堤基防渗加固技术的特点及其合理选用
2013-03-26 来源：中国鸣网
引言
堤防工程是防洪工程体系的重要组成部分，对保障大江大河中下游及滨湖平原地区工农业生产的发展和广大人民群众的生命财产安全起重要作用。在我国大江大河的中下游地区尤其是滨水城区，堤防是防御洪水的最后屏障。目前，我国建有各类堤防25万km。但由于自然、社会和经济条件的原因，目前我国大多堤防的防洪能力偏低，圩堤险工险段较多，隐患严重，当遭遇洪水时堤防经常发生管涌、滑坡、崩岸和漫溢等险情，严重者导致大堤溃决。在1998年大水中，仅长江中下游干堤就出现险6100多处，其中渗透破坏险情约占险情总数的70%，在堤防出险险情中占有相当比重。渗透破坏是堤防工程中最普遍且难于治愈的心腹之患，如何根据堤防工程的地形地质和经济社会条件等实际情况，因地制宜地选用经济合理、技术可行的堤基防渗技术，做好堤基的防渗处理，是堤防除险加固工程建设中的一项重要内容。
1、堤基渗透破坏的成因与分类
随着汛期水位的升高，堤身内的浸润线逐步形成并不断抬高，背水侧堤基的渗透坡比降也逐渐增大，一旦超过堤基的渗透临界出降就会产生渗透破坏。
由于渗流条件和土体条件的不同，渗透破坏的机理、发展过程及破坏程度也不一样。根据渗透破坏的形成机理，渗透破坏常有下列四种形式：流土、管涌、接触冲刷和接触流土。
流土为在渗透力作用下，土体中的颗粒群同时起动而流失的现象，主要在粘性土和无粘性土中发生。管涌为在渗透力的作用下，土体的细颗粒沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体的现象，通常发生在砂砾石地层中。渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为接触冲刷，主要发生于结合面及裂缝处。渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的颗粒带入另一层土的现象称为接触流土，主要发生在颗粒粗细相差较大的两种土层的接触带。
2、堤基防渗的工程措施
依据堤基渗透破坏的成因，结合当地地形地质等条件及工程经验，堤基防渗主要工程措施有：前堵型防渗、后排型防渗和中截型防渗。
1） 前堵型防渗
前堵，即在临水侧设防渗铺盖、前截、防渗斜墙及铺设土工膜等，但因堤防临水侧一般受到河势水流的影响，这些措施常会受到一定的限制。
铺盖防渗，它并不能完全截断水流，但可以增加渗透途径，或减少坝基渗流的水力坡降和渗流量至允许的安全值范围内。当利用天然弱透水层作为防渗铺盖时，应验查天然弱透水层及下卧透水层的分布、颗粒级配、渗透系数和允许渗透坡降等，在天然铺盖不足的部位采取人工铺盖补强措施、确保铺盖达到设计要求。
堤身临水侧前堵。在堤身临水侧填筑土平台，要求选择渗透系数小的填料，以降低背水侧的出逸比降，使其即符合前堵的原则，又对堤身薄弱起到补强作用。在堤防迎水面铺设土工膜是一种比较广泛的防渗措施，其具有整体性好、产品规格化、铺设简单、适应堤身变形的优点。
2） 后排型防渗
后排，主要指在堤防背水侧采取压渗导渗沟、减压沟和减压井等措施。
堤身背水侧后戗。在堤身背水侧加大堤身断面，控制浸润线不在堤坡上出逸，要求后戗填筑的土料透水性比原堤身大，以符合后排原则。
堤防吹填法。用吸泥船、泥浆泵等机械设备，吸取江河泥沙，输送到堤身背水侧沉淤，此为防止基础渗透破坏的有效措施之一。
减压井，适用于所有渗透破坏堤基的除险，但工程实践表明，减压井的最大问题是易淤堵，减压井的排水量往往随着时间推移，逐渐减少，减压效果也越来越差。
3） 中截型防渗
中截，指在使堤身中进行黏土灌浆、劈裂灌浆、铺设土工膜、混凝土截渗墙，以及高压喷射灌浆等。
堤身钻探、锥探、灌浆加固，浆液材料一般为黏性土或砂壤土，视需要也可掺用少量水泥，搅拦成泥浆。钻孔的布置根据堤身隐患部位确定，多为梅花形布置，孔深应大于隐患深度。灌浆压力可在一现场试验确定黏土截水槽，截水槽底部应达到相对不透水层或基岩，采用与堤身防渗体相同的土料填筑，基压实度不应小于堤身的同类土料。截水槽的底宽，应根据回填填料，下卧的相对的不透水层的允许渗透坡降及施工条件而定。
劈裂灌浆，沿堤身轴线最小主应力面布钻孔，用一定的压力灌注泥浆，人为劈开堤身，并利用浆堤互压、泥浆析水固结和堤身陷密实等作用，使所有与浆脉连通的裂缝，洞穴、砂层等隐患得到充填挤压实心密实，形成垂直连续的泥浆体防渗墙。
