董 軍

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

遼河是我國(guó)七大江河之一，受限于筑堤時(shí)經(jīng)濟(jì)條件和技術(shù)條件，目前砂堤砂基廣泛存在，特別是遼河干流中上游地區(qū)砂堤砂基占比超過(guò)50%，洪水期散滲及個(gè)別堤段管涌對(duì)堤身安全構(gòu)成巨大威脅，按照水利部提出的防洪工程補(bǔ)短板要求，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，優(yōu)先對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)治理，筆者根據(jù)多年來(lái)對(duì)遼河基本情況的熟稔和全省砂堤砂基處理技術(shù)的跟蹤研究，提出遼河干流不同砂堤砂基類(lèi)型處理技術(shù)方案的一些個(gè)人想法，供同仁參考。

1 遼河干流砂堤砂基分布現(xiàn)狀

遼河干流現(xiàn)有堤防主要是1987年～1991年整治加固后形成的。遼河干流堤防所建地段主要為第四系松散堆積層，其表部為粘土、砂土，下部為粉砂、細(xì)砂、中粗砂等。遼河堤防建設(shè)筑堤土料，多數(shù)為臨堤取土，限于當(dāng)時(shí)筑堤工藝及工程總投資限制，土料質(zhì)量和碾壓質(zhì)量并無(wú)非常嚴(yán)格和正規(guī)要求，因此很多流域內(nèi)沖泄淤積的粉土細(xì)砂以及粉細(xì)砂等都隨粘性土料上堤，成為目前遼河堤防土料的組成部分。遼河現(xiàn)有砂堤砂基共計(jì)233處，總長(zhǎng)383.448 km，已治理（含已有治理計(jì)劃及計(jì)劃治理但未實(shí)施）長(zhǎng)50.600 km。通過(guò)對(duì)未治理的砂堤砂基進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核，現(xiàn)狀砂堤砂基不滿(mǎn)足規(guī)范要求的成險(xiǎn)砂基砂堤共計(jì)100處，需治理總長(zhǎng)約159.491 km。

2 砂堤砂基破壞主要成因和類(lèi)型

遼河洪水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，全河堤防均能形成穩(wěn)定滲流，滲透性較強(qiáng)且抗沖刷性能較差的砂基砂堤，在堤身穩(wěn)定滲流期，背水堤坡及管理地的土體產(chǎn)生變形破壞，主要分為兩種類(lèi)型：

1）由于堤身和堤基土料滲透系數(shù)較大，且不均勻系數(shù)較高，孔隙水穿過(guò)堤身土體后將細(xì)顆粒帶走，表現(xiàn)為散滲或管涌，持續(xù)一段時(shí)間后，堤身滲流土體細(xì)顆粒被大量帶走后，粗顆粒骨架在上層土體重力作用下坍塌，導(dǎo)致潰堤失事。

2）背水護(hù)堤地存在雙層堤基，即上層為厚度較薄的弱透水土層，下層有連續(xù)且較深的強(qiáng)透水層，同時(shí)堤防臨水側(cè)灘地弱透水層厚度較小、不連續(xù)或?yàn)┑鬲M窄主槽近堤，遭遇洪水時(shí)，堤基中強(qiáng)透水層分擔(dān)水頭壓力較小，弱透水底部承壓水頭較高，弱透水層層間水力比降過(guò)大，對(duì)上部弱透水層結(jié)構(gòu)造成破壞，形成集中滲流造成局部流土，向堤防內(nèi)部發(fā)展成為連通的通道，如果通道持續(xù)發(fā)展，堤防可能出現(xiàn)下沉、開(kāi)裂甚至潰堤。

第一種管涌的產(chǎn)生一個(gè)原因是堤身土體的特殊性，但主要是因?yàn)橛乘^差較大，造成堤身浸潤(rùn)線(xiàn)水位過(guò)高、水力比降超出土體復(fù)核造成的，解決的關(guān)鍵點(diǎn)在于降低堤防內(nèi)浸潤(rùn)線(xiàn)高度，增大有效滲徑，減小水力比降。第二種雙層堤基破壞的機(jī)理，同樣為背水側(cè)護(hù)堤地或堤腳部分承受了較高的水頭壓力差，同時(shí)上覆土層的厚度和重量不足以平衡滲流的浮力，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)后，其治理方式一般為增加背水側(cè)壓載或在堤腳后挖排水井，降低出溢水壓力等。

