減壓井在渾河臺安段大堤的應用研究

吳麗霜

(遼寧江河水利水電新技術設計研究院有限公司，遼寧 沈陽 110003)

排水減壓是雙層地基上的堤防較為經濟有效的滲控措施。當弱透水覆蓋土層較薄(小于3m)時，可采用深挖到砂層中的排水溝降低承壓水頭，防止管涌發生；當弱透水覆蓋土層較厚(大于3m)，且不均勻，對仍發生堤后管涌段，可采用減壓井列排滲措施。

渾河臺安縣段減壓井是遼寧省首次應用排水減壓井處理砂基滲漏問題，在設計和施工過程中不斷摸索，取得了一定的經驗，本文以后湘水段為例，闡述研究成果，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

渾河臺安縣段堤線均位于渾河右岸，上邊界為朝陽堡村，下邊界為三岔河口，區間堤防總長度31.23km，干流堤防為均質土堤，堤頂高程10.6～14.5m，堤頂寬度3.5～6.5m，迎水坡約1∶2.5，背水坡約1∶3.5，迎水側多為平均寬度約50m的護堤林，局部段為耕地或荒地，背水側為耕地、居民地。渾河臺安縣段現狀存在8處砂堤砂基，總長度10.083km，其中后湘水段堤防長度為1.3km。

后湘水段堤防汛期曾經出現過管涌，堤后緊鄰村莊和耕地，是歷年防汛重點，由于資金受限，一直沒有系統治理。后湘水段堤基為雙層結構，上部為粉質黏土，一般屬弱透水，局部為微透水；下部為粉砂、細砂，具有中等透水性，洪水期易形成滲流，影響堤基穩定。

依據地質勘查成果對砂基進行了計算復核，計算公式如下：

ρsattl=(H-Z0)ρw

(1)

式中，psat—汛期飽和土體容重，kN/m2；tl—滲透穩定所需黏土鋪蓋層厚度，m；H—臨水側水位，m；Z0—透水層高程，m；pw—水體容重，kN/m2。

經調查和復核計算，實際勘察黏土厚度均小于滲透穩定所需黏土鋪蓋層厚度，需對堤基采取處理措施。

2 減壓井設計、施工及管理

2.1 堤基滲透破壞的成因和分類

堤基的滲透破壞類型基本為管涌。堤基的滲透破壞表現為泡泉、沙沸、土層隆起、浮動、膨脹、斷裂等。堤防堤基的表土層一般極少為砂礫層，因此，堤基滲透破壞一般為土力學中的流土破壞。產生的原因是，隨著汛期水的抬高，背水側堤基的滲透出逸比降增大，一旦超過堤基的抗滲臨界比降就會產生滲透破壞。滲透破壞首先在堤基的薄弱環節出現，如坑塘或表土層較薄的位置。對近似均質的透水堤基，滲透破壞首先發生在堤腳處。堤基管涌，尤其是近堤腳的管涌，發生速度快，容易形成管涌洞，一旦搶險不及時或措施不得當，就有潰堤危險。因此，對管涌堤段必須進行除險加固。

2.2 方案比選

由于后湘水段堤基土層組成的特殊性，堤基黏土鋪蓋厚度不均，鋪蓋層以下有強透水層，勘察深度15m未揭露細砂層最大層厚，根據以往資料，最大揭露深度達70m，堤基垂直鋪塑、堤身深層攪拌樁打入不透水層實施難度較大，工程造價較高。修建排水棱體占地面積大，部分段房屋、耕地緊鄰堤防，征地難度大。堤身開挖后恢復難度較大，難以保證與原堤防較好的契合，同時排水棱體增加的滲漏量較為明顯，易引起堤防沿線居民恐慌，排水棱體對背水坡腳以外天然鋪蓋保護作用較小，易形成滲漏通道，威脅堤防工程安全。相比于排水棱體，減壓井實施過程中不會對堤身造成破壞，開挖斷面相對較小，施工工藝較為簡單。減壓井使用過程中會出現淤積問題，隨著水利事業不斷發展，科學技術不斷更新，一方面可以通過減壓井的合理選型將淤積影響盡量降低；另一方面，減壓井清洗技術也在不斷更新，清洗所需時間、費用等愈來愈低；再者，隨著水利管理制度不斷完善，減壓井維護管理難度將愈來愈小；還有可以通過加密或加深減壓井隨時減輕堤防及背水側堤基壓力。在淤積不嚴重的情況下，減壓井防滲效果較排水棱體好。綜上所述推薦背水堤腳設置減壓井作為砂基治理的方式。

