沖積型地基堤壩工程滲流控制

第七章沖積型地基堤壩工程滲流控制滲流控制的主要義務(wù)控制的方法和途徑垂直防滲方案研討第一節(jié)滲流控制的主要義務(wù)必要性：沖積型地基分布廣〔長江、黃河、珠江三角洲〕〔江河湖泊平原〕沖積地基工程最大問題：滲流1、堤防傍河而建，堤線受河勢制約；2、堤身填筑質(zhì)量差；3、堤后坑塘多，天然弱透水覆蓋層被減弱。第一節(jié)滲流控制的主要義務(wù)堤基浸透破壞的成因和分類：堤基的浸透破壞常表現(xiàn)為泡泉、沙沸、土層隆起、浮動、膨脹、斷裂等，通常統(tǒng)稱為管涌。堤基的浸透破壞普通均為土力學中的流土破壞。產(chǎn)生的緣由：隨著汛期水位的升高，背水側(cè)堤基的浸顯顯露逸坡降增大，一旦超越堤基的抗?jié)B臨界坡降就會產(chǎn)生浸透破壞。第一節(jié)滲流控制的主要義務(wù)堤基浸透破壞的成因和分類：浸透破壞首先在堤基的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)，如坑塘或表土層較薄的位置。對近似均質(zhì)的透水堤基，浸透破壞首先發(fā)生的堤腳處。堤基管涌，尤其是近堤腳的管涌，開展速度快，容易構(gòu)成管涌洞，對管涌堤段必需進展除險加固。堤身直接座落在砂礫石強透水層上，或座落在強風化的巖基上，那么在堤身與堤基的結(jié)合面也能夠發(fā)生接觸沖刷或接觸流土破壞。第一節(jié)滲流控制的主要義務(wù)滲流控制的主要義務(wù)降低滲流水頭堤壩滲流水頭越大，下游邊坡穩(wěn)定性越差，坡腳附近易發(fā)生浸水〔散浸〕、流土險情。減小浸透坡降實踐浸透坡降超出土的允許浸透坡降。控制滲流量不可防止，控制在允許范圍內(nèi)?！菜畮鞄焖笔?、堤防背水側(cè)沼澤化、抬高農(nóng)田水位〕第二節(jié)控制的途徑和方法控制的途徑和方法控制途徑：防滲、排滲、壓滲、滲流出口設(shè)反濾層第二節(jié)控制的途徑和方法防滲在壩體、堤身及地基上利用弱透水資料〔黏土、水泥土、混凝土、瀝青混凝土、防滲土工塑膜等〕做成防滲體，以消殺部分水頭；同時減小浸透坡降和浸透量。方式：垂直防滲、程度防滲第二節(jié)控制的途徑和方法垂直防滲原那么：符合前堵后排的原那么、堤身和堤基滲流控制措施一致思索的原那么方案的選擇主要思索順應(yīng)工程性質(zhì)、條件，可滿足工程防滲目的和要求，有一定的防滲規(guī)范，工程費用較低等要素。堤身：截滲墻〔薄防滲墻、定擺噴、板樁墻〕，劈裂灌漿等防滲體。在防滲體不能和地基防滲措施統(tǒng)籌實施時，可思索截滲墻方案。第二節(jié)控制的途徑和方法堤基：透水堤基垂直防滲處置可采用截水槽、截滲墻等作為防滲體。資料：粘性土、土工膜、固化灰漿、水泥、水泥砂漿、混凝土、塑性混凝土、瀝青混凝土、化學資料；施工：人工開挖、機械開挖、鋪設(shè)、沖擊鉆、回轉(zhuǎn)鉆、抓斗、輪銑、射水、鋸槽、斗式、多頭鉆、定擺噴、灌漿、板樁、攪拌樁等技術(shù)；其厚度和設(shè)置方式應(yīng)滿足資料允許浸透坡降要求；其防滲性能、效果應(yīng)符合防滲要求和順應(yīng)防滲體的布置。