水利堤防工程施工技术探讨

王廷华

(青岛市胶州水利工程有限公司， 山东 胶州　266300)



水利堤防工程施工技术探讨

王廷华

(青岛市胶州水利工程有限公司， 山东 胶州266300)

堤防是水利工程建设中最常见的工程设施，随着近些年来先进的科学技术不断融入到水利工程建设施工中，堤防的建设施工中也越来越多采用新的理论和方法，技术的进步为堤防工程的高效率建设奠定了重要基础。堤防是水利工程中重要的组成部分，堤防的重要性使得其质量要求大大提高。而从当前的情况看，堤岸工程仍然需要在堤坝的防渗技术、坍塌治理技术以及堤岸护坡技术等方面进行具体深入的研究与分析，旨在能够促进堤防建设施工技术的改进和创新，进而为我国水利工程的建设及应用效果做出保障。

堤防； 崩塌； 防渗； 施工

千百年来，人类社会的发展与江河湖海息息相关，为防范江河洪水自由泛滥成灾和湖海风浪潮水侵袭之患，依水筑堤，将洪水浪潮约束在设定的水域范围内，以保障江河中、下游沿岸和湖海之滨人民生命财产安全。随着现代社会的经济飞速发展，江河湖海沿岸地区的经济活动日益密集起来，因此新建或者加固堤防愈加迫切。近些年来，随着国内大江大河的干流、主要支流、海堤、重点湖堤的建设，堤防工程施工技术也得到了快速发展。本文将讨论几类常见的堤防结构型式及其工程施工的技术要点等。

1　水利堤防工程的定义及种类

堤防是一种常见的水利设施，一般指的是建设在河流、湖泊、水库及海岸边缘的挡水建筑物，也指在行洪区、分洪区、围垦区周围建设的拦水建筑物。堤防最重要的功能之一就是防洪，它也是世界上最早和最广为分布的水利设施。筑堤的作用是防御洪水泛滥，目的是为了保护堤防周边居民的生命财产安全和工农业生产的顺利进行。堤防修筑后可以将洪水约束和限制在规定的行洪道内，这样就使得在同等水流量的情况下，水深增加，并且行洪流速增大，海边的堤防也是抵挡风浪、抗御海潮的重要设施。

堤防的分类可以根据其修筑的位置不同进行具体划分，一般可以分为江堤、湖堤、河堤、海堤，以及水库、蓄滞洪区低洼地区的围堤等；也可以按照堤防的功能划分，一般分为干堤、支堤、子堤、遥堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、围堤(圩垸)、防浪堤等；按照建设堤防所用材料可以将其分为：土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等[1]。

2　堤防施工中的防渗流技术

渗流是水利堤防工程常见的现象，防渗和排渗是施工建设中控制渗流的基本办法。防渗工程的两种基本型式为水平防渗和垂直防渗，鉴于堤防所处的特殊环境来说，由于水流的流量、流速和紊流的变化无常，传统的防渗方法显得应对不足，如：传统的堤岸防渗方法是在邻水的一侧作黏土铺盖防渗，这样的工程措施无法应对突如其来的洪水侵蚀，也有用建筑防渗墙的工程型式，具体是在堤防底部用防渗墙切断很深很厚的砂层，这样的工程虽然一定程度可以起到防渗作用，但缺点是费时费力，成本较高，而且会影响河床水体与两岸地下水体之间的互相补充交换。鉴于传统防渗方法的缺陷，可以采用在背水侧排渗的措施，具体是指在背水侧的堤防脚进行排渗减压，或者修筑类似压土平台设施。工程施工中可以采用建设排渗减压沟、减压井、浅滤沟或者截渗槽及排水沟、压土平台、防渗墙等[2-3]。

a.排渗减压沟。堤基的结构多为二元层次的双层地基，因此，防渗工程施工中，覆盖土层不厚且为弱透水性时，可以在堤防侧面修筑排渗沟，排渗沟的深度应该深入砂层，这样可以有效消减承压水头,控制砂沸管涌事故的发生，排渗沟的挖沟地点一般位于堤防背水侧坡脚区域，如图1所示的防渗沟模型为美国堤防设计推荐的矩形沟[3]，使用专用的挖沟填实施工设备，窄沟宽0.6～1.8m，防渗沟内的回填物料主要为达到设计标准的粗砂砾石等滤料；在靠近排渗沟底的地方还应安置有缝或者穿孔的集水管，要注意的是，为了防止回填滤料流入集水管内，可以在施工时，将集水管用30cm厚左右的砂粒滤料包围[3]。在另外一些堤防的排渗工程中，也可以将排渗沟布置在堤内坡之下，再以水平排水褥垫引出渗流，这样的施工方法降低了堤坡内的浸润线。

