堤防工程除險加固措施及實例分析

【摘 要】文章結(jié)合實際工程，針對堤防工程常見的滲透破壞和邊坡失穩(wěn)等破壞型式進行分析，并對不同成因下所對應(yīng)的除險加固方案加以介紹，同時闡述了一些新的出險加固技術(shù)，以期為堤防工程提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】堤防工程；除險加固；實例分析

1.引言

沿河、渠、湖、海岸或行洪區(qū)、分洪區(qū)、圍墾區(qū)的邊緣修筑的擋水建筑物稱為堤防。堤防是世界上最早廣為采用的一種重要防洪工程。筑堤是防御洪水泛濫，保護居民和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要措施。我國現(xiàn)有堤防工程具有三大特點：1）堤防傍河而建，堤基條件復(fù)雜，堤線選擇上具有很大的局限性，堤基大多為砂性或卵礫石，大部分堤基基本沒有處理；2）堤身質(zhì)量差，不少堤防是在老堤防基礎(chǔ)上歷年逐漸加高培厚而成；3）堤后坑塘多，筑堤土料不足時，普遍在堤后取土筑堤，取土坑、塘多未做處理，覆蓋層薄弱。當(dāng)遭遇洪水時，經(jīng)常發(fā)生各種險情，嚴重者導(dǎo)致大堤潰決。

文章以工程地質(zhì)問題為主線，以工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，結(jié)合歷史險情類型，將堤防問題從總體上歸納為堤防滲流穩(wěn)定問題和堤防邊坡失穩(wěn)問題兩種，分別分析這兩種問題所涉及的所有破壞類型和相應(yīng)的除險加固措施。重點探究了目前堤防除險加固中常用的傳統(tǒng)技術(shù)如灌漿、垂直截滲墻等，為堤防防滲加固提供了一定的經(jīng)驗。

2.堤防滲透破壞的成因及防治措施

堤防的臨水側(cè)和背水側(cè)存在水頭差，在堤防內(nèi)部產(chǎn)生滲流和浸潤線，并隨著臨水側(cè)水位的上升而不斷加大和升高。當(dāng)滲流產(chǎn)生的實際滲透比降J大于土的臨界滲透比降Jc時，土體將產(chǎn)生滲透破壞。坑塘或表土層較薄的堤基薄弱環(huán)節(jié)常出現(xiàn)滲透破壞，近似均質(zhì)的透水堤基則發(fā)生在堤腳處，堤防的內(nèi)在隱患則會加速滲透破壞的產(chǎn)生和發(fā)展。據(jù)1998年長江防洪搶險的統(tǒng)計資料，由滲透破壞造成的險情約占險情總數(shù)的70%。

2.1雙層或多層地基防治措施

堤前后深淵溝塘遍布造成的險情，采取填塘的方法恢復(fù)表土層的完整性。臨水側(cè)選用粘性土材料，背水側(cè)選用滲透系數(shù)比表土層大的材料，按照反濾要求布置；地基下臥透水層不深、隔水層較淺，采用粘土截水槽或垂直防滲措施，與堤身防滲體連接形成封閉防滲體系；

背水側(cè)地基覆蓋層較厚且下臥強透水層較深，采用蓋重措施，蓋重使用的透水土料滲透系數(shù)要用比表層土的大。或者在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓井用以降低滲流坡降，減小揚壓力；多層地基且存在淺層弱透水層的情況，采用壓滲蓋重措施，也可結(jié)合減壓措施共同除險；勘察資料充分、滲流計算分析論證后也可適當(dāng)考慮采用半封閉式垂直防滲措施。

2.2透水地基

對于透水層埋深不大的情況，優(yōu)先采用封閉式垂直防滲措施，并與堤身防滲措施體連成封閉統(tǒng)一的防滲體系；對于相對不透水層埋藏較深、透水層較厚的情況，優(yōu)先采用背水側(cè)壓滲蓋重措施。當(dāng)臨水側(cè)有穩(wěn)定灘地時，也可采用臨水側(cè)鋪蓋措施。

2.3巖石地基

對于堤基下為強風(fēng)化基巖的情況，優(yōu)先采用地基帷幕灌漿的措施，若對臨水側(cè)有穩(wěn)定的外灘，也可采用使用水平鋪蓋措施。如有必要，背水側(cè)堤腳附也可采取反濾保護措施；堤基下為巖溶時，容易導(dǎo)致滲流量過大，以致危及堤防的安全。此種情況優(yōu)先采用模袋灌漿或充填灌漿堵塞巖溶漏水通道，如有必要，臨水側(cè)可加設(shè)水平防滲鋪蓋。

3.堤坡失穩(wěn)破壞與加固處理

3.1邊坡失穩(wěn)的成因

滲流 當(dāng)?shù)谭郎嫌嗡贿_到一定高度且持續(xù)時間長時，浸潤線以下堤身土體完全

飽和后，導(dǎo)致堤身抗剪強度降低，在滲流產(chǎn)生的滲透力作用下堤身的自重增加，下滑力也相應(yīng)增大，最終引起滑坡產(chǎn)生。

水流沖刷浸襲 岸坡淘刷情況較嚴重，堤坡坡度逐漸變陡，直到失去平衡引起岸坡失穩(wěn)，造成崩岸險情；浸水飽和，土體自重增加和強度降低，外灘引起坍塌，并逐步向堤防坡腳逼近，直至臨水坡失穩(wěn)滑坡；

