淺析堤防整治工程防滲加固處理措施

焦戈君

（進(jìn)賢縣水務(wù)局水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，江西 南昌 331700）

滲漏是造成堤防汛期散浸、管涌、漏洞等險(xiǎn)情的重要原因之一[1]。土堤多使用當(dāng)?shù)夭牧咸钪?，由于土壤質(zhì)地不良，強(qiáng)度低、孔隙率高等原因給工程的安全運(yùn)行帶來(lái)很大隱患。防滲加固常用措施有垂直防滲、水平防滲、排水減壓和淤背蓋重等[2]。進(jìn)賢縣三叉港堤防現(xiàn)狀岸坡河流彎曲程度大，局部圩堤段堤身填土質(zhì)量差，汛期常出現(xiàn)滲漏、滑坡及潰堤等險(xiǎn)情，堤身、堤基未采取防滲措施。針對(duì)圩堤堤身填筑材料為壤土或夾砂壤土，填筑質(zhì)量差，碾壓不實(shí)致使其防滲能力不足，汛期外河水易通過(guò)透水性較強(qiáng)的砂性土滲入堤內(nèi)，產(chǎn)生堤身滲漏甚至脫坡等現(xiàn)象，擬從源頭開(kāi)展計(jì)算分析，提出加固措施并予以驗(yàn)證，徹底解決滲透安全隱患。

1 工程概況

1.1 堤防現(xiàn)狀

進(jìn)賢縣三叉港堤防整治工程位于江西省南昌市進(jìn)賢縣南臺(tái)港，項(xiàng)目起始于南臺(tái)鄉(xiāng)涂家壟上游，沿河順流而下，于南臺(tái)鄉(xiāng)羅家咀匯入軍山湖?，F(xiàn)狀堤頂頂寬3.5 m～5.5 m，迎水坡坡度一般為1∶0.69～1∶2.76，背水坡坡度一般為1∶0.71～1∶3.26。堤高3.5 m～8.4 m。擬整治河道總長(zhǎng)11.20 km，其中整治堤防總長(zhǎng)6.926 km，岸坡加固2.528 km，涉及南臺(tái)鄉(xiāng)的石坑村及赤嶺村等沿河村莊及大面積耕地，保護(hù)人口4800 人，保護(hù)耕地10414 畝。堤防整治項(xiàng)目主要包括堤防加高培厚、堤身堤基防滲處理、護(hù)坡護(hù)岸、穿堤建筑物加固等。

1.2 堤防滲透破壞

局部堤身段填筑材料以粉質(zhì)粘土、壤土、粉細(xì)砂、中粗砂為主，填筑質(zhì)量較差，防滲能力不足，汛期外河水易通過(guò)透水性較強(qiáng)的砂性土滲入堤內(nèi)，產(chǎn)生堤身滲漏甚至脫坡。

堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分雙層結(jié)構(gòu)（Ⅱ1、Ⅱ2）。當(dāng)河水水位高于堤內(nèi)地面且持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，Ⅱ2 類(lèi)結(jié)構(gòu)類(lèi)型堤基存在滲透變形或破壞的可能。南臺(tái)港河道圩堤內(nèi)側(cè)堤腳沿線(xiàn)為人工開(kāi)挖池塘或農(nóng)田，上部粘性不透水層遭到削薄及破壞，在持續(xù)高水位情況下，河水勢(shì)必沿滲流通道較短、蓋層較薄弱處產(chǎn)生滲透破壞。堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)具體分類(lèi)見(jiàn)表1。

表1 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)表

2 堤防滲漏破壞及加固處理措施

2.1 計(jì)算方法

采用河海大學(xué)開(kāi)發(fā)的水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)Autobank計(jì)算。

2.2 計(jì)算斷面選擇

滲流計(jì)算斷面選擇在堤后高程低于堤防設(shè)計(jì)水位以下的堤段，計(jì)算典型斷面取樁號(hào)K6+500 堤防。計(jì)算設(shè)計(jì)洪水位下堤身浸潤(rùn)線(xiàn)、出逸點(diǎn)的位置、逸出段與背水側(cè)堤基表面的出逸坡降。

2.3 滲透分區(qū)及滲透指標(biāo)的確定

綜合考慮地質(zhì)勘察資料的室內(nèi)外土工試驗(yàn)成果，采用地勘建議值確定滲流系數(shù)。典型斷面分區(qū)的滲透系數(shù)取值見(jiàn)表2。

表2 典型斷面滲透分區(qū)及指標(biāo)表

建議堤身K6+500 粉質(zhì)粘土（填土）、堤基粉質(zhì)粘土、堤基礫質(zhì)粘土的允許滲透比降分別為0.32、0.35、0.40。

2.4 堤身計(jì)算結(jié)果及分析

2.4.1 堤身滲流分析計(jì)算

滲流分析計(jì)算考慮迎水側(cè)設(shè)計(jì)洪水與背水側(cè)相應(yīng)水位結(jié)合情況。按照上述工況組合進(jìn)行計(jì)算，典型斷面滲流等勢(shì)線(xiàn)及浸潤(rùn)線(xiàn)見(jiàn)圖1，典型斷面滲流計(jì)算成果表3。

圖1 樁號(hào)K6+500 堤防滲流計(jì)算成果圖

表3 加固前堤防典型斷面滲流計(jì)算成果表

由表3 計(jì)算可知，背水側(cè)堤身最大滲透坡降大于允許值，說(shuō)明堤防堤身存在滲透破壞，需采取滲流保護(hù)措施。

2.4.2 堤身抗滑穩(wěn)定計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范值，滿(mǎn)足穩(wěn)定要求，見(jiàn)表4。