3 治理原則

遼河兩岸堤防砂堤砂基數(shù)量較多，規(guī)模較大，通過(guò)查閱遼河兩岸沿線(xiàn)堤防的詳細(xì)地質(zhì)勘測(cè)資料，逐堤段進(jìn)行滲流穩(wěn)定計(jì)算復(fù)核，力爭(zhēng)采用最可行有效的方法，將成險(xiǎn)的砂堤砂基徹底治理。處理主要遵循以下基本原則：

1）系統(tǒng)治理，逐段排查，不亂治、不漏治、不重治。依據(jù)地勘資料，逐個(gè)堤段進(jìn)行滲流穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算，明確劃分成險(xiǎn)堤段，確保不漏掉成險(xiǎn)堤段。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，并與地方水利主管部門(mén)確認(rèn)，本次砂堤砂基治理范圍篩除已治理或已有治理計(jì)劃的砂堤砂基，避免重復(fù)建設(shè)。

2）對(duì)癥下藥，根據(jù)破壞型式及成險(xiǎn)原因，采取行之有效的治理措施，徹底消除隱患。由于各段堤防地質(zhì)條件差異性較大，導(dǎo)致各堤段滲流成險(xiǎn)原因有所不同，因此，應(yīng)首先分析成險(xiǎn)的原因和類(lèi)型，再對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性的工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以達(dá)到從根本上消除隱患的目的。

3）因地制宜，統(tǒng)籌兼顧，充分考慮占地條件、城市景觀要求、堤防加培型式、施工難度、工程效果等因素，確保工程易于實(shí)施、環(huán)境協(xié)調(diào)、經(jīng)濟(jì)合理。遼河砂堤砂基涉及市縣范圍廣，各河段的占地、景觀的要求均有所不同，應(yīng)根據(jù)外部條件不同采取適合的治理措施，同時(shí)堤防加培是否對(duì)堤身造成擾動(dòng)也成為砂堤砂基治理型式選擇的參考因素之一。

4）工程型式便于后期運(yùn)行、管理與維護(hù)。遼河砂堤砂基數(shù)量較多，砂堤砂基采取工程措施后，其后期運(yùn)行、管理與維護(hù)的需求量較大，根據(jù)砂堤砂基類(lèi)型基本確定治理措施后，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化工程的結(jié)構(gòu)型式，確保工程運(yùn)行成本低、后期管理方便、易于維護(hù)。

4 防滲治理技術(shù)原理

堤防滲流破壞幾乎伴隨著人類(lèi)堤防建設(shè)的全歷史，幾千年來(lái)勞動(dòng)人民通過(guò)觀察和反復(fù)試驗(yàn)，積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)，從工程措施的位置上可分為堤前、堤身和堤后，方法可分為“蓋、截、導(dǎo)、壓”四個(gè)方面。

1）“蓋”主要布置在堤前，即將進(jìn)入堤防的滲透量盡量降低，同時(shí)降低進(jìn)入堤身的水頭壓力，一般采用粘性土料在堤防臨水堤腳外或堤坡建設(shè)一定厚度且具有一定寬度規(guī)模的粘土鋪蓋，形成相對(duì)的不透水層防護(hù)。一般防滲鋪蓋的寬度約為臨河水深的15～20倍，這種方法主要適用于堤基防滲，堤防迎水側(cè)有較為開(kāi)闊平坦的河灘地，且粘土料場(chǎng)供料充分，運(yùn)輸距離近。現(xiàn)狀遼河堤防迎水側(cè)多種植防浪林，難以形成較為連續(xù)完整的鋪蓋層，且遼河沿線(xiàn)粘土料場(chǎng)較少，取料較難，因此這種方法在遼河中應(yīng)用范圍有限。

