堤基防渗处理综述

占洪波

（安徽省水利水电勘测设计院 合肥 230022）

堤基防渗处理综述

占洪波

（安徽省水利水电勘测设计院 合肥 230022）

渗透破坏在堤防工程中非常普遍，根据1998年长江防洪抢险的统计资料，渗透破坏险情占总险情的70%，溃决、冲决几乎皆由渗透破坏所致。堤防除险加固中堤基防渗至关重要。

堤防 渗透破坏 防渗

汛期，随着水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸坡降增大，一旦超过堤基的抗渗临界坡降就会产生渗透破坏。堤基的渗透破坏常表现为渗水、土层隆起、膨胀、断裂等，通常统称为管涌。堤基管涌，尤其是近堤脚的管涌，发展速度快，容易形成管涌洞，一旦抢险不及时或措施不得当，就有发生溃堤的危险。因此搞好堤基处理，保持堤基渗流稳定，确保大堤安全运行，具有重要意义。

1 堤基的地质结构

堤基的成份及其分层是复杂多变的，但对堤防渗流稳定影响较大的主要是浅层土，一般主要以堤高两倍深度或河道深泓以上的地层土性来决定。

根据堤基工程地质特性，参照淮河流域干支流堤基地质结构划分的技术要求，可将堤基地质结构大概归纳为单一结构（图 1）、双层结构（图 4、图 5）和多层结构（图 2、图3）3个主要类型。笔者认为按上述划分原则对堤基的地质结构进行分类，非常具有代表性，也符合防渗工程特点。

2 堤基的防渗措施

防渗设计总的原则是：前堵、后排，降低堤后渗流位势。

2.1 前堵

“前堵”即在临水侧采用防渗铺盖、铺设土工膜等。但因堤防临水侧往往受到河势水流的影响，这些措施会受到一定的限制。此外，不受河势水流影响的垂直防渗措施，如截水槽、截渗墙等也应属“前堵”范畴。

2.1.1 防渗铺盖

当堤基相对不透水层埋藏较深，透水层较厚，同时临水侧有稳定滩地的堤基宜采用铺盖防渗措施。防渗铺盖（图1）的效果取决于其长度、厚度和垂直向的渗透系数。实践表明，对近似均质透水堤基，铺盖防渗效果比较明显。而表层地层的渗透系数小于深部底层较多时，其效果有一定限度。

铺盖设计时，一般先根据净水头和堤基允许水力坡降初步确定所需的等效长度，然后通过经济比较选择铺盖的长度、厚度和铺盖的渗透系数，最后对铺盖土料本身的渗透稳定性进行校核。

铺盖土料应具有一定的防渗性能，通常其渗透系数最好不大于1×10－5cm/s，如果渗透系数过大，即使加长铺盖其防渗效果也不会有大的增加。铺盖应采用不等厚形式，远离堤脚处应薄一些，但不应小于0.5～1.0m，近堤脚处厚h取决于渗透坡降i＝H/h（H为铺盖上下水头差），要求i不大于铺盖土料的允许坡降。对于粘土为5～6，壤土为4～5，轻壤土为3～4。

在缺乏防渗土料的地区可以采用土工膜或复合土工膜，但在表面应设置保护层及排水排气系统。

2.1.2 截水槽、截渗墙

截水槽（图2）、截渗墙（图3）等垂直防渗措施特别适用于堤基透水层较薄、隔水层较浅的情况，此时截水槽、截渗墙底部易达到相对不透水层，形成封闭式防渗幕墙，堤基的渗流量和扬压力可以得到有效控制，从而可以达到根治堤基渗透破坏的目的。双层或多层透水堤基且透水层较深的情况，悬挂式垂直防渗幕墙的效果很差，封闭式垂直防渗难度大且造价太高，不宜采用。多层地基且存在浅层弱透水层的情况，可以考虑半封闭式垂直防渗，但必须在勘察资料充分并经渗流计算充分论证后方可采用。垂直防渗应布置在临水堤脚或堤顶靠临水侧。

截水槽应采用与堤身防渗体相同的土料填筑，其压实密度不应小于堤身的同类土料。截水槽的底宽，应根据回填土料、下卧的相对不透水层的允许渗透坡降及施工条件而定。

截渗墙可以采用射水法、锯槽法、高压灌浆法等成墙技术进行施工。经过多年的实践应用，不断寻求工艺简单、高效低耗与环保等优点的施工技术成为必然趋势。如近年来得到广泛应用的多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术就具备上述特点。该法成墙厚度（0.2～0.3m）均匀，墙体连续，成墙深度可达13～18m。

2.2 后排

“后排”主要是在背水侧采用压渗盖重、排水沟和减压井等措施。处理措施，可单独使用，也可结合使用。

2.2.1 压渗盖重

压渗盖重（图4）比较适用于：表层弱透水层较厚但又不足以压住下层承压水的双层、多层结构堤基。盖重能防止堤基渗流对表层土的渗透破坏。一方面可以避免在压盖范围内发生管涌；另一方面，即使在压盖范围以外出现管涌，也加大了管涌离堤脚的距离，从而降低了管涌的发展速度和管涌的危害度。