第二節(jié)控制的途徑和方法垂直防滲傳統(tǒng)：心墻、斜墻、截水槽、和灌漿帷幕高土石壩：瀝青混凝土、混凝土防滲墻既有土石壩和堤防：高壓放射注漿法、深層水泥土攪拌、劈裂灌漿、沖抓套井回填黏土、壩體垂直鋪塑或上游坡鋪塑〔土工復(fù)合膜〕等第二節(jié)控制的途徑和方法幾種垂直防滲與地基加固方法的比較在堤防除險加固工程中，比較適用的有灌漿法、防滲墻法、高壓放射灌漿法、深層攪拌法和振沖法等幾種，其中灌漿法、防滲墻法高壓放射灌漿法和深層攪拌法既可以做成防滲墻，處置地基滲漏問題，也可以用于地基加固。而振沖法、強夯法、排水固結(jié)法等可運用于新建或改建堤防工程中。幾種主要垂直防滲與地基加固方法的比較加固方法特點和功能適用范圍備注灌漿法適應(yīng)性廣，不受加固深度限制?？杉庸?，防滲帷幕灌漿。砂礫石和濕陷性黃土地基防滲墻法堤防的垂直防滲各類砂性土，粘土及濕陷性黃土等高壓噴射注漿法加固地基，采用定噴和擺噴法可組成防滲帷幕。各種粘性土、沖填土、粉細砂、砂礫石等基礎(chǔ)處理地下水流速過大，無填充物的巖溶地段、永凍土層不宜深層攪境拌法（水泥土加固法）加固地基，成樁深度30m，也可組成水泥土擋墻，形成隔水帷幕，成墻深度可達18m各種粘性土，沖填土，砂性土性地基幾種主要垂直防滲與地基加固方法的比較加固方法特點和功能適用范圍備注振沖法提高基礎(chǔ)抗滑穩(wěn)定及抗震防液化能力。砂性土及粘性土地基加固。飽和超軟粘土（抗剪強度＜20kPa）地基要慎用擠密砂樁法防止松散砂土振動液化，對軟弱粘性土可提高承載力新建或改建堤防工程砂性土和軟弱粘土地基的加固已建堤防工程要慎用。強夯法同上同上同上排水固結(jié)法解決地基沉降和穩(wěn)定新建或改建工程軟粘土地基處理。第二節(jié)控制的途徑和方法劈裂灌漿沿堤頂軸線單排布孔，利用灌漿壓力將堤身沿其走向劈開并灌漿，從而在堤身內(nèi)沿其走向構(gòu)成一厚度10cm左右的防滲幕。同時還具有壓密堤身和充填洞穴的作用。垂直鋪塑在堤頂沿大堤走向用開槽機在堤身內(nèi)垂直成槽，然后鋪設(shè)土工膜并用粘土漿回填，從而到達降低堤身滲流量和浸潤線的目的。第二節(jié)控制的途徑和方法劈裂灌漿利用堤身的最小主應(yīng)力面和堤軸線方向一致的規(guī)律，以土體水力劈裂原理，沿堤軸線布孔，在灌漿壓力下，以適宜的漿液為能量載體，有控制地劈裂堤身，在堤身構(gòu)成密實、豎直、延續(xù)、一定厚度〔10cm～50cm)的漿液防滲固結(jié)體，同時與漿脈連通的一切裂痕、洞穴等隱患均可被漿液充填密實。順應(yīng)于處置堤身浸潤線出溢點過高、有散浸景象、裂痕〔不包括滑坡裂痕〕、各種洞穴。第二節(jié)控制的途徑和方法劈裂灌漿方法：一次成孔。采用取土鉆頭干鉆鉆進或沖擊錘頭錐擊鉆進，可泥漿循環(huán)護壁。多采用單排布孔?？拙?m～10m。彎曲堤段適當減少孔距。要求：少灌多次，分序灌漿，推遲壩面裂痕的出現(xiàn)和控制裂痕的開度在3cm之內(nèi)，并在灌后能根本閉合。每孔灌漿次數(shù)應(yīng)在5次以上，每次灌漿量控制在每米0.5m3～1m3之間。