馬　茵

(柳州市防洪排澇工程管理處， 廣西 柳州　545001)

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河?xùn)|堤堤身滲透破壞成因及防滲加固措施研討

馬茵

(柳州市防洪排澇工程管理處， 廣西 柳州545001)

【摘要】防洪工程體系中，堤防工程是防御洪水的重要屏障，但堤防的滲漏破壞，可能誘發(fā)決口、潰堤，對堤內(nèi)人群生命財(cái)產(chǎn)造成赤裸裸的威脅。本文以河?xùn)|堤為例，對堤身滲透破壞情況和原因進(jìn)行深入剖析，提出河?xùn)|堤堤身滲透破壞防治措施，以期作為防滲加固工程的施工技術(shù)指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】河?xùn)|堤； 堤身滲透； 防滲加固

1工程概況

河?xùn)|堤位于柳州市河?xùn)|區(qū)，落成于2005年5月，以下游河?xùn)|村為起點(diǎn)，途經(jīng)橫跨河?xùn)|橋、王家村、目估沖、壺東橋、文昌橋、三棉廠、市窯埠碼頭，止于上游河?xùn)|水廠，全程5.506km，包括457m土堤、4006m混凝土堤、126m土石混合堤、917m鋼筋混凝土堤，共保護(hù)河?xùn)|區(qū)3.54km2面積和當(dāng)?shù)?.57萬人口。河?xùn)|堤的堤防剖面見圖1。

圖1　河?xùn)|堤堤防剖面

從圖1中，可看出河?xùn)|堤的堤防由堤身和堤基組成，處于Ⅱ級階地前緣，堤線近靠岸坡，岸坡穩(wěn)定條件較差，其主材料為填土、黏土，其中堤身的填土滲透系數(shù)均值5×10-5cm·s-1、滲透系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差2×10-5cm·s-1、允許水力坡降0.51；堤基土持力層大部分為黏土、粉質(zhì)黏土，滲透系數(shù)均值4.5×10-5cm·s-1，滲透系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差3×10-5cm·s-1，允許水力坡降0.5。根據(jù)以上材料參數(shù)，選取案例200單元數(shù)量和478節(jié)點(diǎn)數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建河?xùn)|堤堤身的有限元滲流模型，見圖2。

圖2　河?xùn)|堤堤身有限元滲流模型

根據(jù)以上的有限元滲流模型計(jì)算河?xùn)|堤堤身的滲流，定水頭邊界，分別為上游堤身的坡面和底面，兩者都低于上游的洪水位，而溢出邊界在河?xùn)|堤的下游，同樣是堤身的坡面和地面，其余位置都屬于不透水的邊界。通過分析，現(xiàn)場根據(jù)不同的洪水位，隨機(jī)抽取3000多個(gè)滲透參數(shù)樣本，最終發(fā)現(xiàn)洪水位在5.4m時(shí)，河?xùn)|堤的滲透破壞概率達(dá)到1.8%，并有增大的趨勢。

2堤身滲透破壞及成因分析

緊扣河?xùn)|堤堤身的有限元滲透分析，歸納總結(jié)河?xùn)|堤堤身滲透破壞的幾種主要類型：

a.管涌。在堤基位置，土層隆起、浮動和膨脹，引發(fā)堤身管涌問題，在已經(jīng)出現(xiàn)漏洞的位置，發(fā)現(xiàn)某些部位存在砂層和架空磚石塊，這些部位在汛期時(shí)，滲透坡降在堤身土體抗?jié)B臨界坡降標(biāo)準(zhǔn)之上，表明土層較為薄弱的位置，出現(xiàn)頂破并溢出夾泥滲流的可能性比較高，如果未能及時(shí)防治，滲流破壞會持續(xù)加重，最終導(dǎo)致穿孔、塌陷、跌窩等險(xiǎn)情出現(xiàn)。

