式中：Rm为平均波浪爬高,m；m为坡度系数,m=cot（为坡角）；K为斜坡的糙率渗透性系数，根据护面类型由小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范（SL189-2013）表A.1.6-1查得，取0.6；K为经验系数，由小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范（SL189-2013）表A.1.6-2查得，取1.19 6。4）波浪爬高R可由平均爬高与坝迎水面前水深的比值hm/H按小型水利水电工程碾压式土石坝设计规范（SL189-2013）表A.1.7规定的系数计算求得，根据计算2 座调蓄(5)水池hm/H均小于0.1,R/Rm值取1.8 4。表2 调蓄水池设计断面尺寸表池底设计水波浪爬安全计算水面设计水面池顶高程位高程高/R超高以上超高以上超高高程mm65.2311.665.2361.665.2171.6径40 mm60mm）、10 0 mm厚砂砾石（粒径10 mm20mm）、400mm厚素土、聚乙烯复合土工膜（2 0 0 g/m0.5mm200g/m),2500/3500mm素土翻夯。（4）进出水建筑物调蓄水池进水建筑物均采用进水涵洞、进水陡坡、消力池、散水结构形式。进水涵洞设计为C25钢筋混凝土盖板涵型式，底板厚0.2 0 m、侧墙厚0.2 m、盖板厚0.2 m，涵洞净空为0.5m、净宽0.8 m、长5m；进水陡坡设计为C25钢筋混凝土直流槽形式，消力池设计为C25钢筋混凝土消力池，底板厚0.2 5m，侧墙厚0.2 m,深度为0.5m；消力池周边设1m宽，0.2 m厚强度等级为C20混凝土散水。5结语设计经多方案比选，确定了适合湿陷性黄土地基蓄水池建设的结构型式及基础处理方法，同时运用理正软件，对蓄水池施工期、正常运行、正常运行加地震三种工况下坝体渗流稳定（达西定律）和坝体稳定（瑞典圆弧法、简化毕肖普法）进行了试算，确定了坝体最优结构尺寸，使得蓄水池在保障安全运行的前提下投资最合理，效益最大化。m417311736.20.32417071712.20.34417321737.20.28m0.50.50.5mm0.820.840.78m0.817370.817130.81738m（上接第16 8 页）栏洲堤岸加固中有显著的应用优势，包括防渗效果好、抗滑性能提升、施工灵活性高、施工周期短和经济性较优等。即能够有效地抑制地下水的渗透，从而提供良好的防渗效果。通过在石栏洲堤岸内部形成连续的垂直桩体和注浆墙，有效隔离地下水的流动，减少水的渗透，降低渗透压力，增加了土壤的抗剪强度，并能够抵抗外部水压力的作用，提高了堤岸的稳定性，降低了滑移风险。还有很重要的一点是该技术可以适应不同地质条件和工程需求，可根据具体情况选择桩体的布置密度、注浆材料和工作方式。施工过程中可以根据需要进行实时调整和优化，以适应工程环境变化的。5结语垂直铺塑及搅拌桩截渗墙技术在石栏洲堤岸加固工程中的应用可为类似工程的规划和设计提供有益借鉴和启示。通过持续的研究和实践探索，可以进一步完善和优化堤岸加固工程质量，以应对日益严峻的自然灾害和城市发展需求，实现可持续的水利工程建设和社会发展目标。.171