河东堤堤身渗透破坏成因及防渗加固措施研讨

马　茵

(柳州市防洪排涝工程管理处， 广西 柳州　545001)



河东堤堤身渗透破坏成因及防渗加固措施研讨

马茵

(柳州市防洪排涝工程管理处， 广西 柳州545001)

【摘要】防洪工程体系中，堤防工程是防御洪水的重要屏障，但堤防的渗漏破坏，可能诱发决口、溃堤，对堤内人群生命财产造成赤裸裸的威胁。本文以河东堤为例，对堤身渗透破坏情况和原因进行深入剖析，提出河东堤堤身渗透破坏防治措施，以期作为防渗加固工程的施工技术指导。

【关键词】河东堤； 堤身渗透； 防渗加固

1工程概况

河东堤位于柳州市河东区，落成于2005年5月，以下游河东村为起点，途经横跨河东桥、王家村、目估冲、壶东桥、文昌桥、三棉厂、市窑埠码头，止于上游河东水厂，全程5.506km，包括457m土堤、4006m混凝土堤、126m土石混合堤、917m钢筋混凝土堤，共保护河东区3.54km2面积和当地3.57万人口。河东堤的堤防剖面见图1。

图1　河东堤堤防剖面

从图1中，可看出河东堤的堤防由堤身和堤基组成，处于Ⅱ级阶地前缘，堤线近靠岸坡，岸坡稳定条件较差，其主材料为填土、黏土，其中堤身的填土渗透系数均值5×10-5cm·s-1、渗透系数标准差2×10-5cm·s-1、允许水力坡降0.51；堤基土持力层大部分为黏土、粉质黏土，渗透系数均值4.5×10-5cm·s-1，渗透系数标准差3×10-5cm·s-1，允许水力坡降0.5。根据以上材料参数，选取案例200单元数量和478节点数量的标准，构建河东堤堤身的有限元渗流模型，见图2。

图2　河东堤堤身有限元渗流模型

根据以上的有限元渗流模型计算河东堤堤身的渗流，定水头边界，分别为上游堤身的坡面和底面，两者都低于上游的洪水位，而溢出边界在河东堤的下游，同样是堤身的坡面和地面，其余位置都属于不透水的边界。通过分析，现场根据不同的洪水位，随机抽取3000多个渗透参数样本，最终发现洪水位在5.4m时，河东堤的渗透破坏概率达到1.8%，并有增大的趋势。

2堤身渗透破坏及成因分析

紧扣河东堤堤身的有限元渗透分析，归纳总结河东堤堤身渗透破坏的几种主要类型：

a.管涌。在堤基位置，土层隆起、浮动和膨胀，引发堤身管涌问题，在已经出现漏洞的位置，发现某些部位存在砂层和架空砖石块，这些部位在汛期时，渗透坡降在堤身土体抗渗临界坡降标准之上，表明土层较为薄弱的位置，出现顶破并溢出夹泥渗流的可能性比较高，如果未能及时防治，渗流破坏会持续加重，最终导致穿孔、塌陷、跌窝等险情出现。

b.接触冲刷。河东堤堤身集中渗流位置，渗流产生冲刷力，在堤身土体抗渗强度之上，目前堤身的横向贯穿裂缝，正是接触冲刷影响所致，具有引发地方溃决的隐患。譬如在堤身3+155～3+432、4+930～5+110段，其填土类型以砂质黏土居多，但与坝基壤接的位置，中粗砂粒为主成分，通过现场的注水试验，发现堤身的土体为中等透水性，不具备较高的压实度和质量，容易产生接触冲刷等渗透破坏现象。

c.岸坡坍塌、塌滑。仅有壶东桥上下游段各100m位置设置有桥墩护岸，壶东桥下游段2+500～3+050段岸坡存在下河码头、水上公交站平台等重要设施，浮桥位于现状柳江河岸坡脚水岸边，紧贴岸坡脚植被浮动，对应河东堤堤防桩号1+530～2+230范围段，现状岸坡无护岸及护脚，现状岸坡存在严重的坍塌、塌滑情况。

3河东堤堤身渗透破坏防治措施

针对河东堤堤身渗透破坏的情况，正面要求通过提高堤身密实度、结合密度、固基等方法，增强堤身抵抗渗流破坏的能力，相应的技术手段可归纳为“前堵”“后排”“中间截”三个方面。