图1　背水堤脚减压沟

b.减压井。水利工程建设堤防时遇到的弱透水土层一般的厚度均大于4m，即便在这种土层覆盖较厚的情况下，仍有渗水冒砂管涌险情发生的可能。这时，采取的工程防渗措施是建设较深的减压井列，这种减压井列可以有效消减砂层中的承压水头。在减压井列的位置选择上，一般选在堤岸坡脚附近较薄的区域，井间距控制在20cm左右[3]。

施工的时候，也需要注重几个问题：ⓐ钻孔尽可能不使用泥浆作为护壁，因为泥浆的加入会导致排水减压效果变差；ⓑ要重视钻孔的土层结构及层位分布情况；ⓒ如果井管处于极细粉砂土层带中，减压井管不能使用开孔管，因为开孔管会导致大量泥沙涌进井管，使有效下部井管失效。

c.浅滤沟或截渗槽及排水沟。如果在堤防下部的浅层地基中，出现薄层的透水性强于堤身，施工中可以在背水堤的脚下建设浅滤沟管排水减压，如图2所示为一个典型河堤加固工程的示意图[3]，在开孔或者有缝的集水管外围填充砂砾滤层，然后覆盖黏土将其夯实，防渗效果同样明显。采用截渗槽，在迎水侧坡的黏土斜墙截断浅层夹砂层的工程防渗措施。

图2　浅滤沟示意图

d.压土平台。水利堤防工程中，在堤后增设压土平台可以有效消除堤防后地面上可能发生的砂沸管涌险情，这种施工技术可靠、简单易行，只需要压土的自重大于压土层下部的承压水头便可以，这种工程型式在一些取土方便的农村堤防以及提取江河泥沙方便的江河堤防中较为适宜，例如：在长江堤防上进行的吹填工程以及在黄河流域的放淤作业等。其压土宽度用作计算并考虑原有覆盖土层的厚度变化，如图3所示[3]，压土平台的宽度也应足够长，用以应对渗流而产生的砂沸管涌现象。

图3　堤防压土平台示意图

e.防渗墙。防渗墙在消减水头和渗流量方面较上述的排渗与压渗措施更为有效，垂直方向的防渗板墙在性能上强于水平防渗设施。如果弱透水覆盖土层下有深厚强透水砂基，自然是悬挂式板墙为宜，它不影响内外水力联系，洪水时两侧广大地区砂基有蓄洪滞洪的作用，洪水过后也不阻拦内涝的消退；同时对制止和延缓堤后管涌险情的继续发展具有决定性作用。

如图4所示，防渗板墙的建设位置，若建设在堤前坡的①位置，则需要压实加厚该区域的黏土并注意防止水流的冲刷；若考虑到堤身，则可以选取位置②，因为洪水位边线之下的堤基渗流坡降最大；如果堤防施工不便时，可以考虑堤顶的位置③处，堤后坡脚位置④对消减堤后出渗坡降和管涌险情的效果最为明显[3-5]。

图4　悬挂式防渗墙位置示意图

3　堤防设施的崩塌和防护技术

河流的迎流顶冲处常会引起崩岸滑坡，长江中下游江堤3600km中，崩岸长度就有1500km。同样，流经黄土高原的黄河，沿岸黄土的垂直崩塌也很常见。崩岸的发展自然会危及到大堤的安全，因此防止大江大河的崩岸滑坡也是保证大堤安全的前提。堤岸防护工程从治河布局方面考虑，主要有平顺护岸工程，以遏制近岸崩塌的可能性；矶头、坝垛守点工程，谋求逐步连线的护岸；丁坝群改造岸线工程等。从工程结构上考虑，主要有护坡式、挡土墙或者板桩墙式和控导水流坝工式。下面介绍几种常见的护岸防冲工程施工类型。

a.抛石护岸堤工程。抛石护岸工程常用于崩岸抢险，而单纯的抛石抢险只是暂时的，但抛石层内仍有流速及紊动水流的掏刷，同时还有岸坡地下水渗流的冲蚀，因此需要垫层、滤层或者土工织物保护抛石层下泥土的稳定性，如图5所示，抛石层厚0.6m，砌石可小到0.4m，其下垫层和土工织物厚0.1～0.15m。水上施工的坡面陡缓由土质决定，在抛石的休止角35°～42°之间设计，抛石护坡不宜陡于1∶1.3。

