高沙土地区河道施工围堰防渗处理方案探讨

王 玉张晓松李 辉

（1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225127；2.江苏省工程勘测研究院有限责任公司，江苏扬州 225002）

1 基本情况

1.1 工程概况

泰州引江河是国家南水北调东线工程第一梯级宝应站补水的骨干输水河道，也是江苏省苏北东部地区引江供水的两大引水口门之一，上接长江，下接骨干输水干线新通扬运河，全长23.85 km，是一条以引水为主，灌、排、航综合利用，支撑苏北地区和沿海发展的大型水利基础设施工程，现状河道航道等级为Ⅲ级。

泰州引江河规划自流引江总规模600 m3/s，共分二期实施。一期工程按自流引江300 m3/s的规模完成河道工程，按自流引江600 m3/s的最终规模完成高港枢纽，工程于1999年9月完工并发挥效益；二期工程在一期工程基础上浚深，扩大自流引江能力至600 m3/s的最终规模。

泰州引江河第二期工程设计河道开挖河底高程为-6.0～-6.5 m，底宽为 70 m，边坡为 1∶3～1∶5，采用绞吸式挖泥船施工，疏浚总土方量约645.7万m3，可用的弃土用地仅229 hm2。由于疏浚土方量大、用地面积小，排泥高度高，堰基土质差，施工期防渗压力大，而施工期排泥场防渗处理是工程安全与顺利实施的一个重要保障。

1.2 土质情况

（1）河道沿线土质情况

河道沿线土质大致划分为淤土段、砂土段、粘土段三大地质段。其中，淤土段开挖层以②2层淤泥质粘性土为主，下伏②3上、②3下、②5层砂性土；砂土段开挖层以②3上、②3下层砂性土为主，局部涉及下伏的②5层砂性土；粘土段开挖层以③层粘性土为主，下伏④1层重粉质壤土层、④2层粉砂层。

（2）排泥场土质情况

河道疏浚排泥场布置在河道西侧一期工程已征堆土区顶部，一期已征堆土区表层主要以A层（粘土段）和B层（其余地质段）土为主。

A层土为重粉质壤土、粉质粘土局部杂砂壤土：天然含水率19.8%～37.5%，塑性指数 10.6～18.0，粘粒含量12.0%～39.2%，最优含水率14.2%～23.6%，渗透系数 1.2E-6～7.4E-5 cm/s；

B层土为粉质砂壤土，杂少量粉质粘土、壤土：天然含水率13.4%～23.4%，孔隙比0.53～0.91，粘粒含量0.5%～14.6%，最优含水率12.9%～18.3%，渗透系数 1.9E-5～1.9E-4 cm/s。

2 河道扩浚施工中的防渗问题

泰州市长江大道的建设占用了河道东侧堆土区，导致二期工程弃土用地异常紧张，使得排泥高度增加（最大排高达12 m），特别是长约10 km的砂土段，该段表层广泛分布B层土，厚度高达4.5～8.0 m，该层土以砂性土为主，渗透性较强，因此，施工期渗流稳定问题是保障工程顺利实施的关键性问题。采用有限元数值解的方法计算渗流出逸高度及出渗坡降，计算软件采用河海大学开发的《水工结构有限元分析系统AutoBank 5.0》。经渗流稳定计算，排泥场吹填过程中，会形成渗流破坏，19个排泥场中，仅4个排泥场渗流稳定是安全的，其余15个排泥场均有不同程度的渗流稳定问题。

3 施工期围堰防渗处理方案

3.1 采用防渗膜结合排水管的防渗处理方案（方案1）

工程施工期排泥场防渗处理常规的方法主要有铺膜和贴坡反滤两种：在排泥场内满铺防渗土工膜，能截断吹填水与周围土体的渗流通道，使出渗坡降大大减小，彻底解决渗流问题，但不利影响为施工期吹填区排水不畅、泥浆固结缓慢、不利于日后堆土区复耕；在排泥场外侧采用贴坡反滤，可提高允许坡降30%。因此，应尽可能采用铺膜和贴坡反滤的双重防渗措施，铺设部分防渗膜，增加渗径的同时预留渗水通道，在渗流出险部位贴坡反滤加快排水，并在排泥场内布置排水管，加快排除吹填区积渗水。

