堤防防渗加固方法研究_陆付民

第26卷第9期 人　民　黄　河 Vol.26,No.9

2004年9月 YEL LOW　RIV ER Sep.,2004 【防洪·治河】

堤防防渗加固方法研究

陆付民,李建林

(三峡大学土木水电学院,湖北宜昌　443002)

摘　要:渗透破坏是堤防工程中一种较为常见的险情,要做好渗透破坏的除险加固工作,应了解渗透破坏的类型,并进行

防渗加固方案比较,以找出经济合理的加固措施。重点讨论了采用黏土斜墙法、复合土工膜防渗法、贴坡排水法、压浸平

台法、劈裂灌浆法进行堤身防渗,以及采用加盖重、加铺盖、帷幕灌浆、排渗井、减压沟、土工膜及垂直防渗墙进行堤基防

渗的方法。指出堤防防渗方法的确定取决于堤身的土质和填筑质量、堤基土体的地质特性及堤防周围的地理环境等因

素,必要时应采用渗流计算进行复核。

关　键　词:防渗加固;帷幕灌浆;垂直防渗墙;堤防

中图分类号:T V641 文献标识码:A 文章编号:1000-1379(2004)09-0007-02

渗透破坏在堤防工程中是一种比较普遍的现象。据资料统计,由渗透破坏造成的险情占堤防险情总数的70%以上。事实上,漏洞、接触冲刷、散浸、跌窝是由堤身渗透破坏引起的,而管涌是由堤基渗透破坏引起的。

要做好渗透破坏的除险加固工作,首先应了解渗透破坏的类型,并分析产生破坏的原因,然后进行方案比较,以找出经济合理的防渗加固措施。

众所周知,只要堤防的临水侧和背水侧存在水头差,堤基或堤身就会有渗流产生。汛期,随着临水侧水位的不断升高,堤身内的浸润线逐步形成并不断升高,堤基及堤身内土体的渗透比降也逐渐增大,当渗流产生的渗透比降大于土体的临界比降时,土体将产生渗透破坏。渗透破坏的除险加固应从两方面着手,一方面是提高堤身和堤基本身抵抗渗透破坏的能力,另一方面是降低渗流对堤基及堤身产生渗透破坏的能力。

堤防防渗加固的基本原则为“上堵下排”。所谓“上堵”,就是堵住渗流的入口,如在堤防的临水侧修建斜墙,在堤防的上游采用防渗铺盖、垂直防渗墙等;所谓“下排”,是指在“上堵”不太奏效的情况下给渗流一定的出路,使地基及堤身不至于产生较为严重的渗透破坏,如在堤防的背水侧进行贴坡排水、修导渗沟,在堤防下游修建减压井、减压沟等。

1　堤身防渗方法

1.1　黏土斜墙法

这种方法是将临水侧堤坡挖成台阶状,然后在其上部铺填一层防渗黏性土,黏性土的铺填厚度一般不得小于2m,且铺填时应分层压实。黏土斜墙法适用于堤身断面尺寸较小且堤身临水侧有足够滩地的场所。

1.2　复合土工膜防渗法

这种方法是将临水侧坡面的草根、石子清除掉(清除深度不小于30cm),并喷射除草剂,然后铺设厚度不小于10cm的细砂,并洒水、整平,再在坡面上铺设一层复合土工膜,并在其上铺设一层10cm厚的中细砂,最后布设堤防护坡工程。复合土工膜防渗法适用于堤身临水侧滩地狭窄或堤身附近黏土缺乏的场所。如果堤身复合土工膜接堤基垂直防渗墙,则堤身和堤基防渗效果均较好。

1.3　垂直铺塑法

这种方法是在堤顶沿堤轴线方向用开槽机开槽,再在槽中铺设复合土工膜,最后在复合土工膜两侧用黏土回填槽口。垂直铺塑法要求复合土工膜有足够的厚度和强度。如果复合土工膜的底部深入至堤基相对弱透水层中,则可兼顾堤基防渗。

1.4　砂砾料贴坡排水法

这种方法是将背水侧坡面的草根、石子清除掉(清除深度不小于30cm),并喷射除草剂,再在背水坡面铺20cm厚的粗砂,再依次铺20cm厚的小石子、20cm厚的大石子,最后铺30 cm厚的块石护坡。

1.5　土工织物贴坡排水法

这种方法与砂砾料贴坡排水法类似。先清除背水侧坡面的草根、石子,再在背水侧坡面上铺一层透水土工织物,然后在透水土工织物上铺设一层50cm厚的粗砂,最后在粗砂上铺30 cm厚的块石护坡。砂砾料贴坡排水法及土工织物贴坡排水法适用于堤身土体沙性较重的场所。

1.6　透水压浸平台法

这种方法是在堤坡的背水侧填筑比堤身透水性大的材料,透水压浸平台应高出堤身渗透破坏处1m以上,透水压浸平台顶宽一般为2～4m,坡度为1∶3～1∶5。采用透水压浸平台,

　收稿日期:2004-07-11

　基金项目:水利部科技创新项目(SCX2001-12)资助。

　作者简介:陆付民(1964-),男,湖北云梦人,教授。

增大了堤身断面,从而延长了堤身的渗径,达到稳定堤身的目的。透水压浸平台法一般适用于堤身渗透破坏范围较广、堤身断面单薄、背水侧堤坡较陡、外滩比较狭窄的情况。如果填筑透水压浸平台的材料透水性大,则透水压浸平台的断面可取小一些;反之,应取大一些。如果堤身较高时,则可以采用两级或多级压浸平台。填筑压浸平台之前,应清除堤坡上的草皮和杂物,清除深度一般为20cm,并喷射除草剂。另外,填筑压浸平台时应注意分层压实。

