粘土心墙在海塘中的应用

粘土心墙在海塘中的应用

朱子云陈承浩万伟石圣

温州市水利电力勘测设计院浙江省温州市325009

摘要：七都岛北堤和西堤全长6131.1m，于2006年经省水利厅批准建设，原施工图明确回填土采用粉细砂土，控制粘粒含量不大于15%，渗透系数≤1×10-4cm/s。施工中受回填料条件限制，堤身主体回填料为天然吹砂，吹砂料透水性强，渗透系数达不到设计要求，为提高堤身土体抗渗能力，经参建各方共同研究，决定施工时在堤身中增加粘土心墙，以确保堤身渗透稳定。

关键词：七都岛标准堤；吹填砂；变更；粘土心墙；渗透稳定

粘土心墙是一类广泛应用于大坝工程中的防渗结构，具有造价经济、防渗性好等诸多优点。在海塘工程中，由于沿海地区闭气土料的缺乏，也可采用粘土心墙结构进行防渗闭气，往往取得较好的效果。

1工程概况

七都岛位于瓯江江心，与温州市杨府山、经济技术开发区和永嘉县乌牛码道隔江相望，四面环江，平面形状呈菱形，全岛陆域面积为12.75km2，东西两端长约6km，南北宽约2.5km，环岛沿江岸线长17.8km。七都岛北堤和西堤全长6131.1m，于2006年经省水利厅批准建设，共分为5个标段。北堤位于东江沙～老涂北～三十段，设2个标段；西堤位于七都岛西端头，设3个标段。

2水文地质概况

瓯江河口属强潮河口，潮差大，潮汐属正规半日潮，一日两高两低，落潮历时大于涨潮历时。根据实测龙湾站资料表明，多年平均高潮位2.58m，多年平均低潮位-1.92m，平均潮位0.36m。

七都环岛标准堤地质条件划分为5个区，北堤位于a区和b区，西堤位于a区和e区，地基土划分为7个层次，自上而下分别为：杂填土、粘土、淤泥质粉质粘土、细砂混淤泥、淤泥质粘土、粘土、细砂混淤泥、淤泥质粘土。

3原设计情况

一、工程等级及设计标准

北堤和西堤工程等别为Ⅱ等，主要建筑物标准堤、水闸级别为2级，堤顶高程和断面结构按防洪100年一遇设计，允许堤顶部分越浪，并控制越浪量。

二、堤身断面型式简介

设计推荐采用了半框架半实填式和全实填式2种断面型式。半框架半实填式结构安全可靠，抗冲刷能力强，适用于主冲刷和低滩堤段；全实填结合标准堤具体平面布置，北堤和西堤有5种断面结构，平面上交叉布置，有较强的立体感和层次感。

4施工情况

原施工图明确回填土采用粉细砂土，控制粘粒含量不大于15%，渗透系数≤1×10-4cm/s。施工中受回填料条件限制，堤身主体回填料为天然吹砂，实际吹砂料透水性较强，渗透系数为3.2×10-3cm/s，吹填砂渗透系数比原设计要求大约32倍，达不到设计要求，同时《堤防工程设计规范》9.1.2条规定“当堤身、堤基土渗透系数大于或等于1×10-3cm/s时，应计算渗流量”。

随后设计根据实际情况对堤身渗透稳定进行了复核，在使用天然吹砂料的情况下，工程所需的土地报征手续已完成，加宽堤身断面意味着重大设计变更，需报省水利厅重新批准，前期完成的各项专题也需重新报批，耗费时间太长，投资增加较多，考虑到工程已开工，加宽断面方案为不可行。

5渗透稳定复核

根据施工典型断面，设计对堤身渗透稳定进行了复核。

5.1渗流计算依据

吹填砂

吹填砂按粉砂考虑，根据《海堤工程设计规范》（SL435-2008），无试验资料时，无粘性土的允许坡降参照规范表10.1.9选用，吹填砂取值范围为0.15～0.25。根据《水闸设计规范》（SL265-2001）表6.0.4，闸基础为粉砂时，出口段允许渗流坡降值范围为0.25～0.30。结合本工程实际情况，本次吹填砂允许坡降取0.20。

5.2渗流计算方法

根据《温州市七都岛防洪堤土工试验成果总表》，施工回填粘土垂直渗透系数为1.16×10-5～6.55×10-8cm/s，本次根据不同桩号采取相应渗流参数，施工吹填砂垂直渗透系数统一取3.2×10-3cm/s。

根据工程地质勘察报告，堤塘基础为深厚软土，场地10～15m深度范围内分布有软弱淤泥、软粘土。渗流按不透水地基进行计算，计算软件采用为河海水工结构计算软件AutoBANK5.6（渗流计算）。

5.3渗流计算工况

根据《海堤工程设计规范》（SL435-2008），受潮水影响较大的海堤应计算“临海侧为设计潮位或台风期大潮平均高潮位，背海侧为相应水位、低水位或无水；潮位降落时对临海侧堤坡稳定最不利的情况”的水位组合。

结合本工程实际情况，本次渗流计算水位组合如下：临海侧100年一遇设计潮位5.62m+背海侧地下水位2.20m。

5.4渗流稳定计算结果

经计算，渗流稳定计算成果详见表1。

北段标准堤工程渗流计算成果表

本工程各断面渗流出逸坡降为0.06～0.37，均小于出逸允许比降0.43～0.51，单宽渗流量为2.78×10-7～9.28×10-10m3/s，渗流量较小，符合设计要求。

6结论

七度岛标准堤为框架与实填结合的堤塘型式，原施工图明确回填土采用粉细砂土，控制粘粒含量不大于15%，渗透系数≤1×10-4cm/s。施工中受回填料条件限制，堤身主体回填料为天然吹砂，吹砂料透水性强，渗透系数达不到设计要求，粘土心墙是一类广泛应用于大坝工程中的防渗结构，具有造价经济、防渗性好等诸多优点。根据计算情况，结合竣工后的观测情况来看，粘土心墙较好地完成了堤身防渗闭气的要求，七都岛标准堤总体渗透稳定。目前该工程已竣工，从现场实际检查情况来看，未发现渗透破坏现象，堤身结构完好，在缺乏闭气土料的沿海地区应用粘土心墙是成功的。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准.堤防工程设计规范GB50286-2013.中华人民共和国水利部主编.中华人民共和国住房与城乡建设部批准.2013

[2]白永年等.中国堤坝防渗加固新技术.北京：中国水利水电出版社，2001

[3]牛运光.土坝安全与加固.北京：中国水利水电出版社，1998

[4][美]K.太沙基著.理论土力学.徐志英译.北京：地质出版社，1960

[5]水利部水利水电规划设计总院.水工设计手册（第2版）第6卷土石坝.北京：中国水利水电出版社，2014