堤基防滲加固技術的特點及其合理選用

堤基防滲加固技術的特點及其合理選用堤防工程是防洪工程體系的重要組成部分，對保障大江大河中下游及濱湖平原地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進展和廣闊人民群眾的生命財產(chǎn)安全起重要作用。在我國大江大河的中下游地區(qū)尤其是濱水城區(qū)，堤防是防備洪水的最終屏障。目前，我國建有各類堤防25萬km。但由于自然、社會和經(jīng)濟條件的緣由，目前我國大多堤防的防洪力量偏低，圩堤險工險段較多，隱患嚴峻，當遭受洪水時堤防常常發(fā)生管涌、滑坡、崩岸和漫溢等險情，嚴峻者導致大堤潰決。在1998年大水中，僅長江中下游干堤就消失險6100多處，其中滲透破壞險情約占險情總數(shù)的70%，在堤防出險險情中占有相當比重。滲透破壞是堤防工程中最普遍且難于治愈的心腹之患，如何依據(jù)堤防工程的地形地質(zhì)和經(jīng)濟社會條件等實際狀況，因地制宜地選用經(jīng)濟合理、技術可行的堤基防滲技術，做好堤基的防滲處理，是堤防除險加固工程建設中的一項重要內(nèi)容。

1、堤基滲透破壞的成因與分類

隨著汛期水位的上升，堤身內(nèi)的浸潤線逐步形成并不斷抬高，背水側堤基的滲透坡比降也漸漸增大，一旦超過堤基的滲透臨界出降就會產(chǎn)生滲透破壞。

由于滲流條件和土體條件的不同，滲透破壞的機理、進展過程及破壞程度也不一樣。依據(jù)滲透破壞的形成機理，滲透破壞常有下列四種形式：流土、管涌、接觸沖刷和接觸流土。

流土為在滲透力作用下，土體中的顆粒群同時起動而流失的現(xiàn)象，主要在粘性土和無粘性土中發(fā)生。管涌為在滲透力的作用下，土體的細顆粒沿著土體骨架顆粒間的孔道移動或被帶出土體的現(xiàn)象，通常發(fā)生在砂礫石地層中。滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流淌并帶走細顆粒的現(xiàn)象稱為接觸沖刷，主要發(fā)生于結合面及裂縫處。滲流垂直于兩種不同介質(zhì)的接觸面運動，并把一層土的顆粒帶入另一層土的現(xiàn)象稱為接觸流土，主要發(fā)生在顆粒粗細相差較大的兩種土層的接觸帶。

2、堤基防滲的工程措施

依據(jù)堤基滲透破壞的成因，結合當?shù)氐匦蔚刭|(zhì)等條件及工程閱歷，堤基防滲主要工程措施有：前堵型防滲、后排型防滲和中截型防滲。

1）前堵型防滲

前堵，即在臨水側設防滲鋪蓋、前截、防滲斜墻及鋪設土工膜等，但因堤防臨水側一般受到河勢水流的影響，這些措施常會受到肯定的限制。

鋪蓋防滲，它并不能完全截斷水流，但可以增加滲透途徑，或削減壩基滲流的水力坡降和滲流量至允許的安全值范圍內(nèi)。當利用自然?弱透水層作為防滲鋪蓋時，應驗查自然?弱透水層及下臥透水層的分布、顆粒級配、滲透系數(shù)和允許滲透坡降等，在自然?鋪蓋不足的部位實行人工鋪蓋補強措施、確保鋪蓋達到設計要求。

堤身臨水側前堵。在堤身臨水側填筑土平臺，要求選擇滲透系數(shù)小的填料，以降低背水側的出逸比降，使其即符合前堵的原則，又對堤身薄弱起到補強作用。在堤防迎水面鋪設土工膜是一種比較廣泛的防滲措施，其具有整體性好、產(chǎn)品規(guī)格化、鋪設簡潔、適應堤身變形的優(yōu)點。

2）后排型防滲

后排，主要指在堤防背水側實行壓滲導滲溝、減壓溝和減壓井等措施。

堤身背水側后戧。在堤身背水側加大堤身斷面，掌握浸潤線不在堤坡上出逸，要求后戧填筑的土料透水性比原堤身大，以符合后排原則。

堤防吹填法。用吸泥船、泥漿泵等機械設備，吸取江河泥沙，輸送到堤身背水側沉淤，此為防止基礎滲透破壞的有效措施之一。

減壓井，適用于全部滲透破壞堤基的除險，但工程實踐表明，減壓井的最大問題是易淤堵，減壓井的排水量往往隨著時間推移，漸漸削減，減壓效果也越來越差。

3）中截型防滲

中截，指在使堤身中進行黏土灌漿、劈裂灌漿、鋪設土工膜、混凝土截滲墻，以及高壓噴射灌漿等。

堤身鉆探、錐探、灌漿加固，漿液材料一般為黏性土或砂壤土，視需要也可摻用少量水泥，攪攔成泥漿。鉆孔的布置依據(jù)堤身隱患部位確定，多為梅花形布置，孔深應大于隱患深度。灌漿壓力可在一現(xiàn)場試驗確定黏土截水槽，截水槽底部應達到相對不透水層或基巖，采納與堤身防滲體相同的土料填筑，基壓實度不應小于堤身的同類土料。截水槽的底寬，應依據(jù)回填填料，下臥的相對的不透水層的允許滲透坡降及施工條件而定。

