堤防滲透變形成因分析及加固處理措施

何艷華

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)分院，安徽蚌埠233000)）

堤防滲透變形成因分析及加固處理措施

何艷華*

（安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)分院，安徽蚌埠233000)）

對(duì)堤防所發(fā)生的滲透破壞成因進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，對(duì)堤防滲透破壞進(jìn)行了分類，并對(duì)不同滲透破壞類型提出了相應(yīng)的加固處理措施。

堤防滲透變形成因；分類；加固處理措施

1　概述

1991年淮河流域發(fā)生百年一遇大洪水，1998年長(zhǎng)江、松花江發(fā)生特大洪水，長(zhǎng)江干流九江段發(fā)生決堤險(xiǎn)情，2008年安徽滁河發(fā)生歷史第二大洪水，2010年6月江西撫河干流右岸唱?jiǎng)P堤段發(fā)生潰堤，2010年7月11日安徽桐城大沙河青草段發(fā)生崩岸、潰堤，損失十分慘重。在“98大洪水”過后，我國(guó)掀起了一輪治理江河、湖泊、大中型水庫的新高潮。根據(jù)這些年來的汛期抗洪搶險(xiǎn)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)堤防由于滲透變形而導(dǎo)致的險(xiǎn)情約占據(jù)了60%～70%，可見堤防滲透變形破壞是非常普遍的，而且此類險(xiǎn)情形成原因復(fù)雜，治愈難度較大。本文就此針對(duì)堤防滲透變形成因進(jìn)行分析、分類，并針對(duì)不同的滲透破壞提出了加固處理措施。

2　堤防滲透變形的成因分析和分類

2.1堤身滲透變形的成因分析和分類

堤身的滲透變形類型主要有滲水（散浸）造成的堤坡沖刷、堤身漏洞以及堤身接觸沖刷。

（1）堤坡沖刷就是背水側(cè)堤坡的出逸坡降大于允許比降而產(chǎn)生的滲透破壞或由于滲水集中造成對(duì)出水點(diǎn)以下的坡面產(chǎn)生水流沖刷。主要成因在于：①堤身斷面寬度不足，堤坡偏陡；②堤身透水性強(qiáng)，或填筑層面未處理好，導(dǎo)致堤身水平向滲透系數(shù)偏大；③新老堤身、堤段施工接頭處存在薄弱結(jié)合面，如清基不徹底或根本未清基以及堤段結(jié)合部未進(jìn)行壓實(shí)等。

（2）堤身漏洞就是堤防背水坡或堤腳附近出現(xiàn)橫貫堤身的流水孔洞。由于漏水洞中集中水流對(duì)土體的沖刷力很強(qiáng)，往往險(xiǎn)情發(fā)展很快，因此危害性很大，俗話說“千里長(zhǎng)堤，潰于蟻穴”就是這個(gè)道理。產(chǎn)生堤身漏洞的主要原因有：①堤身填筑質(zhì)量差，土料含砂量高，有機(jī)質(zhì)多；②有生物洞穴或其它易腐爛的物料以及其它隱患如存在未清理的舊涵洞、坑窖、棺木等。

（3）集中滲流產(chǎn)生的堤身接觸沖刷。主要成因有；①堤身以及穿堤建筑物與堤身間出現(xiàn)橫向貫穿裂縫；②新老堤身結(jié)合面未清基或清基不徹底；③堤防分段建設(shè)的結(jié)合部填筑密度低等。

2.2堤基滲透變形的成因分析和分類

堤基滲透破壞產(chǎn)生的成因主要為：隨著汛期水位的逐漸升高，背水側(cè)堤基的滲透出逸比降增大，當(dāng)出逸比降超過堤基的抗?jié)B臨界比降時(shí)，產(chǎn)生滲透破壞。滲透破壞首先在堤基的薄弱位置出現(xiàn)，如背水側(cè)的坑塘或表土層較薄的部位。堤基的滲透破壞常表現(xiàn)為泡泉、沙沸、土層隆起、浮動(dòng)、膨脹、斷裂等。