图5　抛石护岸护脚及其垫层布局示意图

单纯的抛石河岸和护坡下的基土是否仍被紊动冲刷，决定于抛石中间的孔隙大小与其下基土的抗冲性，迄今尚无可靠的计算方法，需要试验研究。下面介绍以曼宁公式形式推算的石缝间流速公式：

式中vb——块石与基土接触面处的流速；

S——水力坡降；

D50——抛石平均直径；

n——糙率系数，n=0.020～0.025。

由上式可以估算[3]，河床粉细沙将被紊流冲刷，所以抛石护岸护坡工程多采用垫层技术。

b.砌块和石笼护坡技术。人工铺砌块石和利用碎块石料以网筋包装成石笼或者排垫护坡，更好地利用了开采的大小石料。

人工铺干砌块石护坡与抛石相比，受到水上施工的限制，表面平整，受流水冲击较小，但比抛石坡面的波浪爬高大50%左右。砌石方法技术很多，常见有单层铺设护坡，排放大石块表面平整，小石块挤塞缝隙。英国和苏联学者均提出了各自的计算公式[3]，用以作为工程施工中单层砌块石护坡厚度标准。

浆砌块石，其结构是将沥青胶黏物、水泥砂浆等灌入块石的缝隙中，这样就可以将块石连接块成护面整体结构，浆砌块石的特点是抗冲击能力强，开采的大小石块均可以使用到工程中。如果需要做不透水处理，施工中应该保留一部分冒水孔。具体的施工技术方法为：使用较干灰浆灌入所有缝隙，只需露出块石表面即可；然后将较稀的灰浆注入块石间的所有缝隙中；最后使用手工填塞灰浆逐一勾缝，这样既达到了牢固的要求，而且整体美观。

石笼护坡，常以铁丝、钢筋、聚合物筋等编成网状箱、笼、排垫等形状充填石块，即为石箱、石笼、石排等，有柔性透水优点，常用于防冲及浪击的护岸、护底、护坡工程。如图6所示，石笼一般尺寸为长3～4m，宽1～3m，厚0.3～1.0m，大面积薄的石排(小于0.5m)作为排垫时可编好网状先铺在坡面上，然后充填石块、碎石，再封闭上口。石笼的破坏多是石块受到来回摇动，割断网筋或者铁丝锈蚀[3]。

图6　石笼岸坡示例(单位：m)

除了上述几种护坡施工技术外，还有块体铺面护坡、种草植树护坡、充填混凝土护坡、现场浇铺混凝土板护坡、沥青护坡、丁坝挑流防护堤岸和重力墙护岸等几种施工技术手段。

4　结　语

水利工程中堤防扮演着非常重要的角色，而堤防的建设关系到河流、湖泊、水库以及海岸周围群众的生命安全，就堤防自身而言，其设计和技术方法的运用也会关系到整个水利工程的质量水准和服务年限。因此，在进行堤防的设计和施工时，必须依照相关设计标准和要求进行，采用合理的方案进行施工，对堤防工程的防渗技术、坍塌治理技术以及堤岸护坡技术问题掌握到位，保证工程的质量。

[1]赵祥.堤防改造方法 [J].水利水电科技进展，2012(4).

[2]毛月红.河道堤防工程设计[J].甘肃水利水电技术,2010(1).

[3]毛昶熙.堤防工程手册[M].北京:水利水电出版社，2009.

[4]王振方，周春海，周淑杰.化学补强技术在水库工程维修中的应用[J].水利科技与经济,2006 (7): 45-47.

[5]李晓丽，荆亮.水库土石坝渗漏控制措施分析[J].科技咨询导报, 2007 (21):11-12.

Discussion on water conservancy levee engineering construction technology

WANG Tinghua

(QingdaoJiaozhouWaterConservancyEngineeringCo.,Ltd.,Jiaozhou266300,China)

Levee is the most common engineering facility during the construction of water conservancy projects. Since the advanced science and technology are constantly integrated into the construction of water conservancy construction in recent years, more and more new theory and methods are adopted in levee construction. Technological progress lays an important foundation for the efficient construction of levee project. Levee is an important part of water conservancy project. The quality requirement is greatly improved due to the importance of the levee. However, current situation shows that levee project still should be studied and analyzed concretely and deeply in the aspects of levee antiseepage technology, collapse control techndogy, levee protection technology, etc., thereby aiming at promoting levee construction technology improvement and innovation, and guaranteeing the construction and application effect of water conservancy projects in China.

levee; collapse; anti-seepage; construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.002

TV871.1

A

1005-4774(2016)10- 0005- 04