第三章-堤防滲透破壞的除險(xiǎn)加固

第三章堤防滲透破壞的除險(xiǎn)加固第一節(jié)滲透破壞的成因和分類第二節(jié)滲透破壞除險(xiǎn)方案的選擇第三節(jié)滲透破壞除險(xiǎn)方案的復(fù)核第四節(jié)除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)和施工

滲透破壞在堤防工程中非常普遍，據(jù)98年長(zhǎng)江防洪搶險(xiǎn)的統(tǒng)計(jì)資料，由滲透破壞造成的險(xiǎn)情約占險(xiǎn)情總數(shù)的70%。除去漫溢險(xiǎn)情，則潰口性險(xiǎn)情幾乎全部是滲透破壞所致。防洪搶險(xiǎn)及除險(xiǎn)加固的實(shí)踐表明，滲透破壞是堤防工程中最普遍且難以治愈的心腹之患。

要做好滲透破壞的除險(xiǎn)加固工作，需從以下幾個(gè)方面入手：首先要了解滲透破壞屬于哪種類型，并分析其形成的原因；然后根據(jù)滲流控制原則和具體的工程地質(zhì)條件，選擇經(jīng)濟(jì)合理的除險(xiǎn)措施；為保證除險(xiǎn)效果，需要對(duì)所選擇的工程措施進(jìn)行復(fù)核；最后對(duì)所選擇的工程措施進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和施工，達(dá)到根除滲透破壞的目的。第一節(jié)滲透破壞的成因和分類

只要堤防的臨水側(cè)和背水側(cè)存在水頭差，堤防就有滲流產(chǎn)生。隨著汛期水位的升高，堤身內(nèi)的浸潤(rùn)線逐步形成并不斷抬高，堤基和堤身內(nèi)的滲透比降也逐漸增大。當(dāng)滲流產(chǎn)生的實(shí)際滲透比降J大于土的臨界滲透比降JC時(shí)，土體將產(chǎn)生滲透破壞。堤防的內(nèi)在隱患會(huì)加速滲透破壞的發(fā)生和發(fā)展。一、滲透破壞的土力學(xué)分類和判別

滲透破壞也稱滲透變形。由于滲流條件和土體條件的不同，滲透破壞的機(jī)理、發(fā)展過(guò)程及后果也不一樣。從滲透破壞發(fā)生的機(jī)理角度，可以將滲透破壞分為四種類型：

1.流土

在滲透力作用下，土體中的顆粒群同時(shí)起動(dòng)而流失的現(xiàn)象稱為流土。這種破壞形式在粘性土和無(wú)粘性土中均可以發(fā)生。粘性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)為：土體隆起、鼓脹、浮動(dòng)、斷裂等。無(wú)粘性土發(fā)生流土破壞的外觀表現(xiàn)是：泉眼（群）、砂沸、土體翻滾最終被滲透托起等。

2.管涌

在滲透力的作用下，土體中的細(xì)顆粒（填料顆粒）沿著土體骨架顆粒間的孔道移動(dòng)或被帶出土體，這種現(xiàn)象叫管涌。它通常發(fā)生在砂礫石地層中。

3.接觸沖刷

滲流沿著兩種不同介質(zhì)的接觸面流動(dòng)并帶走細(xì)顆粒的現(xiàn)象稱為接觸沖刷。如穿堤建筑物與堤身的結(jié)合面和裂縫的滲透破壞等。

4.接觸流土

滲流垂直于兩種不同介質(zhì)的接觸面運(yùn)動(dòng)，并把一層土的顆粒帶入另一土層的現(xiàn)象稱為接觸流土。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在顆粒粗細(xì)相差較大的兩種土層的接觸帶，如反濾層的機(jī)械淤堵等。

對(duì)粘性土，只有流土、接觸沖刷或接觸流土三種破壞形式，不可能產(chǎn)生管涌破壞。對(duì)無(wú)粘性土，則四種破壞形式均可發(fā)生。對(duì)無(wú)粘性土，管涌和流土的判別可以按照表3—1進(jìn)行。表3－1無(wú)粘性土管涌和流土的判別土