3.1前堵

a.增设截渗环和防渗铺盖。以增强堤身的密实性和结合密度为目的，需将5道截渗环，依次布置于管壁，再回填防渗性能较好的黏土，在布设截渗环时，发现临水侧位置，在河势水流的波及下，防渗铺盖施工难度比较大。在检查不透水层埋深和厚度之后，计算出防渗铺面的长度和厚度标准，同时检查天然弱透水层的分布、渗透系数、渗透坡降和厚度等，尝试性将其作为防渗铺盖，同步以人工铺盖补强技术，弥补天然弱透水层铺盖的薄弱位置，基本能够保证防渗铺盖施工的效果。

b.前戗。前戗施工的前提，是掌握渗流规律，目的是补强堤身。在施工时，仔细甄选土料类型，分别试用不同渗透系数的土料，发现渗透系数偏低的土料较为适用该工程，将其填筑于堤身临水位置，构筑坡度1∶3 的土平台，但其高程，必须控制在洪水位1m左右，才能够起到降低背水侧出逸比降的作用。

c.土工膜铺设。土工膜铺设在堤坝的迎水面位置，土工膜具有比较高的抗拉强度，可增强堤身的抗变形能力，其施工效果见图3。

图3　土工膜铺设

在图3的堤坝位置铺设土工膜，施工方案要求根据防渗铺盖计算出土工膜的长度，而高度的控制，规定控制在设计洪水位1m以上。在铺设时，发现土工膜和堤身接触位置有滑动迹象，削弱堤坡防渗的稳定性，检查土工膜和砂土之间的摩擦系数，发现在土石料摩擦系数以内，重新调整土工膜在基面的平置状态，在拉伸土工膜时，留出均匀的小皱褶，形成锯齿平面。在此基础上，以搭接、黏结和焊接相结合的方法，布置铺放接缝。铺设好土工膜之后，在其上加铺保护层，在水位下降时，土工膜表面存在反向渗压，在其表面夯铺厚度0.5m以上的沙壤土，再铺上砌垫层，基本控制了反向渗压的影响。

3.2后排

a.后戗。在后排工序中，后戗技术要求加大背水侧的堤身断面面积，以便提高堤身断面的抗渗性能，但在施工时受到堤坡出逸的影响，给浸润线控制增加些许难度，在分析所选用填筑材料的透水性能之后，以原堤身材料透水性能为标杆，将后期选用材料的透水性控制在该标准之上，即可提高浸润线控制的成效，又为后排施工奠定有利的技术基础。

提高自我觉察的能力，是在人际关系上强化精神激励的重要方面。美国人本主义理论的代表人物马斯洛指出：“真正让一个人改变的是对自我的觉察”，是“对自己做出恰如其分的判断”。自我觉察能力的体现重要的是了解自己的实际需要和生活目标。例如在生活目标上，重要的表现是“为”和“乐”。“为”的能力有大有小，为团队、为企业、为社会、为别人、为自己做有益的事情，都是“为”。“乐”是悦心健体，陶冶感情，交友增益。提高自我觉察能力，了解自己，全面看问题，增强价值感，是处理好人际关系，造就高效、健康、愉悦和昂扬向上的职业状态的重要前提。

b.构筑后戗台。后戗台亦称为堤防淤背，在堤坝的背水侧，是堤身抗压和防渗的重要结构，同时也是整个堤坝减少管涌破坏的重要位置。在该工程中淤背的构造情况见图4。

图4　工程堤防淤背

按照图4构筑堤防淤背，前提是掌握堤坝的渗流情况，并分析可能出现的各种险情。经分析，确定主要的险情集中于堤身背水侧坡角10m的范围内，仅有极小部分的限期在该范围之外，因此选定10m作为淤背的标准宽度，高度则以堤顶部作为参照，控制在2.5m左右。施工实践证明，该工程堤防淤背的构造，有效抑制了周围管涌问题的出现，尤其在坝脚附近，管涌现象基本得到控制，说明堤身抵抗承压水头的性能有了大幅度提升。在此基础上，考虑到堤基原先用于消除渗透破坏影响的减压井，被淤泥严重堵塞，大大削弱了排水效果，建议将其拆除，采用以上提到的管涌问题消除办法，同步解决减压和排水的问题。

