刍议堤防渗透的原因及其防护措施

尚贞东

摘 要：堤防渗透问题及其所导致的渗透破坏极大地威胁着堤防的安全。本文主要对堤防渗透破坏的原因进行了分析，同时提出了相应的加固方案。

关键词：渗透；加固；措施；

1 堤防渗透破坏分析

堤防渗透破坏在堤防工程中非常普遍。根据防洪抢险的统计资料，由渗透破坏引起的险情占险情总数的60%以上， 涵闸出现漏洞、管涌等几乎全部是渗透破坏所致。渗透产生的主要原因是堤防的临背水侧存在水位差，产生渗流引起。随着洪水水位的升高， 堤身内的浸润线逐步形成并不断提高，堤基和堤身内的渗透比降也逐渐增大，当渗流产生的实际渗透比降大于土的临界渗透比降时，土体将产生渗透破坏。堤防的内在隐患会加速渗透破坏的产生和发展。集中渗流对土体进行冲刷，出现冒水翻砂现象，形成管中涌水（砂），即管涌。

1.1 堤身的渗透破坏

堤身的渗透破坏有渗水造成的沿堤身建筑物漏水堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。

（1）沿堤身建筑物漏水是由于混凝土壁与土体结合不良，或穿堤建筑物与堤身间出现缝隙导致沿管壁渗水造成的。

（2）堤坡冲刷系由背水堤坡渗水所致，在背水侧地下水位较高的情况下， 当发生持续高水位时易发生堤坡渗水，易导致堤坡渗透破坏，产生滑坡。这可能是堤身断面宽度不够、堤身坡比小或填筑层面明显导致堤身的水平向渗透系数偏大，或是新老堤身、堤段施工接头处存在薄弱结合面导致。

（3）漏洞是堤防背水坡及堤脚附近出现横贯堤身的流水孔洞，对堤防的危害性极大，由堤身质量差、土料含砂量高、有機质多、有生物洞穴及其他老旧的或遗弃的建筑物所致。

（4）集中渗流是当堤身发生渗流且冲刷力大于土体的抗渗强度时，在集流处就会产生接触冲刷破坏。造成堤身集中渗流的主要原因有：穿堤建筑物与堤身间出现裂缝；新老堤身结合面未清基或清基不彻底；堤防分段建设的结合部填筑密度低等。由于接触冲刷的发展速度往往较快，因此对堤防的威胁很大，必须对其进行除险加固。

1.2 堤基的渗透破坏

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。随着洪水水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降增大， 一旦超过堤基的抗渗临界比降就会产生渗透破坏。首先在堤基的薄弱环节出现，如表土层较薄的位置。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，如果抢险不及时或措施不得当，就有溃堤的危险。

2 加固措施

为防止堤身、堤基渗流破坏，必须采取防渗加固措施。目的有二：一是要增强堤身、堤基本身的抵抗渗流破坏的能力，可采取提高堤身密实度、提高建筑物体与堤身的结合密度、消除堤身堤基隐患，适当放缓堤坡和填塘固基，透水后戗等措施；二是改变渗流出口比降和降低浸润线，应遵循"前堵、后排、中间截"的原则。

2.1 前堵

（1）沿管壁增加3～5 道截渗环，再用周边防渗粘土沿管壁回填，提高堤身密实性和结合性。

（2）"前堵"即在临水侧采用防渗铺盖、前戗、防渗斜墙和铺设土工膜等。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。

（3）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。铺盖的长度和厚度通过计算确定。当利用天然弱透水层作为防渗铺盖时， 应查天然弱透水层及下卧透水层的分布、厚度、级配、渗透系数和允许的渗透坡降等情况， 在天然铺盖不足的部位应采用人工铺盖补强措施，确保铺盖起到设计的作用。

（4）前戗。在堤身临水侧填筑土平台，一般称为前戗。要求选择渗透系数小的土料进行填筑，以降低背水侧出逸比降，符合渗流控制"前堵"的原则，同时也对堤身隐患起到补强作用。前戗的顶面高程应高出设计洪水位1 m 左右，临河坡度采用1∶3。

