李志斌 張愫 彭琦

（益陽市資陽區(qū)水利局益陽市413000）（湖南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究總院長沙市410007）

1 概述

民主垸位于益陽市區(qū)東北部，為湖南省洞庭湖區(qū)24個(gè)蓄洪垸之一，該垸四面環(huán)水，東、南臨資水北支，西臨資水西支甘溪港河，北臨萬子湖。全垸一線防洪大堤總長81.23 km。

民主垸堤防構(gòu)筑在水網(wǎng)地區(qū)，堤基地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)地質(zhì)勘探成果，該垸堤基淺表部分布有粉細(xì)砂層，或粉細(xì)砂層上部粘性土蓋層較薄、淤泥質(zhì)土層夾較多粉細(xì)砂透鏡體，其連續(xù)性好，結(jié)構(gòu)松散，透水性強(qiáng)，滲透系數(shù)達(dá)到5.9×10-3cm/s，汛期高洪水位時(shí)，垸內(nèi)外水頭差增大，外河水沿堤基透水性較強(qiáng)的粉細(xì)砂層向垸內(nèi)滲透，并擊穿上覆粘性土較薄蓋層，或通過粉細(xì)砂層直接形成滲漏通道，產(chǎn)生流土、管涌等滲透破壞，繼而導(dǎo)致堤基沉陷變形、上部堤身開裂塌陷，直至潰口垮堤。歷年防汛搶險(xiǎn)的經(jīng)驗(yàn)也表明，堤基滲透破壞是導(dǎo)致該垸堤防出險(xiǎn)的主要因素，也是防汛搶險(xiǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。1999年大洪水，資水甘溪港河中洲堤段因堤基發(fā)生管涌，引起堤基淘空，堤身塌陷（1.5～2.0）m，致使大堤失穩(wěn)破壞，造成248 m寬，（12～18）m深的潰口，因垸內(nèi)有烏龍隔堤和馬王隔堤，故只造成沙頭鎮(zhèn)受災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失10.95億元。

2 堤基滲流穩(wěn)定分析

2.1 堤基地層結(jié)構(gòu)特征

民主垸四面環(huán)水，堤防多坐落于各水系岸邊或湖邊全新統(tǒng)（Q4al+l）堆積地層上，持力層以（Q4al+l）沖湖積堆積為主，其上部多為Q4al+l灰黃色粉質(zhì)粘土，厚度（0～7.3）m，局部夾砂壤土；中部為Q4al+l灰黑色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，厚（0～12）m不等；下部為Q4al+l粉細(xì)砂層，厚（0～12.4）m不等。局部堤段堤基為Q3al黃褐色似網(wǎng)紋狀粉質(zhì)粘土層，厚（0～14）m不等；其下部為中細(xì)砂、砂礫石，厚度一般大于12 m。

根據(jù)《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》（SL 188-2005）附錄C的規(guī)定，并結(jié)合鉆探及地勘成果，按堤基地層分布及結(jié)構(gòu)特征，可將堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分為單一結(jié)構(gòu)類（Ⅰ）、雙層結(jié)構(gòu)類（Ⅱ）和多層結(jié)構(gòu)類（Ⅲ）三大類，民主垸堤基滲漏主要發(fā)生在單一結(jié)構(gòu)類粗粒土單一結(jié)構(gòu)亞類（Ⅰ1）、部分雙層結(jié)構(gòu)類（Ⅱ2）、（Ⅱ3）堤段、部分多層結(jié)構(gòu)類（Ⅲ2）、（Ⅲ3）及（Ⅲ4）堤段。

根據(jù)民主垸堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)，按堤基強(qiáng)弱透水性土的組合型式，結(jié)合防滲工程的特點(diǎn)，民主垸堤基滲漏堤段的土層結(jié)構(gòu)可歸納為4種類型，見表1。

表1 民主垸堤基滲漏堤段地層結(jié)構(gòu)特征表

2.2 堤基滲流穩(wěn)定分析

據(jù)以上四類地層結(jié)構(gòu)的堤段，結(jié)合堤內(nèi)外滲流邊界條件及險(xiǎn)情分布情況，選取8個(gè)典型斷面進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算工況采用外河為設(shè)計(jì)洪水位，垸內(nèi)為低水位或無水情況時(shí)對(duì)堤基滲流穩(wěn)定最不利的工況。考慮到民主垸堤基地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，滲流計(jì)算采用滲流有限元分析方法，該方法的基本方程如下：

式中［K］——透水系數(shù)矩陣；

｛H｝——總水頭向量；

［M］——單元儲(chǔ)水量矩陣；

｛Q｝——流量向量；

t——時(shí)間。

計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的理正滲流分析軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果見表2。

