江苏南四湖湖西大堤加固：保障湖区安全

一、 工程概况

南四湖是南水北调东线工程的蓄水工程，湖东为山前冲积平原，湖西为冲积平原。地势由两侧向南四湖倾斜，湖东地面高于湖西地面。由于湖西大堤施工质量及地质条件较差，存在堤身土质疏松、堤顶高程不足、堤基透水性强等问题，需要对原堤身堤基进行防渗加固和堤身加高处理，满足区域内防洪、排涝及南水北调的蓄水要求。本次加固工程位于南四湖上级湖，分布在江苏省沛县境内，自大沙河南堤向南至杨官屯河北堤，是湖西大堤的重要组成部分，全长8.1km。由于复堤（堤顶加高工程）先施工，给截渗加固施工增加了很多困难。

加固区堤防位于湖西冲积平原地貌单元，地面高程34～35m，地势较为平坦，堤外河流较多，大部分为东西向展布。根据地质资料，加固范围土层主要分为两层：①堤身填土：原堤顶高程38.0～38.5m，施工前复堤至堤顶高程40.30m，新近复堤土质为黄色粘土，粘粒含量较高，填筑密度大，含水量低，成团块结构，呈硬塑至坚硬状态。原堤身土为灰黄—棕黄色粉质粘土，局部混有轻粉质壤土和粉土，部堤段以轻粉质壤土为主，本层结构松散，土质不均，强度差异较大，稍湿，呈可塑—硬塑状，标贯击数为6～7击，渗透系数为A×10－4～A×10－6cm/s，底高程为34～35m；②堤基土：灰黄—青灰色轻粉质壤土，夹有粉质粘土，软塑—可塑状，标贯2～4 击，局部夹粉细砂，渗透系数为A×10－3 ～A×10－5cm/s，为弱—中等透水性，厚度3.0m左右，底部为重粉质壤土及粉质粘土，为弱—微透水性。

二、 设计参数

（1）墙体渗透系数K≤1×10－5cm/s；渗透破坏比降大于200；无侧限抗压强度不小于0.3MPa；加固剂采用425 号普通硅酸盐水泥。

（2）最小墙厚不小于120mm；有效墙顶高程37.7m，超喷0.5m，桩底高程30.0m，有效段复搅为底部3.0m，桩长8.2m。

施工前进行工艺设计与施工试验。根据设计参数、施工经验及土质情况试桩水泥掺入比为12%，按（1.3、1.5、1.7）∶1三种水灰比，2种施工参数共计6 种方案进行试验。每方案行5个单元，共施工30个单元，试验施工后经20天养护，再开挖观察（开挖深度为3～5m），1.7∶1 的水灰比截渗墙第一序桩质量较好，第二、第三序桩在上部粘土段桩周存在一层水泥浆，桩内为原状土，仅局部分布有水泥浆液；（1.3～1.5）∶1 水灰比桩体虽然无空桩现象，但仍存在搅拌不均匀，桩体中粘土呈斑状分布，但比1.7水灰比施工的截渗墙略好。选择1.3、1.5 两个水灰比条件，截取搅拌相对较好的水泥土送至试验室检测，虽然存在搅拌不均现象（特别是加固土体为粘土），但室内测试的渗透系数及强度指标均能满足设计要求。

经分析主要原因为堤身填土为第四系上更新统粘土、粉质粘土，粘性大，难以破碎，粘土经钻头切割后形成较大的块状，在块状与块状之间孔隙中的水泥浆在土中掺和不均，造成桩体之间水泥含量差异较大；成墙过程中成柱状的粘土粘附在钻头上，形成粘土团，针对上述问题，对施工工艺进行改进：钻头叶片增加，厚度减小，宽度变窄，增加叶片对粘土的搅拌次数及对粘土分层切割的能力，将土体切碎，改变叶片形状，使上下层叶片不处于同一螺旋轨迹，增加叶片对土体的切割破碎能力，同时防止钻头带泥；降低水灰比，加大浆液浓度，减小浆液流动性，使水泥充分依附于土中，防止浆液在墙体内（截渗槽中）无序流动。调整后参数为水泥掺入比12%，水灰比1.3∶1，下钻与提升主机采用Ⅱ～Ⅲ档，送浆采用Ⅰ档，孔口无返浆现象，开挖3.5m检查，开挖深度内水泥掺入较均匀，成墙效果较为理想。各项指标均能满足设计要求。

三、 施工及质量控制(www.xing528.com)

（1）测量放样。整个工程每100m为一个单元，共划分为81个单元，按各单元的控制点确定截渗墙的走向和施工面高程，控制好墙底和墙顶深度。单元内每20m设有一个控制点。控制点间施工放样采用钢卷尺桩位控制误差不大于5mm，钻头直径要严格控制在285mm±10mm的范围内，以确保墙体厚度，桩与桩搭接宽度不少于80mm，单元墙体之间搭接100mm。

（2）水灰比及浆量控制。水灰比控制在1.2∶1～1.4∶1，即浆液重度控制在1.393～1.444g/cm3 之间，喷浆量最大误差不超过±5L/m。

四、 效果

（1）开挖观测。成墙15 天后，经现场开挖检查，成墙效果良好，墙体搭接连续，墙体颜色均匀，且墙体最小厚度均大于设计要求的120mm。桩体搭接连续，形成了一道完整、连续、坚固的防渗墙体。

（2）压水试验。为检测搅拌桩截渗墙的效果，在墙体（身）进行了注水试验，在墙体中钻孔深度7.5m（墙底高程以上1.0m以上段）内进行连续注水，形成稳定的水位和注水量，压水试验按试验规程进行，稳定时间不少于5 小时。经现场两处钻孔压水试验，渗透系数为9.779×10－7cm/s和3.89×10－7cm/s，均小于1×10－5cm/s，满足设计要求。

（3）水泥土室内试验。施工结束后，用钻机取样送安徽省水利科学研究院试验室检测，水泥土室内试验渗透系数、破坏比降等指标，均能满足设计要求，比降等指标检测资料详见表6.1。

表6.1　施工后墙体水泥土室内试验参数