根據(jù)《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》GB50487-2008附錄G，堤基滲透破壞主要有4種類型，即流土、管涌、接觸沖刷以及接觸流失。粘性土一般發(fā)生流土、接觸沖刷、接觸流失3種破壞形式、而無粘性土除以上3種破壞形式外，還發(fā)生管涌破壞。堤基發(fā)生滲透破壞的類型判別參見表1，從表1中可見，管涌和流土發(fā)生在單一結(jié)構(gòu)堤基中，在堤防的滲透破壞中最為常見，而接觸沖刷以及接觸流失發(fā)生在雙層或多層結(jié)構(gòu)堤基中，當(dāng)無法判別滲透破壞類型時(shí)，可以通過室內(nèi)或室外滲透變形試驗(yàn)來確定。

3　堤防滲透變形的加固處理措施

3.1堤身滲透變形的加固處理措施

根據(jù)以上敘述可知，堤身滲透變形存在堤坡沖刷、堤身漏洞以及堤身接觸沖刷，以下針對(duì)不同的堤身滲透變形類型提出加固處理措施。

表1　堤基滲透變形判別表

（1）堤坡沖刷：加固處理措施分2種情況：對(duì)威脅背水坡抗滑穩(wěn)定的嚴(yán)重有害滲水，可采用填筑壓實(shí)法、機(jī)械吹填法或放淤固堤法加寬培厚堤身或做透水后戧，亦可以在臨水坡外幫或增建防滲斜墻，或采用做壩身垂直防滲；對(duì)不至于威脅堤坡抗滑穩(wěn)定，但可能產(chǎn)生堤坡沖刷、流土破壞的滲水，可采用貼坡反濾、透水后戧的方法進(jìn)行處理。

（2）堤身漏洞：堤身漏洞往往由生物洞穴產(chǎn)生，汛前很難發(fā)現(xiàn)，但這種險(xiǎn)情在汛期一般發(fā)展很快，對(duì)堤身危害很大。為防患于未然，汛前應(yīng)首先對(duì)漏洞和跌窩隱患進(jìn)行巡視、探查。對(duì)洞穴應(yīng)采取開挖回填的方法進(jìn)行加固處理，若開挖回填困難，則可以采取充填灌漿的辦法進(jìn)行處理。

（3）集中滲流產(chǎn)生的接觸沖刷：可以采取以下3種措施：①對(duì)堤身與穿堤建筑物基礎(chǔ)接觸面的集中滲流，可采用高噴或靜壓注漿在臨水側(cè)做垂直防滲，也可以在接觸面采用靜壓注漿的辦法進(jìn)行處理，必要時(shí)在背水側(cè)做反濾保護(hù)。對(duì)堤身與穿堤建筑物側(cè)墻間的集中滲流，可以采用接觸面靜壓注漿的方法進(jìn)行處理。②對(duì)堤身橫向貫穿性裂縫以及新老堤身結(jié)合的水平層面產(chǎn)生的接觸沖刷，可采用臨水側(cè)開挖回填封堵或裂縫及接觸面充填灌漿的方法進(jìn)行處理。③對(duì)堤防分段建設(shè)的結(jié)合部產(chǎn)生的接觸沖刷，可采用臨水坡截滲或結(jié)合部擠密灌漿的方法進(jìn)行處理，必要時(shí)在背水坡采取反濾保護(hù)措施。

3.2堤基滲透變形的處理措施

堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型不同，堤基滲透變形破壞的加固處理措施亦不一樣，根據(jù)不同地質(zhì)條件可以將堤基分為3種地質(zhì)結(jié)構(gòu)，即單一地質(zhì)結(jié)構(gòu)、雙層地質(zhì)結(jié)構(gòu)及多層地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型，以下分單一地質(zhì)結(jié)構(gòu)和雙層或多層地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行分析。

（1）單一透水堤基：淺層透水堤基宜采用封閉式垂直防滲措施進(jìn)行處理，并應(yīng)與堤身防滲體連成統(tǒng)一的防滲體系；當(dāng)相對(duì)不透水層埋藏較深、透水層很厚時(shí)，可以采用半封閉帷幕進(jìn)行垂直防滲，在背水坡腳采用壓滲蓋重進(jìn)行處理。當(dāng)臨水側(cè)有穩(wěn)定灘地時(shí)，也可以采用臨水側(cè)鋪蓋進(jìn)行防滲處理。