1.7　劈裂灌浆法

这种方法是运用堤防应力的分布规律,采用一定的灌浆压力使堤防沿轴线方向劈裂,然后灌注合适的泥浆,从而形成连续的防渗帷幕,以提高堤身的防渗能力。劈裂灌浆的孔距一般为10m左右,在堤段弯曲部位,孔距应适当缩小。劈裂灌浆法一般不适用于沙性较重的堤身防渗,原因在于沙性较重的堤身没有足够的弹性。

2　堤基防渗方法

2.1　加盖重

在背水侧增加盖重的目的是为了削减背水侧出流水头,防止堤基渗流对表层土产生渗透破坏,增加背水侧土体的抗浮稳定性,此外还可减小出逸比降。对覆盖层较厚且下卧强透水层较深的堤基,可采用背水侧增加盖重的方法。另外,对于透水堤基也可采用该方法予以处理。需要注意的是,加盖重时,使用土料的透水性不应小于原地面土料的透水性。如果所需盖重太长,则应考虑与减压井或减压沟联合使用。背水侧为城区或建筑密集区,这种方法的应用往往受到限制。另外,盖重土体的沙性不宜太重,否则极易引起盖重土体的沙漠化,从而对周围的环境产生负面影响。盖重的长度和高度可根据渗流计算的结果加以确定。

2.2　加铺盖

在临水侧加铺盖的目的是为了延长渗径,减小水力坡降。当临水侧有稳定的滩地时,对于透水堤基或上覆浅层弱透水层的透水堤基可采用黏土铺盖予以处理,铺盖的长度不应小于100m。当临水侧表层土体的渗透系数远远小于深部地层土体的渗透系数时,其铺盖的防渗效果不太明显。

2.3　帷幕灌浆

这种方法是在堤防迎水侧堤基打孔,采用压力灌浆的方式,以堵塞堤基中大的渗漏通道,减小渗透流量。这种方法一般适用于透水层较浅的堤基。

2.4　排渗井

这种方法是在背水侧打孔,以便降低堤内覆盖层的承压水头,从而有效地防止管涌的发生。排渗井法一般适用于覆盖层较厚的情况,完好的排渗井可以削减大部分水头。如果定期采用潜水泵抽注水双向洗井的方式冲洗排渗井,可以延长排渗井的使用寿命,并保证其使用效果。

2.5　减压沟

当覆盖层较薄时可采用减压沟排渗,减压沟应深入透水层以下1m的地方。为了保证减压效果,减压沟应填入透水性能较强的砂石料,颗粒分布应下粗上细。减压沟的布设形式最好为暗沟,因为明沟易受风沙和地表水的影响而发生堵塞,另外暗沟维护也比较方便。这里需要指出的是,对于透水层为粉细砂的堤基,采用排渗井和减压沟进行堤基防渗效果较差,因为粉细砂容易使排渗井和减压沟发生淤堵。

2.6　土工膜

土工膜一般适用于透水层较薄的堤基。该方法是采用开槽机开槽,然后将土工膜置入槽中,再在两侧灌入黏土进行堤基垂直防渗。与其他垂直防渗措施相比,采用土工膜法比较经济,当然,采用土工膜进行垂直防渗受到一定的水文地质条件限制。如果堤基中存在有大量的石块或纯中粗砂情况,一般不宜采用土工膜进行垂直防渗。另外,若堤基地下水位较高、施工场地地基很软,致使施工设备不能放置或放置后带负荷工作时地基不能承受其压力,也不宜采用土工膜进行垂直防渗。2.7　垂直防渗墙

垂直防渗墙是利用专用机具在堤基中建造槽孔,以泥浆固壁,然后在槽孔中填充相关的混合物,从而形成连续的防渗体。垂直防渗墙的结构形式有以下三种:

(1)悬挂式防渗墙。由于悬挂式防渗墙的底部仍位于相对强透水层中,因此对堤基防渗效果不明显。黄河干流的一些堤段,堤基土层结构比较单一,主要由透水性较强的沙性土组成,局部夹有黏性土层透镜体,上部黏性土覆盖层厚度较小,沙性土下无相对弱透水层,防渗墙只能位于透水性较强的沙性土中。若悬挂式防渗墙布设在堤身,则可有效解决堤身裂缝、洞穴、土质杂乱、密实度不够等问题。

(2)半封闭式防渗墙。半封闭式防渗墙穿过相对强透水层,进入相对弱透水层,而相对弱透水层下面还有相对强透水层。一般而言,这种方法对于解决堤基渗透稳定性效果较为明显。其防渗效果主要与相对弱透水层的厚度及连续性、相对强透水层的厚度、相对强透水层及相对弱透水层各自的渗透系数、江河泓切割情况等因素有关。由于半封闭式防渗墙没有隔断墙内外地下水的通道,因此对周围的生态环境几乎没有影响。

(3)全封闭式防渗墙。全封闭式防渗墙穿过相对强透水层,其底部也进入相对弱透水层中,而相对弱透水层以下无相对强透水层。对于全封闭式防渗墙,其底部一般深入到透水性较弱的基岩或深厚的黏土层中。相对强透水层较厚时,其施工成本较高,而且施工难度也大。由于全封闭式防渗墙截断了地下水的渗径,因此该方法的防渗效果非常显著,但正因为全封闭式防渗墙的这一特点,易造成地下水的补给和排泄不畅,因此对周围的生态环境会产生一定的负面影响。

3　结　语

堤防工程防渗方法比较多,究竟采用哪种方法,取决于堤身的土质状况、填筑质量,堤基土体的工程地质特性,堤防周围的地理环境等因素。因此,应通过分析比较,确定出适当的防渗加固方案,必要时应采用渗流计算的方法进行复核。

【责任编辑　王　琦】

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