雙層地基設(shè)計(jì)實(shí)例及工程措施

韓 松

( 黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

堤防地基分類中若表層土透水性較弱，下部土層透水性較強(qiáng)，兩土層的滲透系數(shù)比值＞100，就稱之為雙層地基［1］。

嫩江干流堤防天然雙層地基分布很廣，由于過去對(duì)雙層地基的滲透特性不夠重視，多數(shù)雙層地基堤段并未進(jìn)行滲透穩(wěn)定計(jì)算和采取工程措施，98'大洪水期間多處雙層地基堤段岌岌可危，汛后引起了多級(jí)水利設(shè)計(jì)主管部門對(duì)堤防雙層地基的滲透穩(wěn)定計(jì)算和工程措施的重視。

本文以嫩江干流雅爾塞堤19 +000 和梅里斯堤6 +700 斷面進(jìn)行堤防雙層地基滲透穩(wěn)定計(jì)算并探討防止雙層地基滲透破壞的工程措施。

1 基本資料

以嫩江干流雅爾塞堤19 +000 和梅里斯堤6 +700 處為計(jì)算斷面，P = 5% 設(shè)計(jì)洪水位分別為148.84 m和147.60 m，堤防為砂堤，頂寬8 m，上游邊坡坡比1∶4，下游邊坡坡比1∶5?；举Y料見表1。

2 滲透穩(wěn)定計(jì)算及結(jié)果

按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—98［2］，計(jì)算邊界條件:

表1 雙層地基滲透計(jì)算基本資料表

圖1 無限長等厚雙層地基計(jì)算簡圖

上游弱透水層有效長度為:

式中: L 為上游弱透水層長度，m; A 為越流系數(shù); k 0為強(qiáng)透水層滲透系數(shù)，m/s; k1為弱透水層滲透系數(shù)，m/s; T0為弱透水層厚度，m; T1為強(qiáng)透水層厚度，m。

弱透水底板承壓水頭計(jì)算:

CD 段:

BC 段:

式中: h 為弱透水底板承壓水頭，m; H 為計(jì)算狀態(tài)壩上游水頭，m; b 為計(jì)算斷面壩底寬度，m; L 為上游鋪蓋有效長度，m; X 為CD 段橫坐標(biāo)，m; X'為BC 段橫坐標(biāo)，m。

計(jì)算結(jié)果見表2。計(jì)算結(jié)果J ＞［J］，表明雙層地基不滿足滲透穩(wěn)定要求，為防止雙層地基滲透破壞需做工程措施。

表2 雙層地基滲透計(jì)算成果表

3 討 論

堤防雙層地基中的險(xiǎn)段常常是因?yàn)橐韵?個(gè)方面的原因造成的:

1) 由于洪水水流紊亂，沖淘破壞堤防天然弱透水層，使其缺失、不連續(xù)，導(dǎo)致堤外天然弱透水層有效長度減少，從而使堤腳處承壓水頭增大。

2) 堤防靠近江岸，尤其是凹岸，由于沖刷塌岸使堤外天然弱透水層長度縮短，從而使堤內(nèi)天然弱透水層承壓水頭增大，導(dǎo)致險(xiǎn)情發(fā)生。

3) 堤防工程的施工基本都是就近取土，常常破壞天然弱透水層的連續(xù)性，使局部變薄或缺失，另外由于沿江老百姓的生產(chǎn)活動(dòng)而人為造成的堤內(nèi)外坑塘也是造成雙層地基出現(xiàn)險(xiǎn)情的重要因素。

防止雙層地基滲透破壞的工程措施根據(jù)工程實(shí)際情況可分為以下5 種情況:

1) 對(duì)于深透水層的雙層地基，如采用封閉式垂直防滲方案，難度大、造價(jià)高，如采用懸掛式垂直防滲方案，垂直防滲消減水頭的作用不大，通過工程實(shí)踐，對(duì)于深透水層的雙層地基，宜采用減壓井( 溝) 、蓋重等其他防滲工程措施。

2) 對(duì)于地基下透水層不深、隔水層較淺的情況，應(yīng)先考慮采用封閉式垂直防滲措施，也可以采用蓋重或蓋重與減壓井( 溝) 相結(jié)合處理的工程措施。

3) 對(duì)于覆蓋層較厚而下臥透水層較深的情況，應(yīng)優(yōu)先考慮蓋重措施進(jìn)行處理，蓋重的材料最好用透水性材料。

4) 對(duì)于背水側(cè)地基覆蓋層較薄且下臥透水層又較深的情況，可采用壓實(shí)填筑法或吹填法增加蓋重厚度，也可以采用在背水側(cè)靠近堤腳的適當(dāng)位置設(shè)置減壓井( 溝) 的方法削減承壓水頭，還可以采用蓋重與減壓井( 溝) 聯(lián)合作用處理的工程措施。

5) 對(duì)于主流靠岸或凹岸頂沖點(diǎn)附近的雙層地基堤防工程，可采用護(hù)岸工程措施，避免沖刷退岸，從而保證堤外弱透水表土層的長度不因塌岸縮小。

［1］柯葵. 水力學(xué)［M］. 上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2000.

［2］水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院.GB50286—96 堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］. 北京:中國水利水電出版社，1998.