（5）铺设土工膜。在堤防迎水面铺设土工膜，其优点是整体性好、产品规格化；铺设简便，施工快；抗拉强度高，适应堤身变形；质地柔软，能与土料密切结合，重量轻，运输方便；抗老化性能较好。在迎水面堤身、堤基防渗，可按防渗铺盖计算其长度，在堤坡上铺设应高于设计洪水位1 m。在整修后的坡面上， 由于土工膜与沙土间的摩擦系数小于土石料摩擦系数，为了堤坡稳定，防止土工膜与堤坡接触面滑动，常采用锯齿、齿槽、台阶等形式，将土工膜平置于基面上，四周边缘要展平，保持整齐。铺膜不应拉得太紧，要均匀地留有小褶皱，以保证膜本身良好的伸缩性。铺放面积应是计算面积的1.1 倍。土工膜的接缝有搭接、粘接和焊接，以粘接和焊接效果好。铺好后，膜上要加保护层，不单是保护土工膜不受损坏，同时还要考虑水位下降时的反向渗压力。

保护层一般使用沙壤土，其厚度不少于0.5 m，并加以夯实。如需护坡，其上再铺砌垫层和块石。

2.2 后排

后排主要指在堤防背水侧采用压渗、导渗沟、减压沟和减压井等措施。

（1）后戗。在堤身背水侧加大堤身断面，增强堤身抗渗断面，控制浸润线不在堤坡上出逸。要求后戗填筑的土料透水性比原堤身大，以符合"后排"的原则。

（2）堤防淤背也叫后戗台。淤背，即在堤身背水侧压渗。是防止基础管涌破坏的有效控制渗流措施之一，如图1 所示。淤背的厚度根据漳卫河出现险情的情况调查，基本上集中在背水坡脚以外10 m 的范围以内，但也有一小部分发生在10 m 以外的。所以，淤背的宽度为10 m，高度在堤顶下2～3 m 为宜。

图1 堤防淤背

淤背可以防止在压重范围内发生管涌破坏， 即使在淤背范围外发生管涌破坏， 也加大了管涌距堤脚的距离，可以降低管涌的发展速度和危害程度；可以填盖背河坑塘，提高抵抗承压水头能力，减少管涌破坏；可以有效地加固堤防，提高堤防整体稳定性。

减压井，适用于所有渗透破坏堤基的除险。缺点是减压井易淤堵， 其排水量往往随着时间推移逐渐减少，减压效果也越来越差。

2.3 中间截

"中间截"指在堤身中进行粘土灌浆、劈裂灌浆、铺设土工膜、设立混凝土截渗墙和高压喷射灌浆等。通过建造封闭式的垂直防渗墙，截断渗透破坏路径，是一种根治渗透破坏的防渗措施。

（1）钻探（锥探）灌浆加固。此属于堤身垂直防渗，是较常用的方法。浆液材料一般就地选用粘土或沙壤土，可掺少量水泥，搅拌成泥浆。钻孔的布置，视堤身隐患位置而确定，一般尽量靠近临水侧，按梅花形布置。孔深应穿过隐患的部位。灌浆压力视孔深而定，一般在现场试验确定。此方法是处理堤身隐患的一个比较有效的方法。

（2）设立粘土截水槽。当堤基透水層较浅时，在迎水侧堤脚宜采用粘土截水槽。截水槽底部应达到相对不透水层或基岩。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。

（3）劈裂灌浆。沿堤身轴线应力面单排布孔，利用灌注压力，人为地劈开堤身并灌浆，在堤身内形成一道厚度0.1～0.2 m 的连续防渗心墙。并利用浆堤互压、泥浆析水固结和堤身湿陷密实等作用，使所有与浆脉连通的裂缝、洞穴、砂层等隐患得到充填挤压密实，形成垂直连续的泥浆体防渗墙。要控制好浆体材料及配比，以防浆体长期不能固化。

（4）垂直铺塑。垂直铺塑是用土工防渗膜作为防渗材料的一种垂直防渗技术，对解决堤身散浸、集中渗流、堤脚附近的渗透破坏等效果显著。包括机械开槽、铺膜和沟槽回填3 个工序。目前有刮板式、旋转式、往复式、高压水冲式等多种开槽铺塑机械。该项技术已在堤防工程中得到成功应用， 缺点是影响堤身的整体性。

（5）液压开槽机成墙技术。工作原理是液压系统提供动力，使液压缸的活塞杆垂直运动，带动工作装置刀杆做上下往复运动， 刀杆上的刀排紧贴工作面切削和剥离土体， 被切削和剥离的土体由反循环排渣系统排出槽孔， 开槽机沿墙体轴线方向全断面连续切削，不断前进，从而形成一个连续规则的长形槽孔，作业中用泥浆固壁。开槽到一定长度，用隔离体进行隔离， 分段用导管法进行水下浇筑混凝土或水泥土，逐段浇筑，最后形成连续墙。该方法可以连续开槽、连续浇筑、无接头，保证了墙体的完整性和连续性。

3 结语

采用何种防渗加固措施，应根据堤身的土质、建筑层、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。