垂直防渗在堤防防渗加固中的应用

【摘 要】堤防工程是防洪的重要屏障，在对堤防渗透破坏的原因和加固措施进行分析的基础上，具体介绍了垂直防渗的类型和作用机理，研究了防渗墙在垂直防渗中的作用，提出了垂直防渗方案选择时要遵循的原则及要点。

【关键词】堤防；垂直防渗；防渗墙；渗透系数

0.引言

我国地域广阔，水旱灾害发生频繁，人类在与水灾干旱的斗争中付出了巨大的代价，河道堤防具有堵截、疏导作用，是防御洪水的最后一道屏障，在整个防洪体系中起到重要作用。但我国多数堤防标准相对较低，未能达到新颁布的《堤防工程设计规范》要求，且堤基上部采用不透水层，下层则为较厚的透水性土料，存在较大的薄弱环节，所以有必要采取防渗措施进行地基处理。堤身结构相对复杂，填筑质量偏低，在洪水到来时容易出现管涌、崩岸、脱坡等事故，而堤防事故多数是由渗流引起的，加强堤防渗透破坏是堤防加固中的重中之重。

1.堤防渗透破坏原因及加固措施

渗透破坏是渗透变形引起的病害，根据渗透条件和土体性质的不同，渗透破坏的过程和结果也会有很大差异，根据破坏机理可以分为流土，即土颗粒随水同时流失的现象，能够在粘土和非粘土中发生；管涌，土颗粒沿颗粒间空隙移动现象，在砂砾地层中较为常见；接触冲刷，在两种不同介质接触面上发生渗流，将细颗粒冲走形成结合面缝隙；接触流土，两种不同介质之间，颗粒较小的土粒进入较大颗粒的空隙中去。

1.1堤身渗透破坏类型及原因

堤坡散浸冲刷，在高水位作用下会在背河坡面和坡脚附近出现渗水现象，分为出 逸 坡度大于土体比降产生的破坏和渗水集中造成的坡面冲刷破坏两种，病害特征为在背水侧坡面有松散塌落，并伴有土颗粒流失，严重时导致堤身漏洞、管涌或脱坡产生。产生原因主要为水位超过警戒线时间长，堤身断面尺寸较小，堤身的含砂量较大，堤身面没有设置防渗措施等。防止措施是降低渗水出逸点和渗流量。

堤身漏洞，汛期背水坡和背水坡脚处会出现孔洞贯穿堤身或堤基，也即是漏洞，其造成的集中水流具有很大的冲击能力，严重时抢救不及时会导致堤身决口，危害性极大。产生原因是堤防填土质量差，土粒中含有较高的有机质、砂等，散浸处理不及时会发展为管涌，最终演变为漏洞，另外在堤身内栖息的动物活动也会对漏洞的产生造成一定的影响，特别是在高水位时，水会随着生物洞形成良好通道漏洞。

堤身接触冲刷，堤身处冲刷能力大于土体的抗渗强度时，会在渗流产生出发生冲刷破坏，堤身之间如果接触不好，出现裂缝，或者新老堤身结合面处清理不彻底，分段建设时结合部填筑密度不合格等都会造成接触冲刷。接触冲刷会从接触面处开始，慢慢形成渗流通道，随着时间发展导致地方决溃。

1.2堤防渗透破坏的防治

堤防破坏防治应该从两个方面进行，一方面是提高堤身自身的抗渗能力，提高堤身密度，放缓堤身坡度，消除地基处的安全隐患，在坡面设置完善排水设施。另一方面则是在前堵后排的原则下，减小渗透水流的破坏能力，降低渗流出口比降和浸润线，并根据当地工程地质、水文等条件下选择合理的控制渗流措施，设置防渗铺盖、斜墙、垂直帷幕等，在背水侧设置导渗、排水设施。

堤身防渗的预防和治理可以利用非汛期时检查堤身隐患，及时的采取养护和治理措施，在汛期时要高度戒备，经常检查堤身状况，将病害消除在萌芽状态，根据工程情况制定抢险预案，一旦有情况发生能够及时的组织人力、物力进行抢救，避免不利的被动局面。

堤基的防渗工作要在正确的原则上进行，因地制宜的采取适当的治理措施，堤基的管涌防治中要先平坑，封填不合格的反虑水井，表层为土层的堤基要做好垂直防治措施，透水层较厚时可以在背水侧压盖来治理堤基的管涌等病害。