根据现行堤防设计规范，背水侧各点的盖重厚度可按下式计算：

式中：Ti为i处的盖重厚度（m）；hi为根据渗流计算求得的i处的表土层的承压水头（m）；Gs为表土层的比重；n为表土层的孔隙率；T1为表层土的厚度（m）；ρ为盖重土的密度（kN/m3）；ρW为水的密度（kN/m3）；K为安全系数，安全系数可取2.0。

盖重的范围也要根据堤基渗流计算确定，确保盖重范围之外的表层土出逸坡降为规范允许值。此外还要重视对历史险情的实地调查，盖重通常也应不小于历史险情出现的范围，并应根据具体地形地质条件和堤防的重要程度选用。一般至少为50m，但也不应超过200m。

盖重土料必须选用渗透系数较大的砂性土，其渗透系数至少大于被保护土层的渗透系数10倍以上，这样就基本不改变堤基原有的渗压分布状态，如附近缺乏上述土料，则必须借助其他有效辅助措施排出渗水，不能违反前堵后排的原则。

2.2.2 排水沟

排水沟（图4）比较适用于：双层结构、表土层较薄、下卧透水层较均匀的堤基，透水性均匀的单层结构堤基以及上层透水性大于下层的双层结构堤基。

在理论上，排水沟的位置应尽量靠近堤脚，这样其排水效果最好。但出于堤防抢险的安全性考虑，排水沟一般要与背水侧压渗盖重联合使用，此时排水沟应布置在盖重的末端。排水沟的几何尺寸取决于预计的渗流量、期望的渗流控制效果、施工的实际情况以及排水沟开挖地点的材料稳定性，并且要挖穿表层弱透水层。同时排水沟的周边应设置反滤排水层，以防排水沟发生渗透破坏。

在排水沟的施工中，应对反滤料及反滤层的施工提出严格要求，严格按反滤料的级配标准选择反滤料，并按反滤料的施工要求进行施工。在铺填反滤料时，必须防止由降雨冲刷引起的淤塞。

2.2.3 减压井

减压井（图5）比较适用于表土层和透水层均较厚的双层堤基、多层堤基以及含水层成层性显著或透镜体较多的地基。此时采用封闭式垂直防渗幕墙成本太高或不可能，悬挂式垂直防渗效果很差，排水沟由于开挖较深也不宜采用。当然，对表土层较薄的双层或多层地基也可以使用减压井。实践表明，如果减压井不被淤堵，其渗流控制效果非常显著。逐渐适用于所有地基情况。减压井一般和其他渗流控制措施如防渗铺盖、压渗盖重、排水沟等结合使用。

一般而言，减压井的设计程序包括：确定没有减压井时背水堤基的水头值；将此水头值与所期望的相应于给定安全系数的水头值进行比较；设计一减压井系统，将水头减小至期望值。因为有很多的井系设计方案（包括井径、井距和贯入深度、井口高程等）可以满足要求，因此井系设计方案并不是唯一的，目标是选择一种比较经济、尺寸合理并能达到预期效果的方案。通常，设计者先是选择井的直径和贯入深度，然后确定井间距，求出井系造价，然后再对不同贯入深度进行上述计算，最终找到更加经济的井系设计方案。

减压井系统应尽量布置在背水侧堤脚附近，以便有效控制堤基渗流。但从堤防抢险的安全性考虑，减压井一般也常布置在背水侧压渗盖重末端，并与排水沟相通，渗水通过排水沟排走。

减压井的间距一般为15～20m。井深至少深入强透水层厚度50%以上，否则，排水效果大减。井径应能允许最大设计流量通过而不发生过大的水头损失，并且直径不应小于15cm。井径宜大不宜小。井口高程越低，减压效果越好，但开挖地面排水沟的工程量也越大，故井口高程应通过经济比较确定。井口高程还应高于排水沟中可能出现的最高水位，以防泥水倒灌。

2.3 填塘

填塘固基也是加固堤基普遍采用的措施。已往各堤防加固设计中确定的填塘范围都比较大，并不一致，而且对填塘土料也无明确要求。填塘范围越大越安全似乎已成为防汛人员的共识，但如此巨大的投资是否必要还值得研究。若堤内填塘的土料是粘粒含量较多的重粉质壤土或粘土，其效果可能适得其反。因为原来堤内的水塘都是堤基渗水的出逸点，若用粘粒含量较多的土填塘，渗水通道被堵塞，堤内坡脚附近部位覆盖层底的承压水头必然增加，该部位渗水冒沙的危险性反而会增加。

针对上述问题，有资深专家提出了相对较全面的设计原则：堤外填塘取30m，至于塘底覆盖层厚度超过3.0m的是否需要填没，要根据塘底覆盖层土质确定，如果该土层粘粒较大而且该水塘不影响堤防外坡的稳定，可以不填，若沙性较大（砂壤土或粉土等）还是应该填平，外塘的填塘土料最好用重粉质壤土或粘土，若缺乏这种土料，可以用附近地表的土作填塘材料。堤内填塘的范围取堤后50m，也就是在护堤地以外20m范围的水塘一律填平。填塘土料最好采用粗颗粒透水材料，例如砂砾石和采石场的石渣等，尽可能保持其原有的透水性，减小副作用。这样既能保证大堤的安全，也可以节省大量的填塘土方和投资。

3 结束语

综上所述，采用何种防渗加固措施应根据堤基地质条件、地形条件以及渗透破坏危害程度等进行综合考虑，然后通过经济技术比较，选取单一或几种措施来综合治理

（专栏编辑：张 婷）