马斐
上海浦河工程设计有限公司 上海市普陀区 200333
摘要：因八滧港南闸改造工程位于崇明区软土地基之上，闸基土以砂质粉土及粘质粉土为主，属透水且易产生渗透变形。在水闸内外河水头差作用下，水闸闸基可能产生滑移及渗透变形。因此水闸必须采取渗流控制措施，结合工程特点及难点，经过对多种方案对比分析和计算分析最终确定水闸防渗体结构。
关键词：软土地基、水闸防渗体结构、水闸渗流控制
1、引言
八滧港南闸改造工程位于八滧港与长江口向北300m处，崇明区自唐至明末因长江流域水土流失，江水富沙，泥沙沉积成大沙岛；后经逐渐淤积发展至今，形成崇明岛以粉砂和黏土质粉土组成的土层结构。在此种地基上新建水闸工程，若防渗体的结构未达要求，将影响闸室的抗滑稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定，引起地基渗透变形，造成地基受到破坏。为保证水闸安全，应选择合适防渗形式，构建封闭的防渗体系。
2、新建水闸概况
水闸按外河水位200年一遇6.21m，内河高水位3.0m设计，拆除老闸并新建三孔20米节制闸1座。水闸布置在现状码头及上游支河口之间，顺水流方向长222m，现状两侧为崇明区一线海塘，垂直水流方向22m。实施工期为1年。详见下图：
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水闸平面布置图
3、问题及难点分析
3.1工程地质分析
根据地质勘探资料，基础浅部地层主要为①1层杂填土、①2层浜土、①3层吹填土、②1层粘质粉土夹粉质粘土、②3-1层砂质粉土、②3-2层粘质粉土夹淤泥质粉质粘土和②3-3层粉砂，均以粉性土为主。水闸闸基位于②3-1层灰色砂质粉土，因此在内外河道水头差的作用下，水闸闸基土将产生渗漏及渗透变形等问题。
3.2工程特点与难点
（1）水闸内河水位不断变化，同时外河侧潮位每日潮位涨落变化两次，因此在水闸挡水过程中，即会发生内河向外河侧渗流，也会发生外河侧向内河侧的渗流，水闸的防渗结构应能防止双向防渗破坏。
（2）在水闸工程范围内，地基分布20~30m的软土地基上，水闸施工期及运行期沉降量较大。要保证水闸施工后运行期内防渗结构体的防渗效果，防渗结构体需适应闸体变形。在水闸结构发生大幅沉降后，也能保证防渗结构的完整性。
（3）本水闸是在拆除老闸后，实施新的水闸，采用SMW桩加型钢对撑的支护结构，现场施工场地狭小，空间受限，防渗结构施工只能采用小型机械施工。
4、防渗方案比选
4.1渗流防渗常用措施
水闸的防渗处理一般遵循上堵下排水，基本就是“铺、截、排”。
（1）铺为铺盖，铺盖及主要为了延长渗泾，采用材料应具有相对的不透水性，为了能适应地基变形，也要具有一定的柔性，水闸铺盖常采用钢筋混凝土作为材料。
（2）截主要为垂直防渗体，如齿墙、板桩、防渗墙、防渗体直接截断透水层插入不透水层，若不透水层很深无法插入不透水层，垂直防渗体按延长渗泾考虑，满足防渗要求即可。
（3）排为水闸上下游排水及反滤。排水一般在渗流出口附近做好反滤，采用粒径的碎石垫层和土工布平铺在护坦及浆砌块石海漫段的底部或深入底板下游齿强前。
工程受限于上码头及支河口的限制铺盖布置范围有限，上下游均布置反滤，经过计算依然无法满足防渗要求，需增加垂直防渗体结构形成以“堵”为主，以排为“辅”的封闭防渗体系。
4.2垂直防渗加固措施分析
目前上海地区采用的垂直防渗体，主要采用以下几种施工工艺为主：
（1）水泥土搅拌桩防渗墙，水泥土搅拌桩是一种利用水泥作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、不透水性的连续墙的工艺。因施工机械的不同和水泥掺量的不同分为单轴、双轴、三轴搅拌桩。
（2）换填成墙，是一种利用抓斗开挖法、射水法、垂直铺塑法、锯（拉）槽法等施工工艺将需防渗结构周边开挖成槽，再填筑或浇筑塑性混凝土或其他防渗材料形成整体防渗结构。
（3）高压旋喷桩成墙是以高压旋转的喷嘴自下而上连续作业将水泥浆喷入土层与土体混合，形成连续搭接的水泥加固体。高压旋喷桩喷头可分单嘴、双嘴和多嘴。按照喷射方式分为旋喷、弧喷、拱喷、摆喷。
（4）压密注浆成墙，压密注浆指用很稠的浆液灌入事先在地基土内钻进的孔中并挤向土体，在注浆处形成浆泡，浆液的扩散对周围的土体产生压缩。浆体完全取代了注浆范围的土体，在注浆邻近区存在大的塑性变形区，离浆泡较远的区域土体发生弹性变形，因而土的密度明显增加，浆体固结后与土体形成完整防渗墙体。
（5）板桩是指打（振）入地基内以抵抗水平方向的压力及水压力的板型桩。根据板桩的材质不同，一般有木板状、钢板桩和钢筋混凝土板桩。因耐久性及防腐蚀性，防渗结构常用为钢筋混凝土板桩。钢筋混凝土板桩常采用矩形截面槽榫结合形式，桩尖部分做成三面斜坡以利于打入并使桩能挤紧。这种板桩的槽和榫不能做到全长紧密接合，两块板桩合扰后形成孔洞，孔洞内可压水泥浆等填塞形成紧密的防渗墙体。
4.3项目渗流控制方案
因本工程采用的是工法桩支护，无法采用挤土桩板桩，防止因板桩施工造成支护变形，影响施工安全；因支护采用垂直支护及水平横撑高度受限，搅拌桩机械较大，无法进行施工；因水闸仅有一年的施工工期，工期紧张，压密注浆及换填工艺，防渗墙墙体成型时间较长，质量控制较难，检测只能通过注水试验进行检测，检测时间长，综合以上因素，因高压旋喷桩成墙工艺，施工速度快，施工机械小，对周边环境影响的特点，经过综合分析选择高压旋喷桩成墙工艺作为本次八滧港水闸工程防渗结构体。
根据《水闸设计规范》（SL265-2016），采用改进阻力系数法水闸抗渗稳定进行复核计算，闸底板基建面主要坐落于②3-2灰色砂质粉土层。查阅相关规范，闸基水平段和出口段的渗流坡降值分别可取0.15～0.25和0.40～0.50。经复核计算结果如下表，当水闸闸室下采用10m长的高压旋喷桩时间，闸基水平段和进出口段、闸室侧向绕渗的渗流坡降值均小于规范允许渗流坡降值，闸基抗渗稳定满足规范要求。
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5、结语
为解决八滧港水闸改造工程防渗结构体设计的问题，本文根据水闸结构及闸基的地质条件，结合工程特点及渗流控制要求，对多种技术方案进行对比，最终选择高压旋喷桩形成防渗墙的方案，并根据计算确定防渗墙体的最终结构和施工参数，为类似工程提供参考。