2.垂直防渗方案的适用条件

2.1防渗墙在堤防中应用及效果

垂直防渗的基本原则是前堵后排，防渗墙是堤防防渗中最为理想的垂直措施，能够有效的改善堤身和堤基的渗流状态，降低渗流的自由面和出逸高度，在工程中应用广泛。

防渗墙能够同时适用于堤身和堤基的防渗处理，其结构形式有悬挂式、半封闭式和全封闭式三种，选用时要考虑地层结构、施工技术以及投资情况的影响。悬挂式防渗墙底面要位于透水层中，半封闭式防渗墙要穿过强透水层进入弱透水层后形成统一的防渗结构体系，全封闭式使用时 前提是强透水层位于深部不会对表层渗流造成影响，

封闭式防渗墙能够有效截断渗流途径，降低堤内土层的承压水头和堤身浸润线，具有较好的防渗效果，但 当 强 透水层较厚时采用封闭式防渗墙造价过高，且施工难度大，所以这是可以考虑采用悬挂式防渗墙，但悬挂式防渗墙防渗效果较差，要在特定的环境下选用，例如 当 堤 基 表 层土为浅层细砂时，防渗深度要求低，可以采用悬挂式防渗墙截断浅砂层，效果较好。

2.2防渗墙系数对防渗效果影响

渗透系数对防渗效果的影响，在堤防防渗加固中采用新技术建造的防渗墙渗透系数较为合理经济，当堤基中强透水层渗透系数为防渗墙100倍时，防渗效果不明显，而为1000倍时堤防总水头减小20%，但继续增大倍数到一定程度后，背水坡脚处仍然承受一定的水头压力，所以防渗墙的系数虽然越小越好，但小到一定程度后防渗效果不会一直增强。

厚度对防渗效果的影响，厚度越大，防渗效果越好，但实际上阻碍渗流主要是防渗墙的渗透性而不是厚度，所以厚度的增加对防渗效果的提升并不是很明显，提高防渗厚度的措施也很不经济。

2.3防渗墙的应用条件

悬挂式防渗墙主要应用于解决土质非均匀、裂缝、洞穴等带来的隐患，防渗墙要接近不透水层，可以用于堤身加固，根据实际地质条件和防渗深度来考虑使用悬挂式防渗墙。

半封闭式要与多层堤基一起组成防渗结构体系才能起到较好的效果，选用时要在合理深度找到防渗依托层，防渗依托层厚度和渗透性是决定半封闭式防渗墙技术的关键。

全封闭式应用关键是找到弱透水层和隔水层来作为防渗底板，防渗墙的工程量、施工难度、深度等都受防渗底板埋深的影响，大量使用封闭式防渗墙也可能会导致一些不良的后果，破坏地下水的自然平衡关系。

3.垂直防渗技术及防渗方案的选用

3.1常用垂直防渗技术

垂直防渗技术按照墙体材料可以分为刚性和柔性两种，按照作用和城墙机理可以分为置换式和灌浆式两类。比较成熟的垂直防渗技术有薄抓斗成槽造墙技术、射水法成槽造墙、锯槽法成墙、液压开槽机成墙、振动沉模成墙、多头小直径深层搅拌桩截流墙技术、板桩灌注墙技术、高压喷射技术、TRD工法、SWM工法、劈裂灌浆技术等。

3.2防渗墙选用原则

功能性原则，满足工程防渗目的；实施性原则，根据工程规模、参数和技术标准在当前技术水平下选择；经济性，要经过技术和经济比较，在满足功能性的前提下，降低费用，并采用新技术优化方案，减少用料；长久性原则，实施后要确保其在一定年限内能够正常使用；环境和安全性原则，要尽量避免环境污染，确保施工人员的安全，不影响地表或地下水的循环。

3.3方案选用说明

方案选择时要从实际出发，将截渗、压渗、排渗等综合考虑，并采取综合治理措施，并将工程措施的安全性、施工条件、工程费用、占地、对环境影响进行对比，并在选择方案时将风险分析考虑在内，方案选定后要实行严格的设计和施工，保证方案能够有效实施。 [科]

【参考文献】

[1]刘亚凤.堤防渗透破坏类型及其除险加固措施[J].防渗技术，2002，12.

[2]杨光煦.堤坝及其施工关键技术研究与实践[M].中国水利水电出版社，2000，12.

[3]刘川顺等.冲积地基堤防垂直防渗方案研究[J].岩石力学与工程学报，2002，3.

[4]朱伟等.堤防背坡脚水平排水技术开发与研究[J].水利水电科技进展，2001.6.