堤坝防渗加固措施方案的选择与应用

2016-02-04李春燕付红颜

治淮 2016年5期

李春燕　付红颜

堤坝防渗加固措施方案的选择与应用

李春燕付红颜

我国大坝失事事故中，土石坝所占比例高达70.5%，在失事的土石坝中，除因洪水漫坝外，绝大部分为渗流破坏。据国外140例土坝失事事故统计分析，其中45%因渗流问题引起。可见，渗流问题是影响土石坝安全的关键，而在堤坝除险加固中如何选择防渗方案显得尤为重要。

一、防渗加固措施

由于土石坝工程的复杂性，每一种加固方法都有其适用范围、局限性和优缺点，因此，采用何种防渗加固措施应根据堤（坝）基地质条件、地形条件、渗透破坏程度、工程费用以及材料等进行综合考虑。

1.堤（坝）身防渗加固措施

堤（坝）身渗水可能产生堤坡冲刷、流土等破坏的，可采用贴坡反滤、透水后戗的方法除险。但和堤（坝）基防渗措施统筹实施时，可考虑采用垂直防渗技术。

新老堤（坝）身结合的水平层面集中渗流，可采用临水侧开挖回填封堵或接触面填充灌浆的方法进行处理。

堤（坝）身建筑物基础接触面的集中渗流，可采用高喷或静压注浆的方案在临水侧垂直防渗，也可以在接触面进行静压注浆处理，必要时在背水侧做反滤保护。

堤（坝）身与穿堤建筑物侧墙间的集中渗流，可采用接触面静压注浆的方法进行处理。

堤防分段建设的接合部产生的集中渗流，可采用临水坡截渗或在接合部用灌浆的方法来处理，必要时在背水侧做反滤保护。

2.堤（坝）基防渗加固措施

当堤（坝）基、背水坡或堤后地面渗流出逸比降不能满足规范要求时，或者汛期曾经出现过严重渗漏、管涌或流土破坏险情时，可视具体情况选择一种或几种措施的组合方案进行处理。

堤（坝）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（坝）基应采用铺盖防渗。

堤（坝）基透水层较浅时，在迎水侧堤脚宜采用粘土截水槽或其他封闭式垂直防渗措施截渗，并与堤（坝）身防渗措施结合为统一的防渗体系。

堤（坝）基覆盖层较薄，透水层埋深大且厚度大时，可以采用背水侧压实填筑压渗盖重或吹填法增加盖重，也可以在背水侧堤脚外适当的位置设置减压沟、井的方法。同时也可以考虑盖重和排水减压沟、井联合使用的形式。若临水侧有稳定滩地，可在临水侧加设铺盖进行防渗处理。

堤（坝）基覆盖层较厚且下卧强透水层较浅时，宜采用盖重措施进行处理。盖重渗透系数应比覆盖层大，也可在背水侧堤脚处适当位置设置减压井，达到减小扬压力和除险的目的。

多层堤（坝）基存在浅层弱透水层时，宜采用渗压盖重或结合减压措施进行除险，也可采用半封闭式防渗措施，但须勘察并经过渗流计算论证。

当堤（坝）基为强风化基岩或堤（坝）身发生渗透破坏时，可采用堤（坝）基帷幕灌浆。对临水侧有外滩的情况也可以使用铺盖防渗，必要时可在背水侧堤脚附近采取反滤保护措施。

二、堤坝防渗加固方案

堤坝防渗加固的目的是降低渗流的破坏能力，降低堤（坝）身浸润线和渗流出口比降以保证堤坝安全。典型的防渗除险加固方案有粘土铺盖防渗、上游铺塑防渗、混凝土防渗墙、深层搅拌桩和高压喷射灌浆防渗墙。

1.上游粘土铺盖防渗

在堤坝迎水坡前填筑粘土铺盖作为水平铺盖，以延长渗径，降低浸润线，降低下游渗流出逸比降。该方案施工简单，施工速度快，但由于水中抛填施工质量难以控制，如采用干地施工，必须放空水库，影响了水库的正常运行。

2.上游铺塑防渗

沿迎水面堤坡及库前铺设复合土工膜防渗，形成上游整体防渗体系。该方案可解决堤（坝）身及堤（坝）基的防渗问题，但施工时必须拆除迎水面砌石护坡，放空水库，影响了水库的正常运行。

3.混凝土防渗墙

混凝土防渗墙是利用专用的造槽机械设备营造槽孔，并在槽孔内注满泥浆，然后用导管在注满泥浆的槽孔中浇筑混凝土并置换出泥浆，筑成墙体。

混凝土防渗墙按墙水平截面形状可分为四种：①圆桩柱型（圆孔型），垂直接缝多，有效厚度小，20世纪60年代以来已很少采用；②墙板型（槽孔型），相邻两块墙板套接厚度与中间墙厚度相同，适用于深度小于60m的墙；③混合桩柱型（圆孔与双反弧形孔混合型）；④墙板桩柱混合型（槽形孔与双反弧形孔混合型）。混凝土防渗墙施工工艺较为成熟，具有截渗效果好、施工质量易于控制等优点。但施工速度较慢，造价较高；此外，相邻墙段之间或桩柱之间的连接工艺是防渗墙施工技术中的难点，工程实践证明，接缝质量不良常会成为堤（坝）基中的隐患。

4.深层搅拌桩

深层搅拌桩法是利用水泥作为固化剂，运用特制的多头小直径深层搅拌机械把水泥浆喷入土体，并掺搅成桩，是多个圆柱互相套接形成水泥土墙，达到截渗目的。该方案具有以下优点：①形成的水泥土墙体厚度均匀连续，接头少，墙体弹模低，适应变形能力强，工程效果好；②施工时不需要开槽，因此可避免其他截渗方法因开槽出现的塌孔、土层中有孔洞无法夯实等问题；③施工工艺简单，使用人力较少，施工功效高，可缩短建设工期；④适用土层范围较广，包括粘土、沙土、粉质粘土、含砾直径小于0.05m的砂砾层、淤泥，甚至有土体架空或孔洞也可施工。缺点是深层搅拌桩用作防渗帷幕时，其防渗深度受到限制，目前国内成熟的加固深度在14m左右；其次是其渗透系数随土层的不同而变化较大。

5.高压喷射灌浆防渗墙

高压喷射灌浆防渗墙采用钻孔，将装有特制合金喷嘴的注浆管下到预定位置，然后用高压水泵或高压泥浆泵（20～40MPa）将水或浆液通过喷嘴喷射出来，冲击破坏土体，使土粒在喷射流束的冲击力、离心力和重力等综合作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列。待浆液凝固以后，在土内就形成一定形状的固结体，从而达到加固防渗的目的。该方案有与深层搅拌桩法相同的优点，同时其加固深度可达60m。