2）“截”主要布置在堤身，是近現(xiàn)代發(fā)展起來(lái)的處理砂堤砂基的工藝，一般是指在堤身的臨水堤腳或中前部堤身建造連續(xù)的防滲體，通過(guò)防滲體基本截?cái)嘣瓉?lái)的浸潤(rùn)線(xiàn)通道或較大的減少通過(guò)防滲體的滲流量，增加延長(zhǎng)過(guò)堤有效滲徑，降低堤身的滲流水頭。防滲工程一般修在堤防臨水側(cè)和堤基內(nèi)，對(duì)堤身滲流和堤基滲流都適用，工程不占地或占地較少。遼河砂堤防滲設(shè)計(jì)可采用此方法針對(duì)滲流水頭比降大、堤身浸潤(rùn)線(xiàn)高的砂基砂堤進(jìn)行除險(xiǎn)治理。

3）“導(dǎo)”主要布置在背水堤腳，一般在新建堤防或老堤加固的背水側(cè)堤腳修建滲透系數(shù)較大的導(dǎo)滲結(jié)構(gòu)，加速通過(guò)堤身的滲流速度并及時(shí)排出堤防，保證背水側(cè)堤腳安全，另外由于導(dǎo)滲結(jié)構(gòu)的允許水力坡降遠(yuǎn)超原筑堤材料，基本不存在導(dǎo)滲結(jié)構(gòu)滲流破壞的問(wèn)題。導(dǎo)滲措施方面，目前效果較好應(yīng)用較多的有排水棱體、排滲溝、貼坡排水、減壓井等。遼河堤防背水側(cè)多數(shù)為農(nóng)村段，對(duì)于滲流排水量不敏感，且遼河背水一般均有大于10 m的護(hù)堤地，工程實(shí)施具有較好條件。

4）“壓”主要布置在背水護(hù)堤地，解決護(hù)堤地雙層堤基相對(duì)不透水層底部揚(yáng)壓力大于其上部有效壓重的問(wèn)題，通過(guò)在相對(duì)不透水層頂部增加滲透系數(shù)較大覆蓋層的方法，增加相對(duì)不透水層重力，達(dá)到壓應(yīng)力大于浮力，保持堤基穩(wěn)定的目的，有效防止背水護(hù)堤地的滲透破壞。遼河堤防背水側(cè)壓載主要采用填土（或粉細(xì)砂）法，使用較為普遍。壓載蓋重的方法，主要適用于上層為弱透水薄弱層的雙層堤基的情況，可以有效抑制堤基滲流導(dǎo)致的破壞。遼河迎水側(cè)洪水期水頭較高，背水側(cè)護(hù)堤地粘性土層厚度一般不超過(guò)2 m，通過(guò)多年洪水期觀察和理論計(jì)算，均有很多堤段需要進(jìn)行處理，有條件區(qū)域可考慮采用背水壓重的型式進(jìn)行除險(xiǎn)治理。

對(duì)于背水堤坡、堤腳產(chǎn)生的流土及管涌等滲透破壞問(wèn)題，根據(jù)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，遼河上比較行之有效的方法主要以“截”為主，即在臨水堤腳和堤身部位設(shè)置連續(xù)防滲墻，包括垂直鋪塑+堤坡防滲膜、高噴灌漿和混凝土攪拌樁等。堤身導(dǎo)滲運(yùn)用較多的型式主要包括排水棱體、透水后戧等。

對(duì)于雙層堤基引起的堤基滲流穩(wěn)定問(wèn)題，綜合考慮工程占地因素和可實(shí)施性，推薦采用堤基排滲措施，通過(guò)導(dǎo)滲結(jié)構(gòu)，及時(shí)排出背水堤基滲流，降低堤基覆蓋層承壓水頭和滲透壓力，應(yīng)用較為廣泛的導(dǎo)滲方法包括減壓井、排滲溝等。

5 處理方案及典型結(jié)構(gòu)