采用铺防渗膜结合排水管的防渗处理：在排泥场围堰内坡及内坡脚外30～50 m的范围内铺设防渗土工膜，增加渗径的同时预留渗水通道，在渗流出险部位贴坡反滤加快排水，并在二、三期围堰堰基处布设Φ10 cm透水软管，加快堰基土的固结速度。防渗处理方案见图1。

图1 采用全铺防渗膜结合排水管处理方案示意图

图2 砂土段排泥场排水系统布设示意图

3.2 采用快速泥水分离技术的防渗处理方案（方案2）

为尽量减少围堰级数、降低排泥高度，以确保工程施工期安全，工程施工前，分别选择了具有代表性的西9、西18排泥场，作为砂土段、粘土段的试验场地（布设的围堰高度为4.0 m）进行快速泥水分离技术现场试验，以获取有关实验资料，为河道施工期围堰防渗处理方案的选定提供有力的技术参数。

根据现场试验资料，采用快速泥水分离排水系统（沿排泥场周边布设不同间距垂直排水体排水盲沟+底部排水管+内坡透水土工垫），主要试验参数及优点如下：

砂土段排泥场可快速排出疏浚土中的大量水分，大幅度提高排泥场库容的利用率，使疏浚土松散系数降至1.06，24 h内疏浚土含水率可降至液限附近，排泥场围堰中基本不形成水头高度，吹填结束后1 d，排泥场承载力可达7 t；粘土段排泥场可大大加快排泥场表面水的排除速度，大幅度降低围堰内的浸润线高度，在8个月内排泥场的承载力能够达到6 t，满足人员和农用机械进入场地的承载力条件。因此，使用快速泥水分离技术可以大幅度提高排泥场库容的利用率，无需建设部分排泥场二期或三期施工围堰，不仅加快施工进度、降低施工难度，也大大降低了围堰的高度，保证了施工期围堰的稳定性。

（1）砂土段快速泥水分离排水系统布置方案

按照4倍水头高度布设快速泥水分离排水系统，需处理的排泥场共10个。对排泥高度大于6.0 m的6个排泥场拟采用二层快速泥水分离排水系统的处理方式，沿排泥场周边布置；第一层处理高度为3.5～4.5 m，第二层处理高度为2.5～3.0 m；对排泥高度小于6.0 m的4个排泥场拟采用一层快速泥水分离排水系统的处理方式，沿排泥场周边布设，排水系统布设见图2。

（2）粘土段快速泥水分离排水系统布置方案

按照削减堰内水头高度、确保围堰渗流稳定的原则布设快速泥水分离排水系统，需处理的排泥场共6个。排泥场优化调整后，粘土排泥场排泥高度均小于6.0 m，拟采用一层快速泥水分离排水系统的处理方式，沿排泥场西侧和退水口两侧布设，排水系统布设见图3。

3.3 方案1与方案2的投资对比分析

经比较，工程经采用快速泥水分离技术的防渗排水系统处理后，河道疏浚综合排泥高度降低0.48 m，排泥高度从方案1的10.71 m降至10.23 m；排泥场一期围堰填筑量减少8.7万m3，二、三期袋装土围堰填筑量减少28.8万m3，共节省工程直接投资约143万元。

工程投资对比见表1。

图3 粘土段排泥场排水系统布设示意图

表1 方案1与方案2工程投资对比表

4 结论及建议

经综合比较，泰州引江河河道施工期围堰防渗处理建议采用方案2，即快速泥水分离技术，不仅能快速排出排泥场表面水，提高排泥场有效容积率，还可降低排泥场围堰高度及地基承载力，提高围堰的渗流稳定，保证工程施工安全。目前，工程已全线开工建设，大部分河段施工已采用该方案。下阶段仍将根据工程实施情况，结合后期的测验数据对该方案不断进行细化和完善，并积累相关经验，以对今后类似高沙土地区河道的设计及施工起到很好的指导和借鉴作用。