深覆蓋層堤壩地基滲流控制技術

張春霞

（江西省贛撫平原水利工程南昌縣管理站）

0 引言

在水利工程建設中，堆積于河道的深厚覆蓋層具有堆積物松散、顆粒偏大并且透水性強的特點，屬于地質條件復雜且較差的地基，使堤壩施工的難度和復雜性提高，同時地基滲流出現幾率增加，為工程的安全可靠性帶來不利影響。因此加強對深覆蓋層堤壩地基的研究，加強滲流控制技術的應用，對地基以及水利工程的安全穩(wěn)定性的有效保障有著重要的意義。

1 壩基滲流的呈現形式

在深覆蓋層堤壩地基中，由于存在砂石、巖土等孔隙，水在其中流動會出現滲流的現象，并使土體的阻流能力和部分承載力受到影響而發(fā)生變形，呈現出滲流破壞的情況。在堤壩地基中，因水力條件、地質因素等，無法完全防止?jié)B流現象的出現，并且其破壞表現形式也各不相同，其中主要的破壞表現有以下幾種。

1.1 管涌

目前主要呈現的管涌現象，其中主要有化學管涌和機械管涌兩種，機械管涌屬于較為常見的破壞形式。土體中的細顆粒隨著滲流的作用，在土體的孔隙通道內不斷流動，不僅造成土體細微顆粒的流失，同時也不斷擴大孔隙，使?jié)B流量逐漸增大，最終導致土體中的粗顆粒也被帶入滲流通道，使土體遭到破壞。

上游水位升高時，極容易導致管涌現象的出現，并且管涌持續(xù)時間較長，當滲流所帶動的粗顆粒越來越多時，堤壩地基的結構穩(wěn)定性將受到嚴重影響，導致潰壩、堤壩塌陷等事故的出現。管涌現象示意圖如圖1所示。

1.2 流土

圖1 管涌示意圖

地基表面部分土體顆粒和隆起部分，隨著滲流的不斷作用而逐漸流失的現象稱為流土。流土現象的出現與水力坡降數值有著一定的聯系，對于非粘性土體而言，土體因滲流作用出現土體翻滾、沙沸的現象；黏性土則表現為膨脹、土體表面隆起等現象。此現象與管涌現象不同的是，極少出現在地基土體內部，多發(fā)生在壩體下游部分，主要出現在地基的滲流出口，并且其發(fā)展的速度較快，其發(fā)生的主要原因與滲流逸出的梯度有密切關系。另外對于單一土層的滲流破壞表現，主要為流土和管涌兩種。流土形成和表現如圖2所示。

圖2 流土形成示意圖

1.3 接觸沖刷

在不同的土層介質之間的滲流沿著接觸面不斷流動，與接觸面孔隙通道相比，細顆粒粒徑較小時，會被流動的滲流帶走，形成接觸沖刷。在堤壩地基中，地基土層和壩體地下邊線的接觸面，或雙層地基的接觸面，容易出現接觸沖刷，示意圖如圖3所示。

圖3 接觸沖刷示意圖

1.4 接觸流土

當相鄰土層接觸面的滲透系數存在較大差距時，垂直于接觸面的滲流會從滲透系數較小的土層中帶著土體的細顆粒，并進入滲透系數較大的土層，形成接觸流土的現象。通常在施工工程中出現不符合施工規(guī)范要求的反濾層接觸面，就是因此類流土所造成了堵塞現象。

2 地基滲流控制技術

根據對堤壩地基滲流破壞所呈現的形式以及破壞機理的總結和分析，可以看出加強對堤壩地基滲流控制對工程結構的穩(wěn)定性有著重要作用，同時也是保障工程效益和社會效益的關鍵環(huán)節(jié)。所以應根據堤壩地基的實際情況，對容易產生滲流現象的各部位加強控制，通過提高對滲流破壞力的抵抗性以及降低滲流破壞性兩方面著手，對滲流控制技術進行合理選擇和應用，使?jié)B流現象得到有效控制。具體控制技術有下面幾種。