劈裂灌漿，沿堤身軸線最小主應力面布鉆孔，用肯定的壓力灌注泥漿，人為劈開堤身，并利用漿堤互壓、泥漿析水固結和堤身陷密實等作用，使全部與漿脈連通的裂縫，地窖、砂層等隱患得到充填擠壓實心密實，形成垂直連續(xù)的泥漿體防滲墻。

對堤身、堤基進行垂直防滲，它是通過建筑封閉式的垂直防滲墻，截斷滲透破壞路徑，是一種相對根治滲透破壞的防滲措施。按施工方法分為泥漿槽防滲墻、薄壁抓斗成槽防滲墻、射水法成槽防滲墻、鋸槽防滲墻、高壓灌漿防滲墻、多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻、板樁灌注防滲墻、液壓開槽防滲墻等。垂直防滲在長江重要堤防隱藏工程中得到了比較廣泛的應用。

3、堤基防滲技術特點與合理選用

前堵防滲也叫水平防滲。水平的防滲措施是利用平鋪在臨水側堤基表面上的一層相對不透水的粘土、混凝土或土工膜等，或利用在背水側地基上鋪設的一層壓蓋土來延長堤基中滲透水流的流線長度，從而降低滲水的破壞能量，減小滲水坡降，提高滲流出口的反抗力，減小堤基發(fā)生滲透變形的可能性。這種水平措施可依據(jù)所在堤內(nèi)外兩側地基上的不同，分別叫堤外臨水側地基上的鋪蓋和堤內(nèi)側地基上的蓋重。

后排，主要指在堤防背水側實行壓滲導滲溝、減壓溝和減壓井等措施。

中截防滲也叫垂直防滲。垂直防滲是依據(jù)“前堵后排”的防滲原則原理，通過“前堵”的原理來達到防滲的目的，即通過置換、填充、擠密、凍結及化學作用等手段在土層中形成一個垂直的防滲帷幕墻體，從而達到截水、阻水的目的。防滲墻是堤防防滲處理中最為有效的一種垂直措施。設計合理的防滲墻能夠有效地改善堤身、堤基的滲流狀態(tài)，滿意滲透穩(wěn)定和抗浮穩(wěn)定，并可明顯地降低滲流的自由面和出逸段的高度。

采納何種堤基防滲加固措施應依據(jù)堤基地質(zhì)條件、地形條件以及滲透破壞危害程度進行綜合考慮，然后通過經(jīng)濟技術比較，選取單一或幾種措施來綜合治理。視詳細狀況可選擇填塘固基、臨水側防滲鋪蓋、堤基垂直防滲、背水側壓滲蓋重、排不減壓溝井、水平排水褥墊等措施或幾種措施的組合。

當?shù)谭罏樯盎屡P強透水的砂層、砂礫石層、且與江水相通，選取防滲加固措施應著重考慮以下幾點：

1）當?shù)袒鄬Σ煌杆畬勇癫剌^深，透水層較厚，同時臨水側有穩(wěn)定灘地的堤基宜采納鋪蓋防滲。

2）當?shù)袒杆畬虞^淺時，在迎水側堤腳宜采納粘土截水槽或其他封閉式垂直防滲措施截流，并與堤身防滲體連成統(tǒng)一的防滲體系。也可以采納蓋重或蓋重結合減壓溝、井的方法。

3）當?shù)袒谏w層較薄，透水層埋藏深且厚度大時，可以采納背水側壓實填筑壓滲蓋重法或吹填法增加蓋重，也可以采納在背水堤腳處適當位置設置減壓溝、井的方法。同時也可以考慮蓋重和排水壓溝、井聯(lián)合使用的形式，以達到根治地基滲透破壞的目的。若臨水側有穩(wěn)定灘地，可在臨水側加設鋪蓋進行防滲處理。

4）當?shù)袒谏w層較厚且下臥強透水層較深時，宜采納蓋重措施進行處理。蓋重滲透系數(shù)應比掩蓋層大。也可在背水堤腳外適當位置設置減壓井，達到減小揚壓力和除險的曠目的。

5）當多層地基且存在淺層弱透水層時，宜采納壓滲蓋重或結合減壓措施進行除險。也可以采納半封閉式垂直防滲措施，但須勘察半經(jīng)滲流計算論證。

6）當?shù)袒鶠閺婏L化基巖且基巖或堤身發(fā)生滲透破壞時，可采納地基帷幕灌漿。對臨水側有外灘的狀況也可以使用鋪蓋防滲，必要時可在背水腳四周實行反濾愛護措施。

總之，對采納的除險加固方案，必需進行效果論證，以達到技術上牢靠，經(jīng)濟上合理的目的。

4、結束語

堤防除險加固的實踐表明，滲透破壞是堤防工程中最普遍而且難以治愈的問題，選擇有效、合理、經(jīng)濟的除險加固方案是一項技術性很強的工作，是堤防滲透破壞除險加固工作的關鍵環(huán)節(jié)。

滲透破壞的除險加固應從兩方面入手：一方面是提高堤防本身反抗?jié)B透破壞的力量，另一方面是降低涌透破壞的力量，即降低滲流出口的比降和堤身的浸潤線，這方面應遵循“前堵后排、反濾料愛護滲流出口的滲流掌握原則”。

在堤防防滲除險加固工程中，其防滲措施的選用主要取決以下幾個方面：

1）功能性。主要應考慮工程的性質(zhì)和條件，盡可能符合“前堵后排”的原則，確定出幾種不同的防滲方案和防滲墻的不同技術，滿意工程防滲的目的和要求。