堤基問題 造成堤防地基強度不夠的原因一般有筑堤時清基不徹底、勘探資料不明確時導(dǎo)致設(shè)計方案不合理、筑堤速度過快引起地基強度降低等；

堤身漏洞和新老堤結(jié)合面問題 堤身產(chǎn)生內(nèi)部漏洞和裂縫，雨水沿堤身裂縫滲入堤身內(nèi)部，使堤身強度降低，滲水的集中作用變大，最終貫穿堤身。

3.2堤坡除險加固措施

淺層滑坡的加固 淺層滑坡一般均發(fā)生在堤身，地基基本上未遭破壞。優(yōu)先考慮將滑動體全部挖除并重新回填，如圖1所示；

圖1 挖除和填筑斷面示意圖 圖2 陷坑與洞穴處理示意圖

深層滑動的加固 深層滑動的滑動面已切入堤基較深，若全部挖除滑動體，則會因工程量大不經(jīng)濟，且具有一定的施工風(fēng)險。優(yōu)先考慮部分挖除再處理的的辦法進行；

崩岸的除險加固技術(shù) 崩岸除險加固主要的措施有:拋石護腳、丁壩導(dǎo)流、墻式防護、樁式防護、還灘退堤等；

堤身漏洞和陷坑 堤身漏洞和陷坑往往由生物洞穴產(chǎn)生，隱蔽性強，較難發(fā)現(xiàn)。汛期時發(fā)展很快，常會釀成潰口且搶險困難。故汛前應(yīng)探查明漏洞和陷坑詳細情況，采取開挖回填或灌漿的辦法消除隱患，如圖2所示。

4.加固處理實例分析

4.1 工程概況

六股河發(fā)源于建昌縣玲瓏塔鄉(xiāng)北婁子山，流域總面積3010平方公里，河長1 63公里，屬于山區(qū)季節(jié)性河流，該河的河床比降大中，匯流歷時較短，汛期洪水暴漲落，洪水對沿岸沖刷毀壞力巨大。六股河河床組成為第四紀沖積層，主要由亞粘土、中砂、礫砂及卵石構(gòu)成，地下埋深達6到8m。綏中縣六股河城防堤始建于建國初期，以后經(jīng)多次加高培厚，目前從防洪堤的高度上達到了50年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，但受當(dāng)?shù)亟?jīng)濟條件及管理體制的限制，防洪堤堤基未做任何防滲處理，特別是城區(qū)段六股河灌區(qū)引水口段，渠首涵洞坐落在59年大堤決口處穿堤的地基上，因地基未作防滲處理一直存在著管涌滲漏隱患。

4.2 除險加固分析確定

六股河灌區(qū)渠首穿堤涵洞出口右側(cè)50米左右有一個大坑，坑底低于河底高程，涵洞及兩側(cè)堤基滲徑不足，首先在長期的滲流作用下造成管涌，其次在高水頭的滲流作用下造成了流土，最后還出現(xiàn)局部地區(qū)的接觸沖刷。根據(jù)前述的加固措施參考類似工程經(jīng)驗，討論認為高噴工藝具有設(shè)備先進、搬遷機動、占地面積小及施工不損壞原有建筑物和施工進度快等優(yōu)點，同時又能彌補穿堤涵洞以及兩側(cè)堤基的滲徑不足，并能充填已存在的管涌及滲流通道，故本工程采用高噴灌漿技術(shù)。

4.3 除險加固的方案設(shè)計

沿河堤縱軸線建造一道緊包涵管四壁的高噴混凝土防滲墻，并在涵洞上、下游建造一個截水墻，以此達到堤基防滲之目的。高噴防滲墻布置在涵洞縱軸方向左右各延伸70m，全長140m。防滲板墻深度依據(jù)決口處沖抗?fàn)顩r，在地下呈倒置階梯布置，距堤頂2．5m，該段堤頂高程18.5m，底高程分別為11.Om，8.5m及5.Om，板墻厚度為20cm。

4.4工程加固處理分析

通過開挖監(jiān)測和注水試驗結(jié)果，顯示本次灌漿所成防滲墻連續(xù)并且與涵洞的膠結(jié)可靠，墻體結(jié)構(gòu)及抗?jié)B均達到了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。未處理前攔河壩溢流，水位達到14.2m以上，堤內(nèi)的大坑就漲水，伴隨管涌、翻砂現(xiàn)象。加固處理后年堤內(nèi)大坑基本干涸，再次放水壩前水位達14.2m時，大坑無管涌及漲水現(xiàn)象，說明工程的高噴灌漿工程發(fā)揮顯著的防滲效果。

結(jié)語

堤防工程出現(xiàn)險情后，分析險情成因做好全面地質(zhì)勘察后通過選擇合適的計算和分析方法，復(fù)核成因合理性，確定主次因，通過一定的工程技術(shù)措施來保證處理方案的實施效果。傳統(tǒng)技術(shù)雖然非常的可靠，有時候卻不經(jīng)濟；而充分計算分析論證的基礎(chǔ)上采用的新技術(shù)會即使有著良好的理論效果，但施工技術(shù)難度大造價高。

參考文獻

[1]《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-98).

[2]毛起熙.堤防工程手冊[M].北京:中國水利水電出版社，2009.

[3]董哲仁.堤防除險加固實用技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社，1998.

[4]榮強，謝磊.堤防滲透破壞成因分析及加固措施[J].海河水利，2009.

[5]馮軍，洪小艷.淺談幾種常見土壩防滲加固措施[J].湖南水利水電，2006.