2.1 防滲技術

利用滲徑延長，并使下游出逸坡降和滲流坡降降低，使?jié)B流量得到有效控制而減少，對堤壩地基的穩(wěn)定性予以保證，防滲技術主要包括垂直防滲和水平防滲兩種形式。

作為地基滲流控制的重要手段，垂直防滲主要針對堤壩地基的地質結構，通過堤壩壩體與垂直防滲的防滲體形成的封閉式結構，對滲流通道進行阻斷，使?jié)B流破壞發(fā)生的幾率得到有效控制。此防滲技術根據防滲范圍和深度可分為不完全式、完全式和箱式三類。不完全式只適用于混凝土防滲墻或承受水力梯度較大的板樁，需要在出口處進行反濾層設置，并對出口滲透穩(wěn)定性進行核算；完全式在防滲效果方面表現較好，通過與不透水層連接，能夠實現對砂礫層的完全阻斷；箱式適用于砂礫土質的深厚覆蓋層地基。對于覆蓋層堤壩地基滲流問題，采用垂直防滲設施能夠有效、可靠地予以控制和解決。

通過水平混凝土護面鋪設和水平粘土鋪蓋的方式，使防滲性能得到有效提高的水平防滲技術，通常采用粘土，混凝土瀝青等透水性能較小的防滲材料，實際工程中，水平防滲技術主要針對滲透性較差且地基相對均質性能較好的地基，而在多層或砂礫地基應用中，其防滲效果不理想。

2.2 排滲技術

此防滲技術包括垂直排滲和水平排滲兩種，主要采用透水性能較強的材料，如土工織布、砂礫石料等，在堤壩地基內部和滲流坡降較大的地基部位進行排水體的布設，能夠起到提前釋放滲透壓力的作用，排水體能將水流排出，使水力梯度的允許值提高，有效避免地基部分出現滲透變形的情況，使地基的穩(wěn)定性得到有效保證。另外需要與其他滲透控制技術相配合，如:防滲技術等，通過滲透控制技術的合理使用，才能使防滲控制效果得以實現。防滲控制技術應用如圖4所示。

圖4 堤壩滲流技術應用示意圖

2.3 壓滲技術

此技術主要是在壩體下游坡腳附近，通過蓋重設置，使部分水壓得以平衡，避免出現流土和管涌的現象。在透水層較厚并且不透水層較深的情況下，通常采用防滲措施與在背水側進行壓滲蓋重以及蓋重延伸的技術相結合的方式進行處理。通過人工吹填和填筑等方式，能夠形成蓋重土層，具有簡單易操作性，因此滲控技術也得到了廣泛應用，另外透水性能較好的材料常被選作填料，如選用粘性土作填料，則需要加強對蓋重厚度和長度的設計。

2.4 反濾技術

利用粒徑逐漸增大2～3 層的無粘性土料沿滲流方向進行反濾設施的布設，主要布置在細顆粒土層與粗顆粒土層的接觸面上，以及滲流逸出口處，通過將地下結構層與滲水層隔離的方式，使水力梯度允許值提高，避免發(fā)生滲透變形的情況。

反滲設施能夠對滲流出口進行有效保護，避免土顆粒的流失，是地基滲流控制技術中的重要措施之一，同時實施過程中需要注意：不能移動每一層內的顆粒；大顆粒一層的孔隙不能使細顆粒穿過；反濾層不能將被保護的顆粒帶走；避免出現堵塞反濾層的情況。

3 結語

根據對地基滲流所造成的破壞現象進行分析，主要表現在流土、管涌、接觸流土以及接觸沖刷等幾方面，針對無法避免的滲流問題，通過防滲措施、防滲技術以及防滲材料的結合使用，使?jié)B流破壞、滲流變形的情況得到最大限度的控制，另外加強對抗?jié)B性能材料的研發(fā)，以及更直觀的防滲檢測手段的應用，為堤壩地基防滲控制工作提供更有力的支持。