（2）雙層或多層堤基：這種堤基在堤防工程中非常普遍，發(fā)生滲透破壞險(xiǎn)情多，而且治愈較為困難。一般采取以下措施進(jìn)行處理。

①對(duì)臨水側(cè)鋪蓋、背水側(cè)表土層或壓滲蓋重缺陷（池塘、人為挖坑、天然缺失等）造成的險(xiǎn)情，應(yīng)首先采取回填的方法恢復(fù)鋪蓋和表土層的完整性。臨水側(cè)鋪蓋回填的范圍在鋪蓋的有效長(zhǎng)度以內(nèi)，背水側(cè)表土層或蓋重的回填范圍應(yīng)根據(jù)險(xiǎn)情和地形地質(zhì)條件、滲流計(jì)算以及堤防的重要程度等確定，可在距堤腳50～200m之間選擇。臨水側(cè)用粘性土材料，背水側(cè)用滲透系數(shù)比原土層大的材料進(jìn)行回填，但應(yīng)滿足反濾要求。

②對(duì)背水側(cè)堤基覆蓋層較薄且透水層較深的情況，可以采用壓實(shí)填筑法或吹填法增加蓋重；也可以采用在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓溝或減壓井的方法；同時(shí)也可以考慮蓋重和排水減壓溝井聯(lián)合使用的形式，以達(dá)到根治地基滲透破壞的目的。

③對(duì)覆蓋層較厚且下臥強(qiáng)透水層較深的地基，宜采用蓋重的措施進(jìn)行處理，蓋重宜采用比覆蓋層滲透系數(shù)大的透水材料；也可以在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓井，達(dá)到減小揚(yáng)壓力和除險(xiǎn)的目的。

④對(duì)堤基下臥透水層不深、隔水層較淺的情況，應(yīng)首先考慮采用垂直封閉式防滲措施；也可以采用蓋重或蓋重結(jié)合減壓溝井的方法。

⑤對(duì)多層地基且存在淺層弱透水層的情況，宜采用壓滲蓋重或結(jié)合減壓措施進(jìn)行除險(xiǎn)；也可以考慮半封閉式垂直防滲措施，但必須有充分的勘察資料，并經(jīng)滲流計(jì)算充分論證后方可采用。

（3）巖石堤基：有些堤段基巖埋藏淺，堤身以下即為基巖地層，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化造成巖基或堤基滲透變形破壞的情況，可以采用地基帷幕灌漿的方法進(jìn)行處理。對(duì)臨水側(cè)有外灘的情況，也可以使用鋪蓋防滲，必要時(shí)可在背水側(cè)堤腳附近采取反濾保護(hù)措施。當(dāng)巖溶或其他原因使巖基滲水量過大，以致威脅堤防安全時(shí)，可采用模袋灌漿或充填灌漿堵塞漏水通道，必要時(shí)可以加設(shè)防滲鋪蓋。

4　結(jié)語

（1）本文分別針對(duì)堤防的堤身以及堤基滲透變形類型、成因進(jìn)行了較全面的闡述、分析，并對(duì)各種滲透變形類型提出了處理加固措施。

（2）滲透變形而導(dǎo)致的破壞在堤防工程中是非常普遍的，形成原因復(fù)雜，治愈困難，在堤防的除險(xiǎn)加固中，針對(duì)滲透變形的加固處理，首先需要判別滲透變形類型，分析其形成原因，其次根據(jù)滲流控制原則和具體的地質(zhì)條件，進(jìn)行滲流計(jì)算，通過比選選擇經(jīng)濟(jì)合理的除險(xiǎn)措施，最后對(duì)所選擇的工程除險(xiǎn)措施應(yīng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和施工，最終才能達(dá)到根除滲透變形破壞的目的。

TV543

B

1004-5716(2015)07-0182-03

2014-07-27

何艷華（1972-），男（漢族），安徽蚌埠人，工程師，現(xiàn)從事水利水電工程地質(zhì)勘察工作。