对堤身、堤基进行垂直防渗，它是通过建造封闭式的垂直防渗墙，截断渗透破坏路径，是一种相对根治渗透破坏的防渗措施。按施工方法分为泥浆槽防渗墙、薄壁抓斗成槽防渗墙、射水法成槽防渗墙、锯槽防渗墙、高压灌浆防渗墙、多头小直径深层搅拌桩防渗墙、板桩灌注防渗墙、液压开槽防渗墙等。垂直防渗在长江重要堤防隐蔽工程中得到了比较广泛的应用。
3、堤基防渗技术特点与合理选用
前堵防渗也叫水平防渗。水平的防渗措施是利用平铺在临水侧堤基表面上的一层相对不透水的粘土、混凝土或土工膜等，或利用在背水侧地基上铺设的一层压盖土来延长堤基中渗透水流的流线长度，从而降低渗水的破坏能量，减小渗水坡降，提高渗流出口的抵抗力，减小堤基发生渗透变形的可能性。这种水平措施可根据所在堤内外两侧地基上的不同，分别叫堤外临水侧地基上的铺盖和堤内侧地基上的盖重。
后排，主要指在堤防背水侧采取压渗导渗沟、减压沟和减压井等措施。
中截防渗也叫垂直防渗。垂直防渗是根据“前堵后排”的防渗原则原理，通过“前堵”的原理来达到防渗的目的，即通过置换、填充、挤密、冻结及化学作用等手段在土层中形成一个垂直的防渗帷幕墙体，从而达到截水、阻水的目的。防渗墙是堤防防渗处理中最为有效的一种垂直措施。设计合理的防渗墙能够有效地改善堤身、堤基的渗流状态，满足渗透稳定和抗浮稳定，并可明显地降低渗流的自由面和出逸段的高度。
采用何种堤基防渗加固措施应根据堤基地质条件、地形条件以及渗透破坏危害程度进行综合考虑，然后通过经济技术比较，选取单一或几种措施来综合治理。视具体情况可选择填塘固基、临水侧防渗铺盖、堤基垂直防渗、背水侧压渗盖重、排不减压沟井、水平排水褥垫等措施或几种措施的组合。
当堤防为砂基，下卧强透水的砂层、砂砾石层、且与江水相通，选取防渗加固措施应着重考虑以下几点：
1） 当堤基相对不透水层埋藏较深，透水层较厚，同时临水侧有稳定滩地的堤基宜采用铺盖防渗。
2） 当堤基透水层较浅时，在迎水侧堤脚宜采用粘土截水槽或其他封闭式垂直防渗措施截流，并与堤身防渗体连成统一的防渗体系。也可以采用盖重或盖重结合减压沟、井的方法。
3） 当堤基覆盖层较薄，透水层埋藏深且厚度大时，可以采用背水侧压实填筑压渗盖重法或吹填法增加盖重，也可以采用在背水堤脚处适当位置设置减压沟、井的方法。同时也可以考虑盖重和排水压沟、井联合使用的形式，以达到根治地基渗透破坏的目的。若临水侧有稳定滩地，可在临水侧加设铺盖进行防渗处理。
4） 当堤基覆盖层较厚且下卧强透水层较深时，宜采用盖重措施进行处理。盖重渗透系数应比覆盖层大。也可在背水堤脚外适当位置设置减压井，达到减小扬压力和除险的旷目的。
5） 当多层地基且存在浅层弱透水层时，宜采用压渗盖重或结合减压措施进行除险。也可以采用半封闭式垂直防渗措施，但须勘察半经渗流计算论证。
6） 当堤基为强风化基岩且基岩或堤身发生渗透破坏时，可采用地基帷幕灌浆。对临水侧有外滩的情况也可以使用铺盖防渗，必要时可在背水脚附近采取反滤保护措施。
总之，对采用的除险加固方案，必须进行效果论证，以达到技术上可靠，经济上合理的目的。
4、结束语
堤防除险加固的实践表明，渗透破坏是堤防工程中最普遍而且难以治愈的问题，选择有效、合理、经济的除险加固方案是一项技术性很强的工作，是堤防渗透破坏除险加固工作的关键环节。
渗透破坏的除险加固应从两方面入手：一方面是提高堤防本身抵抗渗透破坏的能力，另一方面是降低涌透破坏的能力，即降低渗流出口的比降和堤身的浸润线，这方面应遵循“前堵后排、反滤料保护渗流出口的渗流控制原则”。
在堤防防渗除险加固工程中，其防渗措施的选用主要取决以下几个方面：
1） 功能性。主要应考虑工程的性质和条件，尽可能符合“前堵后排”的原则，确定出几种不同的防渗方案和防渗墙的不同技术，满足工程防渗的目的和要求。
2） 实施性。方案的工程规模、有关参数和技术指标，在目前的技术水平条件下是可行的。
3） 经济性。方案通过技术经济比较和投入产出分析后，在满足功能性要求的前提下，工程费用应较低，工程预算能够承受。
4） 长久性和维护费用少。防渗工程实施后，不能说一劳永逸；能保障堤防工程结构和相信建筑物的安全，保证施工人员的安全，尽可能不妨碍堤内外地下水的循环。
