水利堤防工程施工技術探討

王廷華

(青島市膠州水利工程有限公司， 山東 膠州　266300)

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水利堤防工程施工技術探討

王廷華

(青島市膠州水利工程有限公司， 山東 膠州266300)

堤防是水利工程建設中最常見的工程設施，隨著近些年來先進的科學技術不斷融入到水利工程建設施工中，堤防的建設施工中也越來越多采用新的理論和方法，技術的進步為堤防工程的高效率建設奠定了重要基礎。堤防是水利工程中重要的組成部分，堤防的重要性使得其質量要求大大提高。而從當前的情況看，堤岸工程仍然需要在堤壩的防滲技術、坍塌治理技術以及堤岸護坡技術等方面進行具體深入的研究與分析，旨在能夠促進堤防建設施工技術的改進和創新，進而為我國水利工程的建設及應用效果做出保障。

堤防； 崩塌； 防滲； 施工

千百年來，人類社會的發展與江河湖海息息相關，為防范江河洪水自由泛濫成災和湖海風浪潮水侵襲之患，依水筑堤，將洪水浪潮約束在設定的水域范圍內，以保障江河中、下游沿岸和湖海之濱人民生命財產安全。隨著現代社會的經濟飛速發展，江河湖海沿岸地區的經濟活動日益密集起來，因此新建或者加固堤防愈加迫切。近些年來，隨著國內大江大河的干流、主要支流、海堤、重點湖堤的建設，堤防工程施工技術也得到了快速發展。本文將討論幾類常見的堤防結構型式及其工程施工的技術要點等。

1　水利堤防工程的定義及種類

堤防是一種常見的水利設施，一般指的是建設在河流、湖泊、水庫及海岸邊緣的擋水建筑物，也指在行洪區、分洪區、圍墾區周圍建設的攔水建筑物。堤防最重要的功能之一就是防洪，它也是世界上最早和最廣為分布的水利設施。筑堤的作用是防御洪水泛濫，目的是為了保護堤防周邊居民的生命財產安全和工農業生產的順利進行。堤防修筑后可以將洪水約束和限制在規定的行洪道內，這樣就使得在同等水流量的情況下，水深增加，并且行洪流速增大，海邊的堤防也是抵擋風浪、抗御海潮的重要設施。

堤防的分類可以根據其修筑的位置不同進行具體劃分，一般可以分為江堤、湖堤、河堤、海堤，以及水庫、蓄滯洪區低洼地區的圍堤等；也可以按照堤防的功能劃分，一般分為干堤、支堤、子堤、遙堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、圍堤(圩垸)、防浪堤等；按照建設堤防所用材料可以將其分為：土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墻等[1]。

2　堤防施工中的防滲流技術

滲流是水利堤防工程常見的現象，防滲和排滲是施工建設中控制滲流的基本辦法。防滲工程的兩種基本型式為水平防滲和垂直防滲，鑒于堤防所處的特殊環境來說，由于水流的流量、流速和紊流的變化無常，傳統的防滲方法顯得應對不足，如：傳統的堤岸防滲方法是在鄰水的一側作黏土鋪蓋防滲，這樣的工程措施無法應對突如其來的洪水侵蝕，也有用建筑防滲墻的工程型式，具體是在堤防底部用防滲墻切斷很深很厚的砂層，這樣的工程雖然一定程度可以起到防滲作用，但缺點是費時費力，成本較高，而且會影響河床水體與兩岸地下水體之間的互相補充交換。鑒于傳統防滲方法的缺陷，可以采用在背水側排滲的措施，具體是指在背水側的堤防腳進行排滲減壓，或者修筑類似壓土平臺設施。工程施工中可以采用建設排滲減壓溝、減壓井、淺濾溝或者截滲槽及排水溝、壓土平臺、防滲墻等[2-3]。

a.排滲減壓溝。堤基的結構多為二元層次的雙層地基，因此，防滲工程施工中，覆蓋土層不厚且為弱透水性時，可以在堤防側面修筑排滲溝，排滲溝的深度應該深入砂層，這樣可以有效消減承壓水頭,控制砂沸管涌事故的發生，排滲溝的挖溝地點一般位于堤防背水側坡腳區域，如圖1所示的防滲溝模型為美國堤防設計推薦的矩形溝[3]，使用專用的挖溝填實施工設備，窄溝寬0.6～1.8m，防滲溝內的回填物料主要為達到設計標準的粗砂礫石等濾料；在靠近排滲溝底的地方還應安置有縫或者穿孔的集水管，要注意的是，為了防止回填濾料流入集水管內，可以在施工時，將集水管用30cm厚左右的砂粒濾料包圍[3]。在另外一些堤防的排滲工程中，也可以將排滲溝布置在堤內坡之下，再以水平排水褥墊引出滲流，這樣的施工方法降低了堤坡內的浸潤線。

