某堤防加固工程防渗设计实例论析

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摘要：分析了其堤防工程中，渗流问题的处理方法，并根据工程实际采用了合理处理方法。

关键词：防渗，渗透系数

1 工程概况

笔者参与设计的增城市某堤防加固工程。本工程的工作内容主要为整治长度为5.1km的堤防加固。其堤防的防洪标准为20年一遇，堤内治涝标准为10年一遇24小时暴雨不成灾。相应的堤防工程级别为4级。

2 成因分析

由于该堤防始建于上世纪七十年代，工程运行时间较长，经本次现场调查和核实，堤防现有的堤顶高程不能满足防洪要求；

堤防基础透水性大；沿堤岸线为人工填土层，以粉土、粉质粘土为主，层厚2-7m，堤基主要由粉土层、粉质粘土层、粉中细砂层和岩石全风化土层组成，堤防基础未作处理，透水性大，造成安全隐患。

堤内、外的堤脚附近均有大量的鱼塘，堤脚长年被水浸泡，堤脚软化；鱼塘底为砂质土，基本与堤内河底土质一致，渗径较短。近年来，只要堤外水面高于堤内池塘水面，池塘内即冒水，管涌常有发生，直接危及大堤安全。

在本工程设计时考虑其堤身、堤基土质情况，通过技术及经济角度对多种处理渗流的方法进行比选及论证。

3 工程地质概况

根据钻探资料，工程区地层单元主要为震旦系变质岩层（ ）、第三系沉积岩层（ ）、基岩风化残积层（ ）、全新统海陆交互相沉积层（ ）、第四系人工填土层（ ）。现按地层时代由老至新简述如下：

（1）震旦系变质岩层（ ）主要分布在工程区北面，由一套中～深变质岩组成，岩性以混合片麻岩、注入片麻岩为主。

（2）第三系沉积岩层（ ）主要分布在工程区沿线及周边，主要为紫红、暗红色凝灰质砾岩、含砾砂岩，中、细砂岩，夹少量粉砂质泥岩。

（3）基岩风化残积层（ ）主要由呈可塑～硬塑状的粉质粘土组成。

（4）第四系海陆交互相沉积层（ ）。主要由内陆湖泊相、沼泽相、冲洪积相的淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土、砂、卵石组成。

（5）第四系人工填土层（ ）。主要为新近回填的松散堆积物，多位于道路两旁或城镇周围，野外易于识别。由碎石、砂、土等成分较复杂的松散物组成，厚度一般0.5m～3m不等，地表平整，不同地段组成不同。

3.1 堤身工程地质条件及评价

原河堤填土大部分由粘性素填土构成，堤身结构复杂多样，堤身土因施工手段不同（人工和机械化）、填筑时间长短，而密实度有异、质量有差别，愈靠堤身下部，因经较长时间固结，其相对愈密实。从成分、渗透性能等指标综合评价，堤身填土成分较杂，结构疏松，填筑质量一般，大部存在密实度不够问题，局部含堆填砂较多的堤段，还存在渗漏、渗透稳定问题。

3.2 堤基工程地质条件及评价

勘察期间测得的地下水位埋深为0.20m～7.50m，平均4.80m，区内的地下水动态变化复杂，受大气降水、蒸发、地形地貌条件影响外，还受外江潮水涨落和河涌的水位影响较大。地下水位埋深普遍较浅，且受季节影响，一般来说丰水期地下水位相对较高，水量大，枯水期地下水位相对低，水量小。不同的含水层及同一类型的含水层中，由于其分布及岩性结构不同，具有不同的水文地质特征，其透水性差异较大。本区第四系松散沉积物深厚，地下水接受大气降水补给。其中粉质粘土层、淤泥质粘土层、淤泥质粘土层、粉质粘土层水量不丰；中粗砂层、粗砾砂层分布广，连续性好，埋藏较浅，厚度较大，含水量丰富，透水性强，且与河水保持较强的水力联系，洪水期透过该层，河水补给堤内地下水。上层滞水零星分布于人工填土之中。

