浅谈堤防防渗设计及措施

浅谈堤防防渗设计及措施

摘要江河堤防是防洪工程体系的基础，是防洪的重要屏障，但多数堤防的坝身及其堤基缺乏可靠的渗流控制措施是历年汛期产生险情的主要原因。在堤防防渗加固工程中，掌握堤身工程及地基渗流特点，采用合理渗流控制措施是确保堤防安全度过汛期的重要前提。

关键词堤防；渗流；防渗设计；防渗措施

堤防工程的设计与施工准则要求保证堤防建筑物能抵御洪水的威胁。由于堤防大多沿天然河岸修建，因此普遍存在堤防基础的渗流问题。其中以管涌破坏的危害性最大，它有可能会导致堤防的整体溃决。管涌是堤防渗流破坏的一种形式，在汛期高水位时由于堤基下沙性透水层的存在，地下水流经透水层后的压力损失很小，因此，堤内或堤基表面黏土层承受了较大的渗透压力，如果水压力持续增加，渗流出逸比降超出了土的临界比降，渗透水流将冲破黏土层，将下面的粉砂、细砂带出。若此时又没有反滤层保护，沙土流出的过程将在堤基内逐渐形成不规则的通道，从而形成管涌破坏。本文主要是针对堤防中渗流的有关问题，对防渗设计的基本要求及防渗措施进行了分析。

1堤防中的渗流问题

渗透破坏是河流堤防中的主要破坏形式之一。根据渗流条件和地基情况的不同，渗透破坏的机理、过程以及结果亦不尽相同。通常，渗透破坏可以分成4种类型：流土、管涌、接触流土和接触冲刷。

对于同是管涌型的土，其破坏形式的发展亦有不同。有的土一旦发生渗透破坏，细颗粒即被连续不断地带出土体，土体本身无力承担更大的水头，这种土称为发展型管涌土。而对于另一种土，出现管涌后不久，细颗粒停止流出，只有继续增大水头，管涌才又重新出现。这种土称为非发展型管涌土。实际上它属于管涌类土与流土类土之间的过渡型。所以，单一土层的渗透破坏形式可细分为流土、管涌和过渡型3种。

2防渗设计的基本要求

1）计算堤身的平均渗透比降，使其小于堤身允许比降，见表1。

2）当浸润线在背水侧堤坡逸出时，计算逸出点的位置及以下地表面的出逸比降，使出逸比降小于允许出逸比降，见表1。

3）计算透水地基的平均比降，使其小于允许比降，允许比降查表1。

4）计算透水堤基堤脚外的出逸比降，使其小于允许出逸比降，见表2。

5）计算确定双层堤基前后不透水层连续条件，并计算相应条件的承压水头。

6）计算堤身与堤基不同土质接触面渗流平均比降，使其小于接触冲刷允许比降值，见表3。

3对渗流控制的基本措施

3.1渗流控制措施的基本原则

1）堤防中渗流的存在并不一定会导致堤防的渗透破坏。渗透破坏的判别标准是渗透力是否大于土的抗渗强度。防渗的首要作用是控制渗漏量，其次是消减水头。在消减水头方面，排渗比防渗效果更好。好的渗流控制措施应该是防渗与排渗互相结合。

2）反滤层是防止渗透破坏的有效措施。通过利用反滤层不仅能起到排水减压的作用，又能防止渗流出口的渗透破坏。

3.2对渗流控制的基本措施

对于堤防而言，通常采用的渗流控制措施主要有以下3个方面：防渗、排水减压和反滤层保护。

1）堤防的防渗措施。①堤身的实际平均比降大多能满足允许比降，但对粉细砂筑堤的浸润线以下在正常坡比下难以满足渗流稳定要求，常需采用放缓边坡、设贴坡排水等工程措施。②对于浅层透水堤基，宜采用粘土截水槽或其他垂直防渗措施。对于相对不透水层埋藏较深，透水层较厚的一般堤防，如果堤身堤基不同土质的接触冲刷允许比降，不满足要求应该视堤迎水侧和背水侧地形条件延长水平渗径长度。深厚透水堤基上重要的1、2级堤防，险情严重的堤段可根据透水堤基的岩性选择垂直铺塑高喷、混凝土截渗墙等防渗措施。③对于表层透水层较厚的双层地基，宜采用加盖重措施。对于表层弱透水层较薄，地基下卧透水层基本均匀且厚度较大的双层堤基，宜采用排水减压沟措施。④堤防一般为多年数次施工建成，土料杂，过去有时施工质量要求不严，造成堤身、堤基渗流隐患。由于堤身的不密实、有洞穴等出现渗水现象，可采用静压粘土灌浆，前坡加粘土铺盖和采用铺塑、小直径搅拌桩等垂直防渗方案。对堤基中的暗沟、故河道、塌陷区、动物巢穴、基坑窑洞、坑塘、井窑、房基、杂填土等隐患，应查明情况采取适宜的处理措施。

2）排水减压措施。排水减压是一种疏导的方法，将透水良好的的材料预先有计划地布置于堤坝防建筑物或地基中渗透比降较大的部位作为排水体，使渗流提早释放渗透压力，并通过排水体自由排出，以确保地基与其堤防建筑物的整体安全。

3）反滤层保护措施。反滤层保护是防止土体渗透破坏的有效措施，且同时具备排水性能，因而也是排水体系的一部分。反滤层的用料需满足以下要求：①

反滤层本身必需是非管涌土；②与被保护土之间的层间关系应满足反滤准则；③渗透系数一定要大于被保护土；④粗颗粒部分应该是坚硬、耐水、不易风化；⑤填筑时不易粗细分离。

对于堤防的渗流控制问题，常用的工程措施如图2所示。包括垂直防渗墙、上下游防渗铺盖、反滤层、下游戗堤、减压井等。在防渗工程问题中，具体要选用何种方案需根据堤防建筑物的实际情况而定，而且在考虑工程措施的同时，还需对渗流控制措施进行经济分析，最后比选出最佳方案。堤防建筑物的安全性和工程造价是决定渗流方案成立与否的两个重要的控制因素。

4结论

总之，在堤防防渗加固工程中，掌握堤身工程及地基渗流特点，根据这些特点，按照防渗设计的基本要求以及采用合理渗流控制措施，来确保堤防安全度过汛期。

图2

参考文献

[1]陆付民,李建林.堤防防渗加固方法研究[J].人民黄河,2004,09.

[2]林超.浅谈韩江三角洲堤防达标加固的防渗设计[J].西部探矿工程,2005.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文