浅议堤防加固措施

浅议堤防加固措施牛运光摘要截至1998年底的统计，我国江河湖海堤防总长度25.8万km。由于大部分堤防修筑年代久远，修筑质量不一，堤防存在渗漏、洞穴等隐患。采取防渗加固的主要方法有：钻探(锥探)灌浆加固，铺盖防渗，黏土截水槽，堤身临水侧筑前戗，堤身背水侧筑后戗，堤防淤背，劈裂灌浆；利用土工合成材料进行防渗加固；利用水泥土、混凝土材料进行防渗加固等。这些措施在实际应用中均取得了较好的效果。关键词堤防加固防渗灌浆土工合成材料混凝土截至1998年底统计，我国江河湖海堤防总长度25.8万km，保护耕地3600万hm2，保护人口4.3亿人。耕地和人口均占全国耕地面积和总人口的1/3。堤防安危，关系到国民经济的发展和人民生命财产的安全，至关重要。江河湖海堤防的主要特点是：①多是顺河傍水而筑，争取获得更多的耕地。堤线多是靠近河岸，对堤基没有选择的余地，不像水库大坝那样，经过勘探，了解地质情况，多方案选择。而且堤防绝大多数都没有做基础处理。②干堤堤防修筑历史悠久，大部分江河堤防都经历了数百年，甚至千年的历史。由小堤建成干堤，成为现在的堤防。③堤防修筑，开始多由农民自发围垦，逐渐加高培厚而成。也不像修筑水库土坝那样，有精密的设计，严格的控制施工质量。因此，堤防填土混杂，修筑质量差，堤身内存在白蚁、鼠、獾等洞穴以及坟墓、坑道等多种隐患。④堤防受河势水流影响，冲淤变化，有些河段近临堤脚，取土筑堤、抢险堵口或决口冲刷，不仅破坏了堤后的地面覆盖层，形成很多的坑塘、洼地，还有一些过去堵口的柳席、柴草等杂物。⑤江河堤防位于河流中下游，堤防基础多为第四纪冲积层，二元或多元结构，上部或成层为相对不透水层，下部或成层为透水层。当汛期高水位时，堤身必然出现散浸或漏水，堤基将产生较高的承压水头，一旦超过堤后表土层的抵抗能力，就会被顶穿，下部细沙颗粒被承压水流带出，形成翻沙鼓水、泡泉或管涌等险情。一、防渗加固原则为防止堤身、堤基渗流破坏，采取防渗加固措施，需要达到的目的是：①增强堤身、堤基的抵抗渗流破坏的能力，如提高堤身密实度、消除堤身、堤基隐患，适当放缓堤坡和填塘(洼地)固基等措施。②改变渗流出口比降和降低浸润线，应遵循“前堵、后排、中间截”的原则。“前堵”即在临水侧采取防渗铺盖、前戗、防渗斜墙和铺设土工膜等。但由于堤防临水侧往往受到河势水流的影响，冲刷范围常会改变，防渗铺盖和前戗的采用受到一定的限制；“中间截”多指在堤身进行黏土灌浆、劈裂灌浆、铺设土工膜、混凝土截渗墙和高压喷射灌浆等；“后排”主要指在堤防背水侧压渗、导渗沟和减压井等。二、堤防加固措施堤防加固有多种措施，为便于介绍，作者按使用材料分为三类：1.利用当地土沙石料进行防渗加固(1)钻探(锥探)灌浆加固。对堤身进行钻探灌浆，这是较常用的方法。浆液材料一般就地选用黏土或沙壤土，视需要也可掺用少量水泥，搅拌成泥浆。钻孔的布置，视堤身隐患位置而确定，一般按梅花形布置。孔深应穿过隐患的部位。灌浆压力视孔深而定，一般在现场试验确定。黄河、长江使用这一方法较多，也取得较好效果。(2)铺盖防渗。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。铺盖的长度和厚度通过计算确定。当利用天然弱透水层作为防渗铺盖时，应查天然弱透水层及下卧透水层的分布、厚度、级配、渗透系数和允许的渗透坡降等情况，在天然铺盖不足的部位应采用人工铺盖补强措施，确保铺盖起到设计的作用。(3)黏土截水槽。当堤基透水层较浅时，在迎水侧堤脚宜采用黏土截水槽或其他垂直防渗措施截渗。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，其压实密度不应小于堤身的同类土料。截水槽的底宽，应根据回填土料、下卧的相对不透水层的允许渗透坡降及施工条件而定。(4)堤身临水侧筑前戗。在堤身临水侧填筑土平台，一般称为前戗。要求选择渗透系数小的土料进行填筑，以降低背水侧出逸比降，符合渗流控制“前堵”的原则。同时，也对堤身隐患起到补强作用。前戗的顶面高程应高出设计洪水位1m，一般顶宽为10m，临河坡度采用1：3。(5)堤身背水侧筑后戗。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，以符合渗流控制“后排”的原则。根据黄河多年来防洪实践经验，险工、老口门堤段堤身控制浸润线按1：10，平工堤段按1：8考虑后戗填筑。后戗顶面高程高出浸润线背河堤坡出逸点1.5m，后戗顶宽一般4～6m，边坡为1：5。当出逸点较高时，修筑一级后戗不能满足要求时，可按多级后戗修筑，以节省土方量。(6)堤防淤背。