3.3中间截

中间截是施工的重点，其工序包括钻探灌浆加固、设立黏土截水槽、劈裂灌浆、垂直铺塑、液压开槽机城墙，在堤身位置布置封闭模式的垂直防渗墙结构，作为截段渗透破坏通道的水下结构体，同时也是彻底解决堤身渗透破坏问题的重要举措。

a.钻探灌浆加固。根据堤身渗流隐患点的位置，梅花状布置钻孔，且钻孔深度，务必到达渗透隐患的部位，该工程的钻探灌浆钻孔，按照图5形式布置。

图5　钻探灌浆孔布置

布孔后，选用掺有少量泥土的沙壤土，经搅拌形成加固泥浆，在现场试验确定灌浆压力后，往每个孔内灌浆加固，共处理200km的堤身渗透破坏隐患。

b.设立黏土截水槽。考虑到河东堤堤基透水层比较浅，因此有必要在堤身迎水面，用堤身同类的防渗材料，布置黏土截水槽，但截水槽材料的压实密度，应控制在堤身材料密实度以内，其槽底宽度标准，结合每个不透水层位置的渗透坡降允许值，以及现场施工条件选定，同时将底部嵌入不透水层内，方可达到预期的截渗效果。

c.劈裂灌浆。采用常规的防渗方式无法满足河东堤存在砂层和洞穴隐患的防渗需求，需要沿着堤身轴向应力的方向，从堤顶往下劈开堤身，依次排布灌浆孔，灌浆后形成连续结构型式的防渗心墙，厚度0.15m。灌浆后，存在洞穴和砂层的隐患部位，都能够得到充填、挤压和密实。施工期间，由于浆液配比不合理，发现浆体固结难度比较大，对此重新选取浆体材料，并在实验室完成配比试验，保证了浆体的正常固结。

4结论

从河东堤的施工结果可知堤身达到了防渗标准，其成效可归纳为以下几点：

a.分析渗流场后，发现逸出网格相比原来有所增大，说明坡降已经得到缩小控制，同时根据下游堤防的状态，分别验算了稳定渗流时的背水侧堤坡和洪水位骤降期的临水侧堤坡，最终确定堤身的抗滑稳定趋于安全态势。

b.在铺筑土工膜时，堤坝的断面宽度加大，在临河一侧的坡度，也表现出缓和的状态，另外土工膜的加筋锚固作用，让土工膜和堤身内的土体完全接触，验算滑动面的抗滑稳定后，基本确定可以忽略孔隙水压力对土工膜抗滑摩擦力的影响，断定反向渗压的影响问题得到有效控制。

c.除了以上的防渗加固方法，建议在非汛期时，全方位检查堤身是否有隐患，并第一时间进行治理；在汛期时，高度戒备和检查，提前制订合理的抢险预案，防范于未然。

通过研究，基本明确了河东堤堤身渗透破坏的成因和防渗加固方法，其他堤坝工程参考借鉴河东堤防渗加固施工经验时，需结合自身的防渗加固要求和条件，保证这些方法的适用性。

参考文献

[1]潘明武.堤防工程防渗加固处理[J].农业与技术,2013(3):42.

[2]刘美玉.堤防防渗技术分析[J].江西建材,2012(6):109-110.

[3]黄丽珠.水利工程施工中堤坝防渗加固技术的应用[J].科技创新与应用,2013(29):204-205.

[4]曾新生,张瑞焕.堤坝工程防渗加固工艺探讨[J].企业导报,2014(17):144.

DOI:10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.07.011

中图分类号：TV871

文献标志码：B

文章编号：1005-4774(2016)07- 0041- 04

Discussion on Hedong Dike seepage failure formation causes and anti-seepage reinforcement measures

MA Yin

(LiuzhouFloodControlandDrainageEngineeringManagementOffice,Liuzhou545001,China)

Abstract：Dike engineering is an important barrier to prevent flood in flood control engineering system. However, dam seepage failure can lead to burst and levee breaches, thereby threatening people’s life and property greatly. In the paper, Hedong Dike is adopted as an example. Dam seepage failure condition and causes are analyzed deeply. Preventive measures are proposed on dam seepage failure in Hedong Dike, thereby it can be used as construction technology guidance of anti-seepage reinforcement engineering.

Key words：Hedong Dike; dam seepage; anti-seepage reinforcement