河道堤壩除險(xiǎn)加固措施介紹

靳長亮，王 倩，白露芳

（天津市引灤工程潮白河管理處，天津 301800）

天津市引灤工程潮白河管理處管轄引灤輸水明渠長度為34.2 km，沿線共有5座倒虹吸，其中3座是引灤明渠穿越其他河道、2座為其他河道穿越引灤明渠。在明渠一級(jí)保護(hù)范圍（距外堤腳30 m）內(nèi)與明渠平行的河道有1條。這些外水河道大多為排污河，河水基本上屬于Ⅳ～Ⅴ類或劣Ⅴ類。若堤壩出現(xiàn)險(xiǎn)情，不僅影響正常輸水，而且會(huì)嚴(yán)重污染明渠水。下面，就堤壩除險(xiǎn)加固方法進(jìn)行分析。

1 河道堤壩破壞的類型及成因

河道堤壩病害一般表現(xiàn)為滲透破壞和變形破壞。其中，滲透破壞產(chǎn)生的原因是由于滲流產(chǎn)生的實(shí)際滲透比降大于土的臨界滲透比降，壩后出流部位殘留過大的剩余水頭、浸蝕土體，土體產(chǎn)生滲透破壞，分為流土、管涌、接觸沖刷、接觸流土4種類型；變形破壞是由于滲流作用下堤壩土體抗剪強(qiáng)度降低，某些部位產(chǎn)生不均勻變形、裂縫、下滑，分為滑坡、崩岸幾種形式。

2 河道堤壩除險(xiǎn)加固措施

河道堤壩除險(xiǎn)加固就要控制壩基及地基的滲流，其主要任務(wù)可歸結(jié)為三點(diǎn)：一是盡量減少滲漏量；二是提早釋放滲透壓力，保證地基與水工建筑物有足夠的靜力穩(wěn)定性；三是防止?jié)B透破壞，保證滲透穩(wěn)定性。在實(shí)際中，可以采取以下6種措施，防治河道堤壩破壞。

2.1 打減壓井

單從滲流計(jì)算結(jié)果看，減壓井減壓效果非常顯著，是管涌除險(xiǎn)的一種非常有效的措施，幾乎適用于所有管涌堤基的除險(xiǎn)。但是，傳統(tǒng)減壓的最大的問題是淤堵。減壓井的淤堵，與減壓井過濾器的位置、結(jié)構(gòu)、材料以及地下水質(zhì)等密切相關(guān)。減壓井系統(tǒng)應(yīng)盡量布置在背水堤腳附近，以便有效控制堤基滲流。但從堤防搶險(xiǎn)的安全性考慮，減壓井一般是布置在背水側(cè)壓滲蓋重端部，并與明溝相通，滲水通過明溝排走。減壓井的間距一般為15～20 m。減壓井的透水管段應(yīng)設(shè)在主要的透水層，在堤基為分層結(jié)構(gòu)時(shí)更是如此。透水段的長度應(yīng)大于主要透水層厚度的25%，一般多采用50%～75%。井口高程越低，減壓效果越好，但井口高程應(yīng)高于井不排水時(shí)排水溝中可能出現(xiàn)的最高水位，以防泥水倒灌。減壓井的內(nèi)澇問題，在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。減壓井結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.2 垂直防滲處理

垂直防滲特別適用于地基透水層較薄、隔水層較淺的情況，此時(shí)可以作成封閉式防滲幕墻，堤基的滲流量和揚(yáng)壓力可以得到有效控制，從而可以達(dá)到根治堤基滲透破壞的目的（如圖2所示）。我國先后研究開發(fā)了射水法、鋸槽法、兩鉆一抓等薄墻施工技術(shù)。封閉式防滲墻，由于墻體截?cái)酀B流途徑，除險(xiǎn)效果非常明顯，但也一定程度上破壞了原來地下水的自然平衡關(guān)系，產(chǎn)生一些不良的水環(huán)境后果。對透水層較厚、隔水層較深的雙層堤基，采用封閉式垂直防滲墻，施工難度大且造價(jià)太高，必須在勘察資料充分并經(jīng)滲流計(jì)算充分論證后方可采用。垂直防滲墻應(yīng)布置在臨水堤腳或堤頂臨水側(cè)。垂直防滲幕墻可以采用射水法、鋸槽法、輪銑法、高噴灌漿等成墻技術(shù)進(jìn)行施工。