b.接觸沖刷。河?xùn)|堤堤身集中滲流位置，滲流產(chǎn)生沖刷力，在堤身土體抗?jié)B強(qiáng)度之上，目前堤身的橫向貫穿裂縫，正是接觸沖刷影響所致，具有引發(fā)地方潰決的隱患。譬如在堤身3+155～3+432、4+930～5+110段，其填土類型以砂質(zhì)黏土居多，但與壩基壤接的位置，中粗砂粒為主成分，通過現(xiàn)場的注水試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)堤身的土體為中等透水性，不具備較高的壓實(shí)度和質(zhì)量，容易產(chǎn)生接觸沖刷等滲透破壞現(xiàn)象。

c.岸坡坍塌、塌滑。僅有壺東橋上下游段各100m位置設(shè)置有橋墩護(hù)岸，壺東橋下游段2+500～3+050段岸坡存在下河碼頭、水上公交站平臺等重要設(shè)施，浮橋位于現(xiàn)狀柳江河岸坡腳水岸邊，緊貼岸坡腳植被浮動，對應(yīng)河?xùn)|堤堤防樁號1+530～2+230范圍段，現(xiàn)狀岸坡無護(hù)岸及護(hù)腳，現(xiàn)狀岸坡存在嚴(yán)重的坍塌、塌滑情況。

3河?xùn)|堤堤身滲透破壞防治措施

針對河?xùn)|堤堤身滲透破壞的情況，正面要求通過提高堤身密實(shí)度、結(jié)合密度、固基等方法，增強(qiáng)堤身抵抗?jié)B流破壞的能力，相應(yīng)的技術(shù)手段可歸納為“前堵”“后排”“中間截”三個(gè)方面。

3.1前堵

a.增設(shè)截滲環(huán)和防滲鋪蓋。以增強(qiáng)堤身的密實(shí)性和結(jié)合密度為目的，需將5道截滲環(huán)，依次布置于管壁，再回填防滲性能較好的黏土，在布設(shè)截滲環(huán)時(shí)，發(fā)現(xiàn)臨水側(cè)位置，在河勢水流的波及下，防滲鋪蓋施工難度比較大。在檢查不透水層埋深和厚度之后，計(jì)算出防滲鋪面的長度和厚度標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)檢查天然弱透水層的分布、滲透系數(shù)、滲透坡降和厚度等，嘗試性將其作為防滲鋪蓋，同步以人工鋪蓋補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，彌補(bǔ)天然弱透水層鋪蓋的薄弱位置，基本能夠保證防滲鋪蓋施工的效果。

b.前戧。前戧施工的前提，是掌握滲流規(guī)律，目的是補(bǔ)強(qiáng)堤身。在施工時(shí)，仔細(xì)甄選土料類型，分別試用不同滲透系數(shù)的土料，發(fā)現(xiàn)滲透系數(shù)偏低的土料較為適用該工程，將其填筑于堤身臨水位置，構(gòu)筑坡度1∶3 的土平臺，但其高程，必須控制在洪水位1m左右，才能夠起到降低背水側(cè)出逸比降的作用。

c.土工膜鋪設(shè)。土工膜鋪設(shè)在堤壩的迎水面位置，土工膜具有比較高的抗拉強(qiáng)度，可增強(qiáng)堤身的抗變形能力，其施工效果見圖3。

圖3　土工膜鋪設(shè)

在圖3的堤壩位置鋪設(shè)土工膜，施工方案要求根據(jù)防滲鋪蓋計(jì)算出土工膜的長度，而高度的控制，規(guī)定控制在設(shè)計(jì)洪水位1m以上。在鋪設(shè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)土工膜和堤身接觸位置有滑動跡象，削弱堤坡防滲的穩(wěn)定性，檢查土工膜和砂土之間的摩擦系數(shù)，發(fā)現(xiàn)在土石料摩擦系數(shù)以內(nèi)，重新調(diào)整土工膜在基面的平置狀態(tài)，在拉伸土工膜時(shí)，留出均勻的小皺褶，形成鋸齒平面。在此基礎(chǔ)上，以搭接、黏結(jié)和焊接相結(jié)合的方法，布置鋪放接縫。鋪設(shè)好土工膜之后，在其上加鋪保護(hù)層，在水位下降時(shí)，土工膜表面存在反向滲壓，在其表面夯鋪厚度0.5m以上的沙壤土，再鋪上砌墊層，基本控制了反向滲壓的影響。