圖1　背水堤腳減壓溝

b.減壓井。水利工程建設堤防時遇到的弱透水土層一般的厚度均大于4m，即便在這種土層覆蓋較厚的情況下，仍有滲水冒砂管涌險情發生的可能。這時，采取的工程防滲措施是建設較深的減壓井列，這種減壓井列可以有效消減砂層中的承壓水頭。在減壓井列的位置選擇上，一般選在堤岸坡腳附近較薄的區域，井間距控制在20cm左右[3]。

施工的時候，也需要注重幾個問題：?鉆孔盡可能不使用泥漿作為護壁，因為泥漿的加入會導致排水減壓效果變差；?要重視鉆孔的土層結構及層位分布情況；?如果井管處于極細粉砂土層帶中，減壓井管不能使用開孔管，因為開孔管會導致大量泥沙涌進井管，使有效下部井管失效。

c.淺濾溝或截滲槽及排水溝。如果在堤防下部的淺層地基中，出現薄層的透水性強于堤身，施工中可以在背水堤的腳下建設淺濾溝管排水減壓，如圖2所示為一個典型河堤加固工程的示意圖[3]，在開孔或者有縫的集水管外圍填充砂礫濾層，然后覆蓋黏土將其夯實，防滲效果同樣明顯。采用截滲槽，在迎水側坡的黏土斜墻截斷淺層夾砂層的工程防滲措施。

圖2　淺濾溝示意圖

d.壓土平臺。水利堤防工程中，在堤后增設壓土平臺可以有效消除堤防后地面上可能發生的砂沸管涌險情，這種施工技術可靠、簡單易行，只需要壓土的自重大于壓土層下部的承壓水頭便可以，這種工程型式在一些取土方便的農村堤防以及提取江河泥沙方便的江河堤防中較為適宜，例如：在長江堤防上進行的吹填工程以及在黃河流域的放淤作業等。其壓土寬度用作計算并考慮原有覆蓋土層的厚度變化，如圖3所示[3]，壓土平臺的寬度也應足夠長，用以應對滲流而產生的砂沸管涌現象。

圖3　堤防壓土平臺示意圖

e.防滲墻。防滲墻在消減水頭和滲流量方面較上述的排滲與壓滲措施更為有效，垂直方向的防滲板墻在性能上強于水平防滲設施。如果弱透水覆蓋土層下有深厚強透水砂基，自然是懸掛式板墻為宜，它不影響內外水力聯系，洪水時兩側廣大地區砂基有蓄洪滯洪的作用，洪水過后也不阻攔內澇的消退；同時對制止和延緩堤后管涌險情的繼續發展具有決定性作用。

如圖4所示，防滲板墻的建設位置，若建設在堤前坡的①位置，則需要壓實加厚該區域的黏土并注意防止水流的沖刷；若考慮到堤身，則可以選取位置②，因為洪水位邊線之下的堤基滲流坡降最大；如果堤防施工不便時，可以考慮堤頂的位置③處，堤后坡腳位置④對消減堤后出滲坡降和管涌險情的效果最為明顯[3-5]。

圖4　懸掛式防滲墻位置示意圖

3　堤防設施的崩塌和防護技術

河流的迎流頂沖處常會引起崩岸滑坡，長江中下游江堤3600km中，崩岸長度就有1500km。同樣，流經黃土高原的黃河，沿岸黃土的垂直崩塌也很常見。崩岸的發展自然會危及到大堤的安全，因此防止大江大河的崩岸滑坡也是保證大堤安全的前提。堤岸防護工程從治河布局方面考慮，主要有平順護岸工程，以遏制近岸崩塌的可能性；磯頭、壩垛守點工程，謀求逐步連線的護岸；丁壩群改造岸線工程等。從工程結構上考慮，主要有護坡式、擋土墻或者板樁墻式和控導水流壩工式。下面介紹幾種常見的護岸防沖工程施工類型。

a.拋石護岸堤工程。拋石護岸工程常用于崩岸搶險，而單純的拋石搶險只是暫時的，但拋石層內仍有流速及紊動水流的掏刷，同時還有岸坡地下水滲流的沖蝕，因此需要墊層、濾層或者土工織物保護拋石層下泥土的穩定性，如圖5所示，拋石層厚0.6m，砌石可小到0.4m，其下墊層和土工織物厚0.1～0.15m。水上施工的坡面陡緩由土質決定，在拋石的休止角35°～42°之間設計，拋石護坡不宜陡于1∶1.3。