窩頭河穿越引灤明渠處就是按照這種方法，分別在倒虹吸上、下游明渠壩體外側(cè)建立一道連續(xù)封閉的防滲墻，既達(dá)到了防止?jié)B透對明渠水的污染，又達(dá)到了增加明渠壩體安全的雙重效果。菜芽莊倒虹吸與窩頭河倒虹吸結(jié)構(gòu)形式基本相同，亦可采用此方法。

2.3 滑坡體清除

堤壩滑坡又稱脫坡，一般是由于水流淘刷、內(nèi)部滲水作用或上部壓載等造成的。滑坡的搶護(hù)原則是“削坡減載，固腳壓重”，設(shè)法減少滑動(dòng)力并增加阻力。對因滲透作用引起的滑動(dòng)，必須采取“前截后導(dǎo)”的措施，加強(qiáng)防滲與排水。

淺層滑坡可將滑動(dòng)體全部挖除，重新回填。深層滑動(dòng)，首先挖除滑動(dòng)體中主滑體并重新填筑；其次經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算增加阻滑體的重量即增大阻滑力，提高堤坡穩(wěn)定性。

2.4 背水側(cè)壓滲蓋重

當(dāng)背水側(cè)地形條件允許且設(shè)立封閉式垂直防滲幕墻造價(jià)高時(shí)，采用背水側(cè)壓滲蓋重，可以避免在壓蓋范圍內(nèi)出現(xiàn)管涌。計(jì)算出的后蓋寬度很長時(shí)，可在后蓋末端設(shè)減壓溝（井）以縮短后蓋寬度。壓蓋在實(shí)際應(yīng)用上比較廣，施工簡單，堤防穩(wěn)固性好，工程投資少。壓滲蓋重的形式很多，可以由不透水的變換到完全自由排水的，實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)各自情況采取不同形式，以達(dá)到滲水不滲土的目的。一般而言，要與排水溝聯(lián)合使用，此時(shí)排水溝應(yīng)布置在蓋重的端部。

2.5 劈裂灌漿

劈裂式帷幕灌漿法對于加固堤身、防止堤身滲漏有較好效果，比較適合施工土質(zhì)差、碾壓不密實(shí)的堤防防滲加固。

劈裂灌漿是運(yùn)用壩體應(yīng)力分布規(guī)律，用一定的灌漿壓力將壩體沿壩軸線方向劈裂，同時(shí)灌注合適的泥漿，形成垂直連續(xù)的防滲泥墻，并堵塞漏洞裂縫或切斷軟弱層，以提高壩體的防滲能力，同時(shí)通過漿、壩互壓和濕陷，使壩體內(nèi)部應(yīng)力重新分布，提高壩體的穩(wěn)定性。造孔深度應(yīng)大于隱患深度2～3 m。泥墻的設(shè)計(jì)厚度一般可采用5～20 cm，應(yīng)根據(jù)堤壩土質(zhì)、碾壓質(zhì)量、隱患性質(zhì)和壩高等情況合理確定。

劈裂灌漿這一方法不僅可形成垂直連續(xù)的防滲帷幕，解決壩體的滲透問題，而且還能夠通過漿壩互壓和溫化變形調(diào)整壩體內(nèi)部的應(yīng)力，使?jié){脈兩邊3～5 m土體得到密實(shí)，擴(kuò)大了防滲帷幕帶。近幾年來土壩壩體劈裂灌漿已由原來的中低土壩向高土壩發(fā)展，在某些地基條件下還可以使壩體和地基同時(shí)劈裂，形成壩體和地基統(tǒng)一的防滲帷幕。

劈裂灌漿對解決以下6種隱患有較明顯效果：壩體碾壓不實(shí)，密實(shí)度普遍較差的松堆土壩；壩體內(nèi)有滲漏通道，軟弱層，壩體浸潤線過高，壩坡發(fā)生濕潤區(qū)或“牛皮脹”或滲透破壞（管涌、流土）現(xiàn)象；壩體由于不均勻沉陷而產(chǎn)生的裂縫 （不包括滑坡裂縫）；分期施工的土壩，分層和接頭處有軟弱帶和透水層；壩體和其他建筑物（如放水涵管、閘墻等）接合不好，存在空隙和接觸沖刷；壩體內(nèi)存在生物洞穴和腐爛樹根等隱患。

2.6 崩岸治理

目前，崩岸搶險(xiǎn)和治理普遍采用拋石防護(hù)法。在拋石護(hù)岸工程中，拋石與堤基之間需要鋪設(shè)土工織物反濾層。治理崩岸的形式，還有沉排、木樁、鋼板樁、丁壩、順壩、石籠、四面六邊透水框架等。

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