經(jīng)綜合各方面方案優(yōu)缺點(diǎn)比選，推薦遼河砂堤砂基處理中截滲措施以深層水泥攪拌樁為主，堤身滲流穩(wěn)定破壞以建設(shè)排水后戧為主，雙層地基滲流破壞以建設(shè)排滲溝減壓為主。

1）水泥攪拌樁

水泥攪拌樁從上世紀(jì)90年代在遼河流域得到廣泛應(yīng)用，其原理為利用水泥等材料作為固化劑，借助攪拌機(jī)械，將堤身堤基的粉細(xì)砂等土料和固化劑強(qiáng)制攪拌，通過(guò)水泥等固化劑與土料所產(chǎn)生的物理和化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到固化、硬化一定范圍內(nèi)堤身土體，使之具有一定強(qiáng)度和較小滲透系數(shù)的連續(xù)樁體，根據(jù)需要建設(shè)單排或多排具有防滲能力的墻體。水泥攪拌樁成墻截滲效果與固結(jié)劑的使用量、地下水徑流情況和土體質(zhì)量相關(guān)，固結(jié)劑使用量過(guò)高或過(guò)低均對(duì)成墻效果有較為明顯影響，一般需要在經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定固結(jié)劑摻混比例；地下水徑流的流動(dòng)性對(duì)水泥漿的濃度有較大影響，一般流動(dòng)性較大的應(yīng)適當(dāng)加大固結(jié)劑使用量，相反可適當(dāng)減少；土體質(zhì)量決定了成墻的強(qiáng)度和整體效果，顆粒較粗孔隙率較大成墻效果一般較差，中粗砂或卵礫石不但成墻效果不佳，且攪拌難度也成倍加大，往往樁柱之間偏移角不容易控制在合理范圍，反之細(xì)顆粒特別是淤泥、粉土、粉細(xì)砂等實(shí)施難度較小且成墻效果較好，但土體中有機(jī)質(zhì)含量過(guò)高或地下水酸堿度過(guò)高均會(huì)影響成墻質(zhì)量。

遼寧省實(shí)施水泥攪拌樁作為防滲手段相比于南方較晚，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等相對(duì)欠缺，目前全國(guó)整體技術(shù)的進(jìn)步，不但成墻工藝和效率進(jìn)步較大，成墻深度亦有了很大提高，省內(nèi)目前較為經(jīng)濟(jì)的成墻深度亦可以達(dá)到18 m以上。深層水泥攪拌樁對(duì)現(xiàn)有堤身結(jié)構(gòu)無(wú)不利影響，對(duì)現(xiàn)有堤坡等生態(tài)景觀不形成擾動(dòng)，工程實(shí)施難度不大、場(chǎng)地要求較低，工程投資中等，可適用于大部分遼河砂堤和粉細(xì)砂堤基的處理。深層水泥攪拌樁工程示意圖見(jiàn)圖1。遼河上包括昌圖縣于家砂堤砂基段、開(kāi)原市項(xiàng)家窩棚砂堤砂基段等在2005年采用此種工程型式進(jìn)行處理，處理后背水堤身及護(hù)堤地在包括2010年、2013年、2019年歷次洪水中均無(wú)明顯滲水和地面隆起，工程治理達(dá)到了預(yù)期效果。

圖1 砂基砂堤深層水泥攪拌樁典型斷面圖

2）透水后戧

透水后戧（又名透水壓浸臺(tái)），是在背水堤坡填筑透水性比堤身大的材料，利用透水后戧增大堤身斷面，延長(zhǎng)堤身的滲浸以達(dá)到穩(wěn)定堤身的效果。為保證透水后戧的滲透穩(wěn)定，防止?jié)B透水流逸出表面時(shí)出現(xiàn)管涌與流土引發(fā)滲透破壞，可設(shè)置分層反濾結(jié)構(gòu)，并用塊石壓載。透水后戧頂部高出浸潤(rùn)線(xiàn)在堤坡上的逸出點(diǎn) 0.5 m～1 m，頂寬 2 m～4 m，邊坡 1∶3～1∶5。