構(gòu)成的脈狀泥墻厚度應(yīng)在5cm～20cm之間。一年后脈狀泥墻的容重應(yīng)大于14kN/m3，普通可達15kN/m3～17kN/m3，程度向浸透系數(shù)達(10-6～10-8)cm/s第二節(jié)控制的途徑和方法灌漿孔口壓力：以產(chǎn)生沿堤線方向脈狀分散構(gòu)成一延續(xù)的防滲體，但又不得產(chǎn)生有害的程度脈狀分散和變形為準，需求現(xiàn)場灌漿實驗或施工前期確定。堤防灌漿口壓力多在0.1MPa～1MPa間。控制參數(shù)：起始劈裂壓力、裂痕的擴展壓力、最大控制灌漿壓力。應(yīng)根據(jù)不同情況經(jīng)過閱歷和灌漿實驗確定。第二節(jié)控制的途徑和方法留意：應(yīng)在不擋水的枯水期進展，同時應(yīng)核算灌漿期堤坡的穩(wěn)定性，進展堤身變形、裂痕等觀測，以策平安。對于較寬的堤防，也應(yīng)核算堤身應(yīng)力分布，防止貫穿性橫縫產(chǎn)生。灌漿效果檢查：規(guī)范貫入實驗、彈性波法、現(xiàn)場透水實驗、現(xiàn)場載荷實驗等。第二節(jié)控制的途徑和方法沖抓套井回填黏土防滲墻利用沖抓式打井機具，在土壩或堤壩滲漏范圍的防滲體中造孔，用粘性土料分層回填夯實，構(gòu)成延續(xù)的黏土防滲墻。同時，回填夯擊時，擠壓井壁土層，密實周圍土體。留意：用于高度＜25m的壩體。雨季、水下施工困難。壩基滲漏難保證。第二節(jié)控制的途徑和方法垂直鋪塑防滲用專門的開溝槽機械在泥漿護壁情況下開出0.15m～0.30m寬的溝槽，在溝槽中用鋪膜機鋪設(shè)土工膜后用土回填溝槽，構(gòu)成以塑膜為主體的防滲體。對處理堤身、壩體〔壩高＜20m〕散浸、集中滲流、堤腳附近的浸透破壞等效果顯著。第二節(jié)控制的途徑和方法程度防滲在壩基上游地基上做黏土鋪蓋或程度鋪塑。作用：不能截斷滲流，可延伸滲徑、減小浸透坡降、滲流量和揚水壓力。壩基浸透性很強時應(yīng)與壩后蓋重壓滲措施相結(jié)合，或改用垂直防滲措施。第二節(jié)控制的途徑和方法排滲將強透水資料設(shè)置在堤壩內(nèi)部與地基的一些滲流坡降較大的部位作排水體，使浸透壓力提早釋放，并經(jīng)過排水體自在地排向下游，以保證建筑物的穩(wěn)定性。排滲方式：垂直：直立式排水、貼坡排水、深化地基的減壓溝、減壓井程度：壩體內(nèi)的褥墊排水、管式排水、下游壩址導滲排水。第二節(jié)控制的途徑和方法排滲第二節(jié)控制的途徑和方法砂礫料貼坡排水表示圖土工織物反濾層貼坡排水表示圖第二節(jié)控制的途徑和方法透水壓浸平臺普通適用于散浸嚴重、堤身斷面薄弱、背水坡較陡、外灘狹窄的情況。應(yīng)采用比堤身透水性大的資料填筑，高度應(yīng)高出滲水的最高出逸點0.5m～1.0m，頂寬2m～4m，坡度1:3～1:5，長度應(yīng)超出散浸堤段兩端各5m。戧體資料浸透性大斷面可小一些，相反那么應(yīng)大一些。當?shù)躺磔^高時可采用兩級或多級平臺。第二節(jié)控制的途徑和方法透水壓浸平臺表示圖第二節(jié)控制的途徑和方法程度排水這種方法只需在堤壩加高培厚和增設(shè)壓滲臺時才能夠運用。