表1 砂基復核成果表

2.3 減壓井設計方案

減壓井布置在堤防背水側堤腳，利用濾水管將來自堤防迎水側滲透水流直接導入井內，阻止水流往堤后流動，在背水側堤腳處的地下迅速降低壓力水頭，以達到增加堤防的穩定性、降低背水側地下水位和避免背水側發生滲透破壞的目的。

根據《堤防工程手冊》3.5.7節有減壓井列的堤基滲流計算公式，后湘水上游水頭為6.27m，經過試算，當井距為20m時，計算井深為14.2m，單井滲流量為14.14 m3/d、井間水頭1.01m，剩余水頭0.93m，布置減壓井后滲透系數小于允許值，滿足滲流穩定要求，故后湘水段減壓井井距為20m、井深為15m。

減壓井由井身、悶頭及對中器、井口保護裝置等組成，減壓井由內向外分為2層：第一層為盲溝管，總長15.3m，內外徑為Φ13003A6/200mm，盲溝管單位質量不小于2.9kg/m，空隙率為80%～90%。抗壓強度：當偏平率為5%時，大于65kPa；偏平率為10%時，大于98kPa。盲溝管吊得起、放得下，結構不松動、不散體。單節盲溝管長3m，盲溝管逐節起吊，2節盲溝管在井口處連接，采用3根直徑3.5mm不銹鋼碼釘相連，用紗布將連接段緊密包裹后，再用10#～12#不銹鋼絲綁扎。第二層固定PE管，總長15.3m，內外徑為Φ230.803A6/250mm，公稱壓力不小于0.6MPa。井口高出地面0.3m，管底設0.3m沉淀段。地面以下2～14.7m管壁四周開孔，孔徑Φ16mm，排、列凈間距均為30mm，呈梅花型布孔，外包2層無紡布。管底部采用厚度為20mm塑料板作悶頭，悶頭直徑Φ350mm，以3塊梯形板與悶頭和固定PE管焊牢。

造孔孔徑為500mm、孔深為15m。井管上部2m用膨脹土球填滿，黏土球直徑為30mm，在半干狀態下緩慢投入。孔壁與井壁間下部13m采用粒徑為2～10mm的石英砂填緊，作反濾層，厚度不小于15cm，石英砂粒徑范圍小于指定下限粒徑按重量不大于3%，大于指定上限粒徑不大于2%，不均勻系數k80不大于1.8，密度2.5～2.7g/cm3，含泥量小于1%。

井臺采用C20混凝土，外邊界尺寸為1.2m×1.2m、井蓋采用1.0m×1.0m鋼筋混凝土裝置予以保護。井臺邊墻預留一處排水孔，采用DN100PVC排水管，管頭用雙層無紡布包裹反濾。

2.4 抽水試驗成果

根據當地施工經驗，成井設備采用反循環鉆井機，洗井設備采用水泵抽水，不能滿足要求時采用空壓機洗井。

洗井后減壓井落淤厚度為25～40mm，出水量在1m3/h左右，經過洗井后井水含砂體積比為0.05‰。

2.5 減壓井的運行管理

為保證減壓井正常運行，對日常觀測和管護要求如下。

(1)每年進行一次檢查，最好在洪水季節以前進行。特大洪水時期應經常進行檢查，以便發現不正常現象；每個井2或3a以及特大洪水后，需進行一次深度測量，檢查井內是否有障礙物，并確定可能沉于井底的泥沙或其他外物的數量。

(2)當沉積物厚度達40～50cm時，必須清除；所有井每5～8a必須進行一次抽水試驗；聚集于井口或出水口周圍的泥沙或其他障礙物，必須清除。

(3)各種觀測資料應及時整理，以便研究井系的效果。

3 結語

減壓井在渾河的應用解決了臺安縣段堤基滲透破壞的問題，填補了減壓井在遼寧省砂基治理工程中應用的空白。減壓井的結構設計、參數指標及試驗成果可為類似工程提供參考和借鑒。由于后湘水段減壓井建成后僅經過一個汛期，觀測資料較少，單井出水量與渾河水位關系、井系的效果，還有待進一步研究。