圖5　拋石護岸護腳及其墊層布局示意圖

單純的拋石河岸和護坡下的基土是否仍被紊動沖刷，決定于拋石中間的孔隙大小與其下基土的抗沖性，迄今尚無可靠的計算方法，需要試驗研究。下面介紹以曼寧公式形式推算的石縫間流速公式：

式中vb——塊石與基土接觸面處的流速；

S——水力坡降；

D50——拋石平均直徑；

n——糙率系數，n=0.020～0.025。

由上式可以估算[3]，河床粉細沙將被紊流沖刷，所以拋石護岸護坡工程多采用墊層技術。

b.砌塊和石籠護坡技術。人工鋪砌塊石和利用碎塊石料以網筋包裝成石籠或者排墊護坡，更好地利用了開采的大小石料。

人工鋪干砌塊石護坡與拋石相比，受到水上施工的限制，表面平整，受流水沖擊較小，但比拋石坡面的波浪爬高大50%左右。砌石方法技術很多，常見有單層鋪設護坡，排放大石塊表面平整，小石塊擠塞縫隙。英國和蘇聯學者均提出了各自的計算公式[3]，用以作為工程施工中單層砌塊石護坡厚度標準。

漿砌塊石，其結構是將瀝青膠黏物、水泥砂漿等灌入塊石的縫隙中，這樣就可以將塊石連接塊成護面整體結構，漿砌塊石的特點是抗沖擊能力強，開采的大小石塊均可以使用到工程中。如果需要做不透水處理，施工中應該保留一部分冒水孔。具體的施工技術方法為：使用較干灰漿灌入所有縫隙，只需露出塊石表面即可；然后將較稀的灰漿注入塊石間的所有縫隙中；最后使用手工填塞灰漿逐一勾縫，這樣既達到了牢固的要求，而且整體美觀。

石籠護坡，常以鐵絲、鋼筋、聚合物筋等編成網狀箱、籠、排墊等形狀充填石塊，即為石箱、石籠、石排等，有柔性透水優點，常用于防沖及浪擊的護岸、護底、護坡工程。如圖6所示，石籠一般尺寸為長3～4m，寬1～3m，厚0.3～1.0m，大面積薄的石排(小于0.5m)作為排墊時可編好網狀先鋪在坡面上，然后充填石塊、碎石，再封閉上口。石籠的破壞多是石塊受到來回搖動，割斷網筋或者鐵絲銹蝕[3]。

圖6　石籠岸坡示例(單位：m)

除了上述幾種護坡施工技術外，還有塊體鋪面護坡、種草植樹護坡、充填混凝土護坡、現場澆鋪混凝土板護坡、瀝青護坡、丁壩挑流防護堤岸和重力墻護岸等幾種施工技術手段。

4　結　語

水利工程中堤防扮演著非常重要的角色，而堤防的建設關系到河流、湖泊、水庫以及海岸周圍群眾的生命安全，就堤防自身而言，其設計和技術方法的運用也會關系到整個水利工程的質量水準和服務年限。因此，在進行堤防的設計和施工時，必須依照相關設計標準和要求進行，采用合理的方案進行施工，對堤防工程的防滲技術、坍塌治理技術以及堤岸護坡技術問題掌握到位，保證工程的質量。

[1]趙祥.堤防改造方法 [J].水利水電科技進展，2012(4).

[2]毛月紅.河道堤防工程設計[J].甘肅水利水電技術,2010(1).

[3]毛昶熙.堤防工程手冊[M].北京:水利水電出版社，2009.

[4]王振方，周春海，周淑杰.化學補強技術在水庫工程維修中的應用[J].水利科技與經濟,2006 (7): 45-47.

[5]李曉麗，荊亮.水庫土石壩滲漏控制措施分析[J].科技咨詢導報, 2007 (21):11-12.

Discussion on water conservancy levee engineering construction technology

WANG Tinghua

(QingdaoJiaozhouWaterConservancyEngineeringCo.,Ltd.,Jiaozhou266300,China)

Levee is the most common engineering facility during the construction of water conservancy projects. Since the advanced science and technology are constantly integrated into the construction of water conservancy construction in recent years, more and more new theory and methods are adopted in levee construction. Technological progress lays an important foundation for the efficient construction of levee project. Levee is an important part of water conservancy project. The quality requirement is greatly improved due to the importance of the levee. However, current situation shows that levee project still should be studied and analyzed concretely and deeply in the aspects of levee antiseepage technology, collapse control techndogy, levee protection technology, etc., thereby aiming at promoting levee construction technology improvement and innovation, and guaranteeing the construction and application effect of water conservancy projects in China.

levee; collapse; anti-seepage; construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.002

TV871.1

A

1005-4774(2016)10- 0005- 04