程度排水不但可以降低堤身的浸潤線，對透水堤基還可以有效降低堤基的出逸比降，但會使堤基的滲流量有所添加。程度排水的長度、厚度應(yīng)根據(jù)滲流計算來確定。當采用砂礫料、土工織物做程度排水體的資料時，資料的選擇和施工要求應(yīng)按照反濾層的設(shè)計和施工要求嚴厲執(zhí)行。第二節(jié)控制的途徑和方法排水溝排水溝比較適用于：雙層構(gòu)造、表土層較薄、下臥透水層較均勻的地基，透水性均勻的單層構(gòu)造地基以及上層透水性大于下層的雙層構(gòu)造地基。排水溝普通要與背水側(cè)壓滲蓋重結(jié)合運用，此時排水溝應(yīng)布置在蓋重的端部。排水溝的幾何尺寸取決于估計的滲流量、期望的滲流控制效果、施工的實踐情況以及排水溝開挖地點的資料穩(wěn)定性，并且要挖穿表層弱透水層。同時排水溝的周邊應(yīng)設(shè)置反濾排水層，以防排水溝發(fā)生浸透破壞。排水溝的滲流控制效果應(yīng)經(jīng)過實際或數(shù)值計算確定。第二節(jié)控制的途徑和方法程度排水的效果表示圖第二節(jié)控制的途徑和方法背水側(cè)蓋重壓滲堤壩強透水層深沉，垂直防滲不現(xiàn)實，程度效果不好時運用。剩余水頭很大時，宜蓋重壓滲與反濾導滲〔反濾排水溝、反濾減壓井〕相結(jié)合。第二節(jié)控制的途徑和方法背水側(cè)蓋重壓滲背水側(cè)反濾壓蓋背水側(cè)反濾壓蓋第二節(jié)控制的途徑和方法排水減壓井減壓井比較適用于表土層和透水層均較厚的雙層堤基、多層堤基以及含水層成層性顯著或透鏡體較多的地基。此時采用封鎖式垂直防滲幕墻本錢太高或不能夠，懸掛式垂直防滲效果很差，減壓溝由于開挖較深也不宜采用。當然，對表土層較薄的雙層或多層地基也可以運用排水減壓井。實際闡明，假設(shè)減壓井不被淤堵，其滲流控制效果非常顯著。并逐漸適用于一切地基情況。第二節(jié)控制的途徑和方法減壓井構(gòu)造圖第二節(jié)控制的途徑和方法排水減壓井布置：應(yīng)盡量布置在背水堤腳附近，以便有效控制堤基滲流。從平安性思索，減壓井普通是布置在背水側(cè)壓滲蓋重端部，并與明溝相通，滲水經(jīng)過明溝排走。間距普通為15m～20m。透水管段應(yīng)設(shè)在主要的透水層，在堤基為分層構(gòu)造時更是如此。透水段的長度應(yīng)大于主要透水層厚度的25％，普通多采用50%～75%。井徑應(yīng)能允許最大設(shè)計流量經(jīng)過而不發(fā)生過大的水頭損失，直徑不應(yīng)小于15cm。井徑宜大不宜小。井口高程越低，減壓效果越好，但井口高程應(yīng)高于井不排水時排水溝中能夠出現(xiàn)的最高水位，以防泥水倒灌。第二節(jié)控制的途徑和方法排水減壓井組成：由進水花管、升水管和井口、井帽和出水口三部分組成；井管應(yīng)采用耐腐蝕的資料〔聚乙烯或塑料管〕。為防止或延緩淤堵，管徑應(yīng)大一些?；ü芡鈶?yīng)填反濾料，花管開孔率普通為10%～20％，開孔可采用圓孔、條形孔等方式。