4 渗流处理方法比选

4.1 堤身防渗

（1）粘性土防渗墙

粘性土的主要特征是具有较高的粘聚力。在天然状态下，它以团粒的形式存在，其间充满水与空气。当土体密度达到最大干密度，含水量达到最优含水量时，则具备很强的抗渗性，渗透系数由1×10-6cm/s可以降至为1×10-7cm/s，或小于1×10-7cm/s。

采用回填粘土措施，回填粘土要求渗透系数不大于1×10-5cm/s，塑性指数为10～20的粘土，并加铺防渗土工膜一层。堤身筑堤施工前需清除原堤（地）面厚300mm的表土层；堤段施工前需清除表层淤泥、淤泥质土及耕植土，并按施工规范要求压实。

该方案效果好，施工简单及造价低。

（2）塑性砼防渗墙

塑性混凝土是指用粘土和（或）膨润土取代普通混凝土中的大部分水泥形成的一种柔性墙体材料。塑性混凝土墙指采用塑性混凝土的一种防渗墙形式。塑性混凝土比普通混凝土或黏土混凝土的弹性模量小得多，与周围土体的变形模量相近，因而能很好地适应地基的变形，大大地减小了墙体内的应力，避免了墙体开裂。它还能节约水泥材料。堤身防渗处理采用塑性砼墙防渗措施，要求渗透系数一般为10-9～10-6cm/s。

该方案效果好，但对配合比确认的参数非常多，对施工要求比较高，质量难以控制。工程造价高。

（3）劈裂灌浆防渗墙

劈裂灌浆的理论基础是水力劈裂原理，即向土体内的孔内压水或灌浆时，作用在孔壁上的径向压力引起孔的扩张，使孔壁土体受劈裂挤应力，而当这些应力超过土体的抗拉强度时，就会在土体内产生一些裂缝，这种裂缝的产生过程称之为水力劈裂。

由灌浆机采用一定的灌浆压力，将堤身沿坝轴线方向劈裂，同时灌注合适的泥浆，形成铅直连续的防渗泥墙，堵塞漏洞、裂缝或切断软弱层，以提高堤身的防渗能力，同时通过浆、坝互压和湿陷，使坝体内部应力重新分布，提高堤身变形稳定性。

该方案见效快，造价比较高，对原有堤身的破坏性比较大及施工工艺难以控制。

通过三种方案比选，方案一防渗效果好，施工工艺都比方案二、三都要简单。造价更是比方案二、三都要低且施工时对旧堤堤身造成的影响最小。综合技术角度及经济角度来考虑，推荐选用方案一。

4.2 堤基防渗

（1）水泥搅拦桩防渗

水泥搅拌桩是利用搅拌桩机把水泥浆喷入堤基土内，并搅拌形成水泥和土组成的水泥土防渗墙，从而达到堤身和堤基的防渗目的。该方案防渗效果较好，不易破坏，且造价相对较低。

（2）高压旋喷桩防渗

高压旋喷桩是利用喷射管把水泥浆喷入堤身土内，旋喷形成水泥防渗墙，从而达到堤基的防渗目的。该方案防渗效果较很好，不易破坏。但该方案施工工艺比较难控制且造价比较高。

通过两种方案比选，方案一比方案二的造价低且防渗效果不错。综合技术角度及经济角度来考虑，推荐选用方案一。

5 质量控制及处理效果检测

在堤防防渗流处理过程中，全程对材料进行控制，检验产品合格证。按照相关规范和技术标准，结合现场环境制定合理的施工组织设计和施工方案。

6 结语

在对该工程堤基及堤身做防渗处理后，经过2年多的时间，数次回访察看，未再出现加固前透水性大及堤内池塘管涌情况。可见对渗流问题分析到位，处理措施得当，效果是明显的。

在堤防加固工程中，应不可轻视堤防防渗问题。如遇洪水出事，将给地区人民财产和经济带来不可估量的损失，只有通过对堤防有效的除险加固，消除工程的隐患后，才能确保工程的长期安全运行，保障流域区域水安全。

参考文献：

[1] 《堤防工程设计规范》（GB50286-98）

[2] 《堤防工程地质勘察规范》（SL/T188-96）

作者简介：

梁家贤（1983 ―），男，本科，工程师，从事水利水电工程设计工作