透水后戧的優(yōu)點(diǎn)是，不破壞現(xiàn)有堤防，施工方便，造價(jià)低，在運(yùn)用過(guò)程中便于觀察和維修，同時(shí)，在一定程度上起到擴(kuò)大堤身斷面的作用，提高了堤防的穩(wěn)定性。透水后戧的工程示意圖見(jiàn)圖2。遼河上包括鐵嶺縣藥王廟砂堤砂基段、法庫(kù)縣龍王廟砂堤砂基段等在2008年采用此種工程型式進(jìn)行處理，處理后背水堤身在包括2010年、2013年、2019年歷次洪水中整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無(wú)滑坡，洪水后期有清水滲出、無(wú)土體顆粒，工程治理達(dá)到了預(yù)期效果。

圖2 透水后戧工程典型橫斷面圖

3）排滲溝

排滲溝法是在背水側(cè)堤腳一定范圍內(nèi)開(kāi)挖溝槽，通過(guò)將背水相對(duì)不透水層挖穿，借助背水排水系統(tǒng)，排出透過(guò)堤基的孔隙水，降低堤后覆蓋層內(nèi)水壓力和堤身滲流出溢點(diǎn)高度，防止發(fā)生管涌、流土、沙沸、地面隆起等現(xiàn)象的一種排滲措施。需要注意的是，雙層堤基做排滲溝時(shí)要確定挖穿表層弱透水層，將溝底置于強(qiáng)透水層上，否則無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。排滲溝根據(jù)其運(yùn)行情況，可分為明溝和暗溝，為了保障排滲效果，其溝底和邊坡都要設(shè)置反濾層。

排滲溝工程施工簡(jiǎn)便快捷，工程效果好，工程造價(jià)低，相對(duì)而言后期運(yùn)行需增加相應(yīng)的管理和監(jiān)測(cè)措施。根據(jù)遼河實(shí)際情況，推薦采用暗溝的排滲溝方案。排滲溝的工程結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。遼河上包括盤(pán)山縣三道溝砂堤砂基段、臺(tái)安縣劉家砂堤砂基段等在2010年采用此種工程型式進(jìn)行處理，處理后背水堤身在包括2013年、2019年等歷次洪水中背水堤坡穩(wěn)定無(wú)滑坡，背水護(hù)堤地整體穩(wěn)定無(wú)隆起和水流滲出，排滲溝頂面無(wú)水流外溢，排滲溝入周邊溝渠有明顯成股清水，工程治理達(dá)到了預(yù)期效果。

圖3 排滲溝工程典型橫斷面圖

6 結(jié)語(yǔ)

1）遼河砂堤砂基眾多，其形成具有一定歷史原因，對(duì)堤防的安全穩(wěn)定構(gòu)成持續(xù)性威脅，其處理非常必要。

2）遼河沿岸多數(shù)為農(nóng)村段，其堤防結(jié)構(gòu)以均質(zhì)土堤為主，但受限于筑堤土料和當(dāng)時(shí)筑堤經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，很多堤身及堤基均為復(fù)合結(jié)構(gòu)，出險(xiǎn)類(lèi)型往往不是單一的，因此處理方案應(yīng)綜合考慮，系統(tǒng)治理。

3）砂堤砂基處理多種技術(shù)均較為成熟，但在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)馗牧純?yōu)化，是十分必要的，方案選擇應(yīng)緊密結(jié)合實(shí)際，必要時(shí)可在方案比選時(shí)做一定比例室內(nèi)試驗(yàn)及工程試驗(yàn)段，以求工程安全、經(jīng)濟(jì)。

4）遼河全長(zhǎng)超過(guò)500 km，兩側(cè)堤防長(zhǎng)度超過(guò)600 km，地形地貌從丘陵到濱海平原，堤防筑堤土料幾乎覆蓋了全省多數(shù)土料類(lèi)型，借鑒遼河砂堤砂基治理經(jīng)驗(yàn)，在工程實(shí)際應(yīng)用中推廣至省內(nèi)其他河流的治理中可行性較高，現(xiàn)實(shí)意義重大。