效果：開工初期很好，隨著時間的推移，由于透水段的機械和化學淤堵，減壓井的流量逐漸減小，影響減壓井推行運用。運用過程中應(yīng)防止減壓井管被堵塞和淤塞，根據(jù)需求可定期進展洗井。第三節(jié)垂直防滲方案研討沖積型堤壩地基構(gòu)造類型和特點防滲墻布設(shè)方案與土層構(gòu)造的關(guān)系防滲墻合理設(shè)計規(guī)范研討第三節(jié)垂直防滲方案研討沖積型堤壩地基構(gòu)造類型和特點按砂層埋藏分布和滲流特點分三類：1〕雙層構(gòu)造堤基：表層為弱透水性黏土層、粉質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)土層，下臥強透水的粉細砂層或砂礫石層。砂層滲流為承壓滲流，表土層較薄時，堤防背水側(cè)砂基滲流壓力超越表土層有效蓋重，滲流易頂穿覆蓋層使地基發(fā)生浸透破壞。第三節(jié)垂直防滲方案研討雙層構(gòu)造堤基第三節(jié)垂直防滲方案研討2〕淺砂層流露堤基：堤身直接建在淺砂層地基上，堤基極易發(fā)生浸透變形。單一勻質(zhì)砂基亦屬此類。

第三節(jié)垂直防滲方案研討淺砂層流露堤基第三節(jié)垂直防滲方案研討3〕多層堤基：表層為弱覆蓋層，下為較淺的砂層，其下又為黏土層再下為深沉砂層或砂卵石層。夾層堤基除具雙層堤基類似的滲流特性，還具滲流各向異性，不同土層之間存在越層滲流。含弱透水透鏡體或強透水透鏡體的堤基也屬此類。第三節(jié)垂直防滲方案研討多層堤基第三節(jié)垂直防滲方案研討防滲墻布設(shè)方案與土層構(gòu)造的關(guān)系1、雙層地基防滲墻布置垂直防滲應(yīng)布置在臨水堤腳或堤頂靠臨水側(cè)。適用于地基透水層較薄、隔水層較淺的情況，此時可以做成封鎖式防滲幕墻，堤基的滲流量和揚壓力可以得到有效控制，從而可以到達根治堤基浸透破壞的目的。計算闡明，可削減40%以上的水頭，滲流出口處的浸透坡降減小，壩體浸潤線明顯下降。第三節(jié)垂直防滲方案研討封鎖式與懸掛式的效果比較第三節(jié)垂直防滲方案研討對雙層或多層透水地基且透水層較深的情況，懸掛式垂直防滲幕墻的效果很差，封鎖式垂直防滲難度大且造價太高，不宜采用。對多層地基且存在淺層弱透水層的情況，可以思索半封鎖式垂直防滲，但必需在勘察資料充分并經(jīng)滲流計算充分論證后方可采用。垂直防滲應(yīng)布置在臨水堤腳或堤頂靠臨水側(cè)。第三節(jié)垂直防滲方案研討防滲墻布設(shè)方案與土層構(gòu)造的關(guān)系2、有弱透水夾層基的防滲墻布置當弱透水夾層延續(xù)且具有足夠大的厚度和足夠小的浸透性，全封鎖式與半封鎖式防滲墻防滲效果接近。第三節(jié)垂直防滲方案研討多層地基堤壩防滲墻布置方案及防滲效果比較第三節(jié)垂直防滲方案研討防滲墻布設(shè)方案與土層構(gòu)造的關(guān)系3、無弱透水覆蓋層堤基防滲墻布置當壩基為均質(zhì)透水地基或淺砂層流露或覆蓋層較薄且浸透性不夠小時，防滲墻不能沿臨水側(cè)坡腳附近布置，應(yīng)布置在壩頂下方，否那么河水易從坡腳附近越過防滲墻進入