從表2可以看出，所有斷面均不能滿足滲透穩(wěn)定要求，存在滲透破壞的可能性。

表2 堤基滲流穩(wěn)定計(jì)算成果

根據(jù)上述堤基滲流穩(wěn)定分析成果，并結(jié)合歷年出現(xiàn)的險(xiǎn)情，確定民主垸需要進(jìn)行滲控處理的堤長為24.72 km。

3 堤基滲控處理方案比選

堤防工程擋水時(shí)間短，承受水頭差不大，為便于地下水交換，堤基滲控處理以排為主、防滲為輔的“上堵下排”原則進(jìn)行。上堵即在迎水面作防滲鋪蓋或作垂直防滲墻以截?cái)嗤杆ǖ?；下排即在背水面采用透水材料作壓浸平臺(tái)或減壓井、導(dǎo)浸溝等。目前洞庭湖區(qū)常用的堤基防滲工程措施為垂直防滲（垂直防滲墻等）和水平防滲（堤后壓浸平臺(tái)）等。

根據(jù)民主垸堤基地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和分類，其堤基滲控處理方案分述如下：

（1）Ⅰ類堤基。該類堤基因強(qiáng)透水層以下無相對(duì)不透水層為依托，采用垂直防滲墻只能為懸掛式，不能滿足滲透穩(wěn)定要求。從防滲效果來看，對(duì)深厚透水地基而言，在堤防背水側(cè)加壓浸平臺(tái)是比較合適的滲控措施，經(jīng)計(jì)算，壓浸平臺(tái)寬度需（80～120）m，單一壓浸方案不僅占用大量的土地，還需拆遷房屋和移民，故選擇單一壓浸和壓浸結(jié)合垂直防滲的方案進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。

從表3成果可以看出：單一壓浸方案占地多、工程造價(jià)高，而壓浸結(jié)合垂直防滲方案比單一壓浸方案占地少、工程造價(jià)低，故對(duì)這類堤基選用壓浸結(jié)合垂直防滲的滲控方案。

（2）Ⅱ類堤基。該類堤基因強(qiáng)透水層以下有相對(duì)不透水層為依托，采用垂直防滲墻可以形成封閉，能徹底解決堤基滲漏問題，因此從技術(shù)上說，采用垂直防滲墻和堤后壓浸平臺(tái)兩種堤基滲控處理方案都是可行的，考慮到垸內(nèi)居民大都沿堤筑房居住，采用堤后壓浸平臺(tái)的堤基滲控方案往往占地拆遷移民工作量大，故選擇采用垂直防滲墻方案防滲。

（3）Ⅲ類堤基。該類堤基與Ⅰ類堤基有相似之處，強(qiáng)透水層以下無相對(duì)不透水層為依托，采用垂直防滲墻只能為懸掛式，不能滿足滲透穩(wěn)定要求。從防滲效果來看，對(duì)深厚透水地基而言，在堤防背水側(cè)加壓浸平臺(tái)是比較合適的滲控措施，經(jīng)計(jì)算，壓浸平臺(tái)寬度需（80～120）m，單一壓浸方案不僅占用大量的土地，還需拆遷房屋和移民，故選擇單一壓浸和壓浸與垂直防滲相結(jié)合的方案進(jìn)行比較，其比較見表3。

表3 單一壓浸與壓浸結(jié)合垂直防滲方案比較

從表3可以看出：單一壓浸方案占地多、工程造價(jià)高，而壓浸結(jié)合垂直防滲方案比單一壓浸方案占地少、工程造價(jià)低，故對(duì)這類堤基選用壓浸結(jié)合垂直防滲的滲控方案。

（4）Ⅳ類堤基。該類堤基的特點(diǎn)是強(qiáng)透水層以上有較厚的弱透水層，但弱透水層內(nèi)局部夾有粉細(xì)砂或透鏡體等透水層，對(duì)這類堤基可采用垂直防滲墻方案將堤基上部弱透水層中的粉細(xì)砂或透鏡體等透水層封閉，截?cái)酀B流在弱透水層中的通道，達(dá)到防滲的目的。

4 結(jié)語

民主垸堤防構(gòu)筑在水網(wǎng)地區(qū)，堤基地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)該垸堤防堤基的結(jié)構(gòu)類型和滲流特點(diǎn)，通過滲流穩(wěn)定計(jì)算與分析，并對(duì)滲控處理方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和研究后確定該垸堤基滲控處理方案如下：

（1）對(duì)民主垸的Ⅰ類及Ⅲ類堤基，因強(qiáng)透水層以下無相對(duì)不透水層為防滲依托，堤基滲控方案采用壓浸結(jié)合垂直防滲的方案。

（2）對(duì)民主垸的Ⅱ類堤基，因強(qiáng)透水層以下有相對(duì)不透水層為依托，故采用封閉式垂直防滲墻方案。

（3）對(duì)民主垸的Ⅳ類堤基，因強(qiáng)透水層上部的弱透水層較厚，采用垂直防滲墻封閉弱透水層中的粉細(xì)砂或透鏡體等透水層的方案。