双层地基设计实例及工程措施

韩 松

( 黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨150080)

堤防地基分类中若表层土透水性较弱，下部土层透水性较强，两土层的渗透系数比值＞100，就称之为双层地基［1］。

嫩江干流堤防天然双层地基分布很广，由于过去对双层地基的渗透特性不够重视，多数双层地基堤段并未进行渗透稳定计算和采取工程措施，98'大洪水期间多处双层地基堤段岌岌可危，汛后引起了多级水利设计主管部门对堤防双层地基的渗透稳定计算和工程措施的重视。

本文以嫩江干流雅尔塞堤19 +000 和梅里斯堤6 +700 断面进行堤防双层地基渗透稳定计算并探讨防止双层地基渗透破坏的工程措施。

1 基本资料

以嫩江干流雅尔塞堤19 +000 和梅里斯堤6 +700 处为计算断面，P = 5% 设计洪水位分别为148.84 m和147.60 m，堤防为砂堤，顶宽8 m，上游边坡坡比1∶4，下游边坡坡比1∶5。基本资料见表1。

2 渗透稳定计算及结果

按照《堤防工程设计规范》GB50286—98［2］，计算边界条件:

表1 双层地基渗透计算基本资料表

图1 无限长等厚双层地基计算简图

上游弱透水层有效长度为:

式中: L 为上游弱透水层长度，m; A 为越流系数; k 0为强透水层渗透系数，m/s; k1为弱透水层渗透系数，m/s; T0为弱透水层厚度，m; T1为强透水层厚度，m。

弱透水底板承压水头计算:

CD 段:

BC 段:

式中: h 为弱透水底板承压水头，m; H 为计算状态坝上游水头，m; b 为计算断面坝底宽度，m; L 为上游铺盖有效长度，m; X 为CD 段横坐标，m; X'为BC 段横坐标，m。

计算结果见表2。计算结果J ＞［J］，表明双层地基不满足渗透稳定要求，为防止双层地基渗透破坏需做工程措施。

表2 双层地基渗透计算成果表

3 讨 论

堤防双层地基中的险段常常是因为以下3个方面的原因造成的:

1) 由于洪水水流紊乱，冲淘破坏堤防天然弱透水层，使其缺失、不连续，导致堤外天然弱透水层有效长度减少，从而使堤脚处承压水头增大。

2) 堤防靠近江岸，尤其是凹岸，由于冲刷塌岸使堤外天然弱透水层长度缩短，从而使堤内天然弱透水层承压水头增大，导致险情发生。

3) 堤防工程的施工基本都是就近取土，常常破坏天然弱透水层的连续性，使局部变薄或缺失，另外由于沿江老百姓的生产活动而人为造成的堤内外坑塘也是造成双层地基出现险情的重要因素。

防止双层地基渗透破坏的工程措施根据工程实际情况可分为以下5 种情况:

1) 对于深透水层的双层地基，如采用封闭式垂直防渗方案，难度大、造价高，如采用悬挂式垂直防渗方案，垂直防渗消减水头的作用不大，通过工程实践，对于深透水层的双层地基，宜采用减压井( 沟) 、盖重等其他防渗工程措施。

2) 对于地基下透水层不深、隔水层较浅的情况，应先考虑采用封闭式垂直防渗措施，也可以采用盖重或盖重与减压井( 沟) 相结合处理的工程措施。

3) 对于覆盖层较厚而下卧透水层较深的情况，应优先考虑盖重措施进行处理，盖重的材料最好用透水性材料。

4) 对于背水侧地基覆盖层较薄且下卧透水层又较深的情况，可采用压实填筑法或吹填法增加盖重厚度，也可以采用在背水侧靠近堤脚的适当位置设置减压井( 沟) 的方法削减承压水头，还可以采用盖重与减压井( 沟) 联合作用处理的工程措施。

5) 对于主流靠岸或凹岸顶冲点附近的双层地基堤防工程，可采用护岸工程措施，避免冲刷退岸，从而保证堤外弱透水表土层的长度不因塌岸缩小。

［1］柯葵. 水力学［M］. 上海:同济大学出版社，2000.

［2］水利部水利水电规划设计总院.GB50286—96 堤防工程设计规范［S］. 北京:中国水利水电出版社，1998.