利用吸泥船、泥浆泵等机械设备，吸取江河泥沙，由管道水力输送到堤身背水侧沉淤，在黄河上称为淤背。它是防止基础管涌破坏的有效控制渗流措施之一。淤背的厚度和宽度：厚度可通过计算确定，一般高出背河堤坡出逸点1.5m，淤背体边坡为1：5。宽度则难以通过计算简单确定。计算可能得出数百米宽，显然难以实现。为此，需要根据经验和历史出现险情范围来确定。根据黄河出现险情的情况调查，基本上集中在背水坡脚以外100m的范围以内，但也有一小部分发生在100m以外的。一般淤背的宽度，黄河险工地段按100m宽控制；平工堤段按50m宽控制。长江淤背宽度，一般按100～200m控制，珠江的北江大堤按30～50m，并辅以减压井。如荆江大堤控制宽度为200m，可以控制历史出现管涌险情的90%以上。在某些情况下，在淤背末端又有新的险情出现，但规模较小，可通过排水减压设施进行控制。淤背是防止渗流管涌破坏的有效措施之一。它的优点是：①可以避免在压重范围内发生管涌破坏，即使在淤背范围外发生管涌破坏，也加大了管涌距堤脚的距离，可以降低管涌的发展速度和危害程度。②可以填盖取土坑、水塘和洼地等，提高抵抗承压水头能力，减少管涌破坏。③在江河吸取的泥沙多为沙性土，渗透系数较大，淤积在堤身背水侧，有利于导渗。④淤背较宽，可有效地加固堤防，提高堤防整体稳定性。⑤在江河中取沙，对河道有一定的疏浚作用。同时，也减少挖毁农田，有利于粮食生产。⑥利用吸泥船水力冲填施工，可以连续作业，减少接合部，保证冲填质量。但是，淤背也有不足之处：a．施工受地理条件的制约，排距较远时，不仅增加施工困难，而且单位造价也随之增加。b．占压了大片农田，而自身又不能耕种，使相应的迁占工作量增大。同时也增加了工作难度。c．对周围环境有一定的影响。由于吹填土多为细沙或粉细沙，易产生风沙和水土流失，需要在淤背表面用黏土压盖，工程量大。d．压盖了吹填范围的水域，给当地群众用水带来困难。(7)劈裂灌浆。沿堤身轴线小主应力面布钻孔，用一定的压力灌注泥浆，人为地劈开堤身，并利用浆堤互压，泥浆析水固结和堤身湿陷密实等作用，使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴、砂层等隐患得到充填挤压密实，形成垂直连续的泥浆体防渗墙。首先在山东大沽河200km长的堤身和堤基进行劈裂灌浆，解决堤身5m、堤基3～4m的垂直连续的渗漏问题，效果显著。后来在湖南、河北等省的一些堤防，也采取了这一措施加固了堤防，均取得了较好的效果。2.利用土工合成材料进行防渗加固土工合成材料是人工合成的聚合物。一般分土工膜或复合土工膜，用在堤防工程上起防渗作用。另一种是土工织物，分无纺织物和有纺织物，用在堤防工程上起导渗作用。这种材料的使用，发展比较迅速，主要在于它有很多优点：①整体性好，产品规格化。②铺设简便，施工进度快。③抗拉强度高，适应堤身变形。④质地柔软，能与土料密切结合，重量轻，运输方便。⑤经过处理后，其抗老化性能较好。临水侧斜坡面和水平防渗。在堤防迎水面堤身、堤基防渗，可按防渗和铺盖计算其长度，在堤坡上铺设应高于设计洪水位1m。在整修后的坡面上，由于土工膜与沙土间的摩擦系数小于土石料摩擦系数，为了堤坡稳定，防止土工膜与堤坡接触面滑动，常采用锯齿、齿槽、台阶等形式，将士工膜平置于基面上，四周边缘要展平，保持整齐。铺膜不应拉得太紧，要均匀地留有小褶皱，以保证膜本身良好的伸缩性。要从下向上，从一端向另一端平铺，铺放面积应是计算面积的110%。土工膜的接缝有搭接、粘接和焊接。以粘接和焊接效果好。铺好后，膜上要加保护层，不单是保护土工膜不受损坏，同时还要考虑水位下降时的反向渗压力。保护层一般使用沙壤土，其厚度不少于0.5m，并加以夯实。如需护坡，其上再铺砌垫层和块石。如福建省闽江下游堤防，大部分堤段基础是冲积淤沙及砾石，透水性强。高水位时，部分堤段严重管涌、漏水等险情，严重地威胁着堤防安全，必须进行防渗加固。按百年一遇设计洪水位和堤前稳定的滩地上进行土工膜防渗。采用沥青粘接，并加保护层0.6～1.3m，其上种草皮。铺设土工膜28块。长130m，防渗面积为3380m2，投资6.5万元，平均每平方米为20元。1998年建成后．经过多次洪水考验，至今效果显著。3.利用水泥土、混凝土材料进行防渗加固对堤身、堤基进行重直防渗，以符合“中间截”的原则。由于使用机械设备不同，施工方法也多种多样，有泥浆槽防渗墙、板桩灌注防渗墙、高压喷射灌浆防渗墙、多头小直径涂层搅拌桩防渗墙。振动沉模防渗板墙、薄抓斗成槽防渗墙、液压开槽机成槽防渗墙、射水法成槽防渗墙、锯槽成墙防渗等。《中国水利》杂志上已有详细介绍，这里不再重复。