堤基防滲加固技術(shù)的特點及其合理選用
2013-03-26 來源：中國鳴網(wǎng)
引言
堤防工程是防洪工程體系的重要組成部分，對保障大江大河中下游及濱湖平原地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全起重要作用。在我國大江大河的中下游地區(qū)尤其是濱水城區(qū)，堤防是防御洪水的最后屏障。目前，我國建有各類堤防25萬km。但由于自然、社會和經(jīng)濟條件的原因，目前我國大多堤防的防洪能力偏低，圩堤險工險段較多，隱患嚴(yán)重，當(dāng)遭遇洪水時堤防經(jīng)常發(fā)生管涌、滑坡、崩岸和漫溢等險情，嚴(yán)重者導(dǎo)致大堤潰決。在1998年大水中，僅長江中下游干堤就出現(xiàn)險6100多處，其中滲透破壞險情約占險情總數(shù)的70%，在堤防出險險情中占有相當(dāng)比重。滲透破壞是堤防工程中最普遍且難于治愈的心腹之患，如何根據(jù)堤防工程的地形地質(zhì)和經(jīng)濟社會條件等實際情況，因地制宜地選用經(jīng)濟合理、技術(shù)可行的堤基防滲技術(shù)，做好堤基的防滲處理，是堤防除險加固工程建設(shè)中的一項重要內(nèi)容。
1、堤基滲透破壞的成因與分類
隨著汛期水位的升高，堤身內(nèi)的浸潤線逐步形成并不斷抬高，背水側(cè)堤基的滲透坡比降也逐漸增大，一旦超過堤基的滲透臨界出降就會產(chǎn)生滲透破壞。
由于滲流條件和土體條件的不同，滲透破壞的機理、發(fā)展過程及破壞程度也不一樣。根據(jù)滲透破壞的形成機理，滲透破壞常有下列四種形式：流土、管涌、接觸沖刷和接觸流土。
流土為在滲透力作用下，土體中的顆粒群同時起動而流失的現(xiàn)象，主要在粘性土和無粘性土中發(fā)生。管涌為在滲透力的作用下，土體的細(xì)顆粒沿著土體骨架顆粒間的孔道移動或被帶出土體的現(xiàn)象，通常發(fā)生在砂礫石地層中。滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流動并帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象稱為接觸沖刷，主要發(fā)生于結(jié)合面及裂縫處。滲流垂直于兩種不同介質(zhì)的接觸面運動，并把一層土的顆粒帶入另一層土的現(xiàn)象稱為接觸流土，主要發(fā)生在顆粒粗細(xì)相差較大的兩種土層的接觸帶。
2、堤基防滲的工程措施
依據(jù)堤基滲透破壞的成因，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚刭|(zhì)等條件及工程經(jīng)驗，堤基防滲主要工程措施有：前堵型防滲、后排型防滲和中截型防滲。
1） 前堵型防滲
前堵，即在臨水側(cè)設(shè)防滲鋪蓋、前截、防滲斜墻及鋪設(shè)土工膜等，但因堤防臨水側(cè)一般受到河勢水流的影響，這些措施常會受到一定的限制。
鋪蓋防滲，它并不能完全截斷水流，但可以增加滲透途徑，或減少壩基滲流的水力坡降和滲流量至允許的安全值范圍內(nèi)。當(dāng)利用天然弱透水層作為防滲鋪蓋時，應(yīng)驗查天然弱透水層及下臥透水層的分布、顆粒級配、滲透系數(shù)和允許滲透坡降等，在天然鋪蓋不足的部位采取人工鋪蓋補強措施、確保鋪蓋達(dá)到設(shè)計要求。
堤身臨水側(cè)前堵。在堤身臨水側(cè)填筑土平臺，要求選擇滲透系數(shù)小的填料，以降低背水側(cè)的出逸比降，使其即符合前堵的原則，又對堤身薄弱起到補強作用。在堤防迎水面鋪設(shè)土工膜是一種比較廣泛的防滲措施，其具有整體性好、產(chǎn)品規(guī)格化、鋪設(shè)簡單、適應(yīng)堤身變形的優(yōu)點。