3.2后排

a.后戧。在后排工序中，后戧技術(shù)要求加大背水側(cè)的堤身斷面面積，以便提高堤身斷面的抗?jié)B性能，但在施工時(shí)受到堤坡出逸的影響，給浸潤線控制增加些許難度，在分析所選用填筑材料的透水性能之后，以原堤身材料透水性能為標(biāo)桿，將后期選用材料的透水性控制在該標(biāo)準(zhǔn)之上，即可提高浸潤線控制的成效，又為后排施工奠定有利的技術(shù)基礎(chǔ)。

提高自我覺察的能力，是在人際關(guān)系上強(qiáng)化精神激勵的重要方面。美國人本主義理論的代表人物馬斯洛指出：“真正讓一個(gè)人改變的是對自我的覺察”，是“對自己做出恰如其分的判斷”。自我覺察能力的體現(xiàn)重要的是了解自己的實(shí)際需要和生活目標(biāo)。例如在生活目標(biāo)上，重要的表現(xiàn)是“為”和“樂”?！盀椤钡哪芰τ写笥行?，為團(tuán)隊(duì)、為企業(yè)、為社會、為別人、為自己做有益的事情，都是“為”?！皹贰笔菒傂慕◇w，陶冶感情，交友增益。提高自我覺察能力，了解自己，全面看問題，增強(qiáng)價(jià)值感，是處理好人際關(guān)系，造就高效、健康、愉悅和昂揚(yáng)向上的職業(yè)狀態(tài)的重要前提。

b.構(gòu)筑后戧臺。后戧臺亦稱為堤防淤背，在堤壩的背水側(cè)，是堤身抗壓和防滲的重要結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是整個(gè)堤壩減少管涌破壞的重要位置。在該工程中淤背的構(gòu)造情況見圖4。

圖4　工程堤防淤背

按照圖4構(gòu)筑堤防淤背，前提是掌握堤壩的滲流情況，并分析可能出現(xiàn)的各種險(xiǎn)情。經(jīng)分析，確定主要的險(xiǎn)情集中于堤身背水側(cè)坡角10m的范圍內(nèi)，僅有極小部分的限期在該范圍之外，因此選定10m作為淤背的標(biāo)準(zhǔn)寬度，高度則以堤頂部作為參照，控制在2.5m左右。施工實(shí)踐證明，該工程堤防淤背的構(gòu)造，有效抑制了周圍管涌問題的出現(xiàn)，尤其在壩腳附近，管涌現(xiàn)象基本得到控制，說明堤身抵抗承壓水頭的性能有了大幅度提升。在此基礎(chǔ)上，考慮到堤基原先用于消除滲透破壞影響的減壓井，被淤泥嚴(yán)重堵塞，大大削弱了排水效果，建議將其拆除，采用以上提到的管涌問題消除辦法，同步解決減壓和排水的問題。

3.3中間截

中間截是施工的重點(diǎn)，其工序包括鉆探灌漿加固、設(shè)立黏土截水槽、劈裂灌漿、垂直鋪塑、液壓開槽機(jī)城墻，在堤身位置布置封閉模式的垂直防滲墻結(jié)構(gòu)，作為截段滲透破壞通道的水下結(jié)構(gòu)體，同時(shí)也是徹底解決堤身滲透破壞問題的重要舉措。

a.鉆探灌漿加固。根據(jù)堤身滲流隱患點(diǎn)的位置，梅花狀布置鉆孔，且鉆孔深度，務(wù)必到達(dá)滲透隱患的部位，該工程的鉆探灌漿鉆孔，按照圖5形式布置。