表4 典型斷面堤坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.5 堤基滲流計(jì)算結(jié)果分析

滲流分析計(jì)算考慮迎水側(cè)設(shè)計(jì)洪水與背水側(cè)相應(yīng)水位結(jié)合情況。按照上述工況組合進(jìn)行計(jì)算，繪制典型斷面的滲流等勢(shì)線(xiàn)及浸潤(rùn)線(xiàn)，見(jiàn)圖2，斷面滲流計(jì)算成果表5。

圖2 堤基滲流計(jì)算成果圖

表5 加固前堤基典型斷面滲流計(jì)算成果表

由表5 計(jì)算成果可知，背水側(cè)堤基最大滲透坡降大于允許值，說(shuō)明堤防存在滲透破壞，需采取滲流保護(hù)措施。

2.6 防滲加固處理措施

2.6.1 堤身加固處理

根據(jù)進(jìn)賢縣類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際工程運(yùn)用情況，對(duì)上述存在堤身滲透破壞的堤身的采用粘土斜墻培厚的方法進(jìn)行處理。

具體方案為在堤身臨水坡清除表土、雜物整平，加設(shè)防滲粘土斜墻，回填防滲性能好的粘土，分層夯實(shí)。設(shè)計(jì)粘土斜墻頂高程不應(yīng)低于非常運(yùn)用條件下的靜水位?；靥钔亮喜捎谜承酝亮?，要求粘粒含量為35%～50%。粘性土的設(shè)計(jì)指標(biāo)主要是滲透系數(shù)、含水量和干密度?；靥钔亮弦鬂B透系數(shù)小于1×10-5cm/s，并且有較好的塑性和滲透穩(wěn)定性，含水量控制在20%～30%左右，塑限附近為宜。回填土料的干密度，可以由公式計(jì)算或由擊實(shí)試驗(yàn)確定，粘土的設(shè)計(jì)干密度要大于土體天然干密度的1.02～1.12 倍并且不小于1.5 g/cm3。

斜墻采用粘土填筑，由于現(xiàn)有堤防為均質(zhì)土壩，要求斜墻土料的滲透系數(shù)小于原壩土料滲透系數(shù)的1%以下，斜墻土料的滲透系數(shù)K≤1×10-5cm/s。斜墻頂部的水平寬度取為1.5 m，斜墻底部厚度則根據(jù)土料允許滲透坡降而定。

2.6.2 堤基加固處理

根據(jù)滲流計(jì)算結(jié)果、地形地質(zhì)條件和險(xiǎn)情分布，對(duì)已出現(xiàn)滲流險(xiǎn)情或存在滲漏隱患的堤段采用堤內(nèi)水平蓋重能滿(mǎn)足防滲要求，且蓋重厚度不大，工程量相對(duì)較小，結(jié)合當(dāng)?shù)負(fù)岆U(xiǎn)除險(xiǎn)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)并參照江西省堤防堤基防滲處理經(jīng)驗(yàn)，確定采用水平壓蓋（壓浸臺(tái)）的防滲措施。

水平壓蓋作用是延長(zhǎng)滲徑，降低滲透出逸坡降，有臨水側(cè)防滲鋪蓋和背水側(cè)壓滲蓋重。為延長(zhǎng)滲徑，降低滲透出逸坡降，根據(jù)堤防工程多年的治理經(jīng)驗(yàn)，在背水側(cè)壓滲蓋重，將堤內(nèi)的取土坑、水塘填平和修筑壓浸臺(tái)，能起到較好的防滲作用，同時(shí)，還可增加內(nèi)坡的抗滑穩(wěn)定。此方法的缺點(diǎn)是通過(guò)填土增加土厚，雖然局部滲透穩(wěn)定解決了，但不能降低堤內(nèi)地下水壓力，對(duì)一些地質(zhì)條件極差、或存在淺層夾砂質(zhì)透水體堤段，土方工程量大，壓蓋厚度寬度大，方案不經(jīng)濟(jì)。但當(dāng)背水側(cè)堤基存在的剩余水頭不太大，采用水平蓋重處理時(shí)，是經(jīng)濟(jì)合理的。

2.7 加固措施驗(yàn)證計(jì)算

滲流分析計(jì)算考慮迎水側(cè)設(shè)計(jì)洪水與背水側(cè)相應(yīng)水位結(jié)合情況。按照上述工況組合進(jìn)行計(jì)算，典型斷面滲流計(jì)算成果表6。

表6 加固后堤防典型斷面滲流計(jì)算成果表

由表6 計(jì)算成果可知，背水側(cè)堤基最大滲透坡降小于允許值，說(shuō)明堤防經(jīng)過(guò)處理后不存在滲透破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

堤身填筑材料質(zhì)地不良，施工質(zhì)量難以保證。同時(shí)，堤基作為滲透穩(wěn)定性不良的“二元結(jié)構(gòu)”地層，地基上部為不透水層，以下為較厚的透水性土層，中間還可能有夾層或透鏡體。這種薄弱環(huán)節(jié)存在要求必須采取適當(dāng)?shù)姆罎B措施。防滲加固作為進(jìn)賢縣三叉港堤防整治工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系到整個(gè)工程的實(shí)施效果。本文從滲流穩(wěn)定計(jì)算、加固措施研究到最終的驗(yàn)證評(píng)價(jià)提出了防滲加固工程的整套流程，是堤防加固工程可以借鑒的模式之一。