2） 后排型防滲
后排，主要指在堤防背水側(cè)采取壓滲導(dǎo)滲溝、減壓溝和減壓井等措施。
堤身背水側(cè)后戧。在堤身背水側(cè)加大堤身斷面，控制浸潤線不在堤坡上出逸，要求后戧填筑的土料透水性比原堤身大，以符合后排原則。
堤防吹填法。用吸泥船、泥漿泵等機械設(shè)備，吸取江河泥沙，輸送到堤身背水側(cè)沉淤，此為防止基礎(chǔ)滲透破壞的有效措施之一。
減壓井，適用于所有滲透破壞堤基的除險，但工程實踐表明，減壓井的最大問題是易淤堵，減壓井的排水量往往隨著時間推移，逐漸減少，減壓效果也越來越差。
3） 中截型防滲
中截，指在使堤身中進行黏土灌漿、劈裂灌漿、鋪設(shè)土工膜、混凝土截滲墻，以及高壓噴射灌漿等。
堤身鉆探、錐探、灌漿加固，漿液材料一般為黏性土或砂壤土，視需要也可摻用少量水泥，攪攔成泥漿。鉆孔的布置根據(jù)堤身隱患部位確定，多為梅花形布置，孔深應(yīng)大于隱患深度。灌漿壓力可在一現(xiàn)場試驗確定黏土截水槽，截水槽底部應(yīng)達(dá)到相對不透水層或基巖，采用與堤身防滲體相同的土料填筑，基壓實度不應(yīng)小于堤身的同類土料。截水槽的底寬，應(yīng)根據(jù)回填填料，下臥的相對的不透水層的允許滲透坡降及施工條件而定。
劈裂灌漿，沿堤身軸線最小主應(yīng)力面布鉆孔，用一定的壓力灌注泥漿，人為劈開堤身，并利用漿堤互壓、泥漿析水固結(jié)和堤身陷密實等作用，使所有與漿脈連通的裂縫，洞穴、砂層等隱患得到充填擠壓實心密實，形成垂直連續(xù)的泥漿體防滲墻。
對堤身、堤基進行垂直防滲，它是通過建造封閉式的垂直防滲墻，截斷滲透破壞路徑，是一種相對根治滲透破壞的防滲措施。按施工方法分為泥漿槽防滲墻、薄壁抓斗成槽防滲墻、射水法成槽防滲墻、鋸槽防滲墻、高壓灌漿防滲墻、多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻、板樁灌注防滲墻、液壓開槽防滲墻等。垂直防滲在長江重要堤防隱蔽工程中得到了比較廣泛的應(yīng)用。
3、堤基防滲技術(shù)特點與合理選用
前堵防滲也叫水平防滲。水平的防滲措施是利用平鋪在臨水側(cè)堤基表面上的一層相對不透水的粘土、混凝土或土工膜等，或利用在背水側(cè)地基上鋪設(shè)的一層壓蓋土來延長堤基中滲透水流的流線長度，從而降低滲水的破壞能量，減小滲水坡降，提高滲流出口的抵抗力，減小堤基發(fā)生滲透變形的可能性。這種水平措施可根據(jù)所在堤內(nèi)外兩側(cè)地基上的不同，分別叫堤外臨水側(cè)地基上的鋪蓋和堤內(nèi)側(cè)地基上的蓋重。
后排，主要指在堤防背水側(cè)采取壓滲導(dǎo)滲溝、減壓溝和減壓井等措施。
中截防滲也叫垂直防滲。垂直防滲是根據(jù)“前堵后排”的防滲原則原理，通過“前堵”的原理來達(dá)到防滲的目的，即通過置換、填充、擠密、凍結(jié)及化學(xué)作用等手段在土層中形成一個垂直的防滲帷幕墻體，從而達(dá)到截水、阻水的目的。防滲墻是堤防防滲處理中最為有效的一種垂直措施。設(shè)計合理的防滲墻能夠有效地改善堤身、堤基的滲流狀態(tài)，滿足滲透穩(wěn)定和抗浮穩(wěn)定，并可明顯地降低滲流的自由面和出逸段的高度。
采用何種堤基防滲加固措施應(yīng)根據(jù)堤基地質(zhì)條件、地形條件以及滲透破壞危害程度進行綜合考慮，然后通過經(jīng)濟技術(shù)比較，選取單一或幾種措施來綜合治理。視具體情況可選擇填塘固基、臨水側(cè)防滲鋪蓋、堤基垂直防滲、背水側(cè)壓滲蓋重、排不減壓溝井、水平排水褥墊等措施或幾種措施的組合。