圖5　鉆探灌漿孔布置

布孔后，選用摻有少量泥土的沙壤土，經(jīng)攪拌形成加固泥漿，在現(xiàn)場試驗(yàn)確定灌漿壓力后，往每個(gè)孔內(nèi)灌漿加固，共處理200km的堤身滲透破壞隱患。

b.設(shè)立黏土截水槽。考慮到河?xùn)|堤堤基透水層比較淺，因此有必要在堤身迎水面，用堤身同類的防滲材料，布置黏土截水槽，但截水槽材料的壓實(shí)密度，應(yīng)控制在堤身材料密實(shí)度以內(nèi)，其槽底寬度標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合每個(gè)不透水層位置的滲透坡降允許值，以及現(xiàn)場施工條件選定，同時(shí)將底部嵌入不透水層內(nèi)，方可達(dá)到預(yù)期的截滲效果。

c.劈裂灌漿。采用常規(guī)的防滲方式無法滿足河?xùn)|堤存在砂層和洞穴隱患的防滲需求，需要沿著堤身軸向應(yīng)力的方向，從堤頂往下劈開堤身，依次排布灌漿孔，灌漿后形成連續(xù)結(jié)構(gòu)型式的防滲心墻，厚度0.15m。灌漿后，存在洞穴和砂層的隱患部位，都能夠得到充填、擠壓和密實(shí)。施工期間，由于漿液配比不合理，發(fā)現(xiàn)漿體固結(jié)難度比較大，對此重新選取漿體材料，并在實(shí)驗(yàn)室完成配比試驗(yàn)，保證了漿體的正常固結(jié)。

4結(jié)論

從河?xùn)|堤的施工結(jié)果可知堤身達(dá)到了防滲標(biāo)準(zhǔn)，其成效可歸納為以下幾點(diǎn)：

a.分析滲流場后，發(fā)現(xiàn)逸出網(wǎng)格相比原來有所增大，說明坡降已經(jīng)得到縮小控制，同時(shí)根據(jù)下游堤防的狀態(tài)，分別驗(yàn)算了穩(wěn)定滲流時(shí)的背水側(cè)堤坡和洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡，最終確定堤身的抗滑穩(wěn)定趨于安全態(tài)勢。

b.在鋪筑土工膜時(shí)，堤壩的斷面寬度加大，在臨河一側(cè)的坡度，也表現(xiàn)出緩和的狀態(tài)，另外土工膜的加筋錨固作用，讓土工膜和堤身內(nèi)的土體完全接觸，驗(yàn)算滑動面的抗滑穩(wěn)定后，基本確定可以忽略孔隙水壓力對土工膜抗滑摩擦力的影響，斷定反向滲壓的影響問題得到有效控制。

c.除了以上的防滲加固方法，建議在非汛期時(shí)，全方位檢查堤身是否有隱患，并第一時(shí)間進(jìn)行治理；在汛期時(shí)，高度戒備和檢查，提前制訂合理的搶險(xiǎn)預(yù)案，防范于未然。

通過研究，基本明確了河?xùn)|堤堤身滲透破壞的成因和防滲加固方法，其他堤壩工程參考借鑒河?xùn)|堤防滲加固施工經(jīng)驗(yàn)時(shí)，需結(jié)合自身的防滲加固要求和條件，保證這些方法的適用性。

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DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.011

中圖分類號：TV871

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1005-4774(2016)07- 0041- 04

Discussion on Hedong Dike seepage failure formation causes and anti-seepage reinforcement measures

MA Yin

(LiuzhouFloodControlandDrainageEngineeringManagementOffice,Liuzhou545001,China)

Abstract：Dike engineering is an important barrier to prevent flood in flood control engineering system. However, dam seepage failure can lead to burst and levee breaches, thereby threatening people’s life and property greatly. In the paper, Hedong Dike is adopted as an example. Dam seepage failure condition and causes are analyzed deeply. Preventive measures are proposed on dam seepage failure in Hedong Dike, thereby it can be used as construction technology guidance of anti-seepage reinforcement engineering.

Key words：Hedong Dike; dam seepage; anti-seepage reinforcement