河道堤防防渗施工材料比选与设计探究

河道堤防防渗施工材料比选与设计探究

摘要：在防洪工程中,河道堤防是重要的组成部分,其发挥着重要的功能, 基于此，为保障河道堤防的安全稳定，文章结合施工实际,从材料比选和设计两个方面,对

河道堤防防渗设计工作进行研究分析，供参考。

关键词：河道堤防；防渗材料；防渗设计

前言

河道工程建设是国家基础设施建设之一,其中的堤防工程主要产生阻挡洪水和

分流蓄水的作用,对河道工程的整体结构而言,重要性是不言而喻的。在堤防的设

计中,当堤基渗流出逸比降不能满足规范要求时,堤基会产生管涌、流土等渗透破坏。做好河道堤防的防渗工作是确保堤防安全工作的重要前提。

1.防渗材料比选

一般来说，被用作河道堤防的防渗材料主要包括粘土、水泥土、浆砌石等传

统材料和混凝土、防水毯、复合土工膜等新型材料[1]。

粘土防渗是我国水利工程中较早采用的防渗方法，其优势在于就地取材，可

以降低运输成本，适用于优质粘土材料较多的地区，粘土并不存在污染性，有利

于生态交换。水泥土是以土料、水泥和水拌合而成的复合型材料，通过水泥的硬

化和胶结起到防渗作用。由于其构成材料比较广泛，因此造价相对较低，且施工

比较简单。

浆砌石防渗的优点是可就地取材，其抗冲刷和耐磨性能优于混凝土防渗墙防渗，但其只适用于石料来源丰富的地区，较难实现机械化施工，施工难度相对较大。

混凝土防渗一般包括现浇混凝土和混凝土预制块拼装，比较适用于水体规则、水面区域面积较小的人工湖工程。其固定于河道上，防渗防冲性能比较优越，耐

久性较强。

土工膜防渗是近年来兴起的防渗型式，正在逐渐运用到更多的水利工程中。

土工膜防渗具有渗透系数小、施工简便、工程造价低的特点，因此其发展很快。

但是，土工膜较薄，在施工、运行期易被刺穿，使得防渗能力大大降低。

这几种防渗材料各自存在优势和缺点，对于该河道堤防的防渗型式进行选择，就要从渗水量、抗冻性、使用年限、经济性等角度对这些材料进行分析和比较，

从而选择最优的防渗材料。

1.1渗水量比较

河道堤防要达到稳定防渗，其渗水量必须均匀且不能过大，渗透水量是评价

材料防渗效果的最直观的依据[2]。

笔者为比较不同材料的渗透作用，选取单位面积的防渗材料，测定其在一定

时段内的渗透水量，以24 h作为时间节点加成倍比，得出不同的防渗材料在不同

水头条件下24 h的渗漏量，如表1。

表1 不同防渗材料的渗透水量表

不设防渗措施的河道渗漏量最大，这严重影响了堤防的稳定性，证实了河道堤防中必须

采取防渗型式的重要性。根据表格数据，以不设防渗措施的河道为对比参数进行计算，粘土、水泥土、浆砌石三种防渗材料的实际效果不相上下，基本能够阻挡60%以上的渗透水量；而

利用混凝土作为防渗材料所阻挡的渗透水量达到了85%以上，防渗效果比较优良；而复合土

工膜则可以阻挡95%以上的渗透水量，防渗效果非常优越。因此，就防渗材料的渗透水量而言，复合土工膜的效果最优。

1.2抗冻性比较

混凝土的抗冻性是指混凝土含水时抵抗冻融循环作用而不破坏的能力。由于粘土的抗冻

性较差、容易出现裂纹，不适用于有结冰期的河流中；水泥土早期强度低、抗冻性较差，仅

适用于南方温和气候的无冻害地区；对浆砌石来说，低温会影响水泥浆的硬化和胶结，容易

产生微小裂缝，故不建议在寒冷地区使用；混凝土适应变形的能力差，抗冻性一般，可结合

其他防渗材料来提高混凝土的抗冻胀特性 [3]。

1.3经济性比较

河道的防渗材料的选取是否经济，应以其取得的效益大小来衡量。在资金允许情况下，

应尽量选取标准较高的防渗方案。表2体现了不同材料的单价，就厚粘土防渗和复合土工膜

防渗来说，两者的投资成本基本相当，但粘土防渗主要面临料源问题，河道本身的优质粘土

较少，而工程所需粘土总量较大，不能就地取材，这就加大了运输成本，并不利于成本控制；复合土工膜是厂家经过检验出厂后统一运输到施工场地去的，不会存在额外的成本投资，因

此两者相比，复合土工膜的投资成本较低。

就混凝土防渗和浆砌石防渗而言，尽管混凝土的防渗效果优于浆砌石防渗，但其成本总

价远远高于浆砌石的成本，且两者的使用寿命基本一致，因此浆砌石防渗的投资成本相对较低。

表2 不同防渗型式单价比较表

图1 复合土工膜防渗方案设计图

该河道地基主要为砂砾石，具有极大的透水性，河道内杂草丛生、垃圾众多，必须对河

道基层进行处理，清除直径大于2 cm的石块，杂草、铁丝、树根、树枝等杂物以及可能对复合土工膜的防渗效果产生不利影响的垃圾等，对河道内存在的砂坑利用清理平整的河床开挖

料进行回填，分层碾压并经大水自然沉降，粘性土河床密实度、砂土原基及砂土填筑区相对

密度应达到相应的设计要求。由于该河道的河床条件极差，经平整填埋后的河床必须达到上

述要求后方能铺设复合土工膜。

2.2过渡层设计

过渡层是与防水材料直接接触的一层，必须平整紧实。在该设计方案中，过渡层为压实

的原状土，厚度为20 cm，既因地制宜，充分利用了河道原材料，又降低了工程量，减少了

资金投入。

2.3防水层设计

所用的防渗材料为复合土工膜，侧搭在下游侧上面。底面铺设时应平行搭接，布面不可

张拉过紧或褶皱，应适量放松并紧贴地面。斜坡铺设时应沿坡顶底方向铺设，并平行搭接。

如果在铺设过程中，复合土工膜发生破损，应用大于破损缺口周围300 mm的膜料覆盖

在上面后再作固定处理。此外，复合土工膜的保存的铺设应保障其干燥性，严禁雨天铺设，

铺设后的土工膜则须尽快实施保护层。

2.4保护层设计

防冲保护层结构采取一般性防护和局部防护相结合的方式。一般性防护是通过回填河床沙，使得复合土工膜处于50年一遇洪水冲刷线以下。由于该河道堤防的防渗工程位于行洪

河道内，因此保护层除起到保护膨润土防水毯外，还应具有防冲作用。根据该河道的水力计算，主河槽内50年一遇流速一般为1.50～2.50 m/s，因此确定其防护措施。

在河道较宽，地势平坦，水流流速较低，采用现状砂土防冲措施，把土工膜埋入河道冲

刷深度以下。水域及湿地范围内采用2.50 m厚原状河砂作为防冲保护层。

在河道两侧坡脚部分，采用厚度为30 cm的格宾石笼做保护层。为防止格宾石笼损伤土

工膜，在格宾石笼与土工膜之间铺设20 cm厚中砂保护层。

由于胶结砂可以采用碾压方法施工，速度快、施工简便，对复合土工膜的影响较小的特点，部分河道选用了胶结砂（设计指标为M7.5F25），河槽边缘l0 m范围内采用强化胶结砂