當(dāng)?shù)谭罏樯盎?，下臥強透水的砂層、砂礫石層、且與江水相通，選取防滲加固措施應(yīng)著重考慮以下幾點：
1） 當(dāng)?shù)袒鄬Σ煌杆畬勇癫剌^深，透水層較厚，同時臨水側(cè)有穩(wěn)定灘地的堤基宜采用鋪蓋防滲。
2） 當(dāng)?shù)袒杆畬虞^淺時，在迎水側(cè)堤腳宜采用粘土截水槽或其他封閉式垂直防滲措施截流，并與堤身防滲體連成統(tǒng)一的防滲體系。也可以采用蓋重或蓋重結(jié)合減壓溝、井的方法。
3） 當(dāng)?shù)袒采w層較薄，透水層埋藏深且厚度大時，可以采用背水側(cè)壓實填筑壓滲蓋重法或吹填法增加蓋重，也可以采用在背水堤腳處適當(dāng)位置設(shè)置減壓溝、井的方法。同時也可以考慮蓋重和排水壓溝、井聯(lián)合使用的形式，以達(dá)到根治地基滲透破壞的目的。若臨水側(cè)有穩(wěn)定灘地，可在臨水側(cè)加設(shè)鋪蓋進行防滲處理。
4） 當(dāng)?shù)袒采w層較厚且下臥強透水層較深時，宜采用蓋重措施進行處理。蓋重滲透系數(shù)應(yīng)比覆蓋層大。也可在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓井，達(dá)到減小揚壓力和除險的曠目的。
5） 當(dāng)多層地基且存在淺層弱透水層時，宜采用壓滲蓋重或結(jié)合減壓措施進行除險。也可以采用半封閉式垂直防滲措施，但須勘察半經(jīng)滲流計算論證。
6） 當(dāng)?shù)袒鶠閺婏L(fēng)化基巖且基巖或堤身發(fā)生滲透破壞時，可采用地基帷幕灌漿。對臨水側(cè)有外灘的情況也可以使用鋪蓋防滲，必要時可在背水腳附近采取反濾保護措施。
總之，對采用的除險加固方案，必須進行效果論證，以達(dá)到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟上合理的目的。
4、結(jié)束語
堤防除險加固的實踐表明，滲透破壞是堤防工程中最普遍而且難以治愈的問題，選擇有效、合理、經(jīng)濟的除險加固方案是一項技術(shù)性很強的工作，是堤防滲透破壞除險加固工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
滲透破壞的除險加固應(yīng)從兩方面入手：一方面是提高堤防本身抵抗?jié)B透破壞的能力，另一方面是降低涌透破壞的能力，即降低滲流出口的比降和堤身的浸潤線，這方面應(yīng)遵循“前堵后排、反濾料保護滲流出口的滲流控制原則”。
在堤防防滲除險加固工程中，其防滲措施的選用主要取決以下幾個方面：
1） 功能性。主要應(yīng)考慮工程的性質(zhì)和條件，盡可能符合“前堵后排”的原則，確定出幾種不同的防滲方案和防滲墻的不同技術(shù)，滿足工程防滲的目的和要求。
2） 實施性。方案的工程規(guī)模、有關(guān)參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)，在目前的技術(shù)水平條件下是可行的。
3） 經(jīng)濟性。方案通過技術(shù)經(jīng)濟比較和投入產(chǎn)出分析后，在滿足功能性要求的前提下，工程費用應(yīng)較低，工程預(yù)算能夠承受。
4） 長久性和維護費用少。防滲工程實施后，不能說一勞永逸；能保障堤防工程結(jié)構(gòu)和相信建筑物的安全，保證施工人員的安全，盡可能不妨礙堤內(nèi)外地下水的循環(huán)。