類土顆粒組成特點(diǎn)滲透變形形式正常級(jí)配砂礫石Cu<10流土10<Cu<20流土或管涌Cu>20管涌缺少中間顆粒的砂礫石Pz<25％-30%管涌Pz>30％流土注：Cu為土的不均勻系數(shù)，Cu=d60/d10；Pz為小於顆粒級(jí)配曲線上斷裂點(diǎn)A的粒徑含量；d60為過(guò)篩重量占60%的顆粒直徑，d10為過(guò)篩重量占10%的顆粒直徑。二、土的抗?jié)B強(qiáng)度

土的抗?jié)B強(qiáng)度表明了土體抵抗?jié)B透破壞的能力，包括抗?jié)B臨界比降和允許比降。允許比降JB由臨界比降JC除以安全系數(shù)得到。土的抗?jié)B強(qiáng)度決定于土的性質(zhì)和滲流條件（滲透破壞形式）兩個(gè)方面。

1.流土

流土首先發(fā)生于滲流出口，不可能在土體內(nèi)部直接發(fā)生。當(dāng)滲流自下向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，一旦滲透力克服了重力的作用，則土體就會(huì)產(chǎn)生流土破壞，此時(shí)土體的臨界比降可以通過(guò)原狀土室內(nèi)試驗(yàn)求得，也可以由下式近似確定：JC=(ρs/ρw-1)(1-n)

(3-1)

式中：ρs為土顆粒的密度，ρw為水的密度，n為土體的孔隙率。

由公式（3-1）求得的JC偏小，大約小于試驗(yàn)值的15%～25%，這主要是因?yàn)樵谠撌街袥](méi)有考慮土的抗剪強(qiáng)度的影響（包括內(nèi)摩擦角和凝聚力兩個(gè)方面），因此也是偏于安全的。表3-2給出了無(wú)粘性土不發(fā)生流土破壞的允許比降經(jīng)驗(yàn)值，細(xì)砂取小值，較粗的砂土取大值。

2.管涌

管涌可能發(fā)生在滲流出口，也可能發(fā)生在土體內(nèi)部。由于顆粒移動(dòng)中的堵塞作用，可能會(huì)有管涌中斷現(xiàn)象發(fā)生，有的是暫時(shí)性中斷，而后繼續(xù)發(fā)生，有的是永久性中斷，即發(fā)生了自愈情況。還有一種情況，由于土體中細(xì)顆粒填料較少，它的帶出不影響土體骨架顆粒的穩(wěn)定，當(dāng)細(xì)顆粒被帶完后，只出清水，不出渾水，管涌終止。

由于計(jì)算管涌臨界比降的公式目前還不成熟，因此管涌臨界比降一般通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水流向上的垂直管涌，允許比降一般為0.1～0.25，水平管涌的允許比降為垂直管涌的允許比降乘以摩擦系數(shù)tgφ。表3—2給出了無(wú)粘性土不發(fā)生管涌破壞的允許比降的經(jīng)驗(yàn)值。表3－2無(wú)粘性土抗流土或管涌破壞的允許坡降JB的經(jīng)驗(yàn)值項(xiàng)目滲透變形型式流土型過(guò)渡型管涌型Cu<3Cu=3-5Cu>5級(jí)配連續(xù)級(jí)配不連續(xù)JB0.25-0.350.35-0.500.50-0.800.25-0.400.15-0.250.10-0.15

3.接觸沖刷

接觸沖刷發(fā)生在堤身和堤基的內(nèi)部，但其顆粒仍舊是從滲流出口處帶出。接觸沖刷不斷發(fā)展會(huì)形成漏水通道，而引起堤防潰決。

在兩種性質(zhì)不同的土層界面上發(fā)生接觸沖刷時(shí)，其臨界比降可以通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)或按伊斯托明娜的試驗(yàn)結(jié)果（圖3－1）獲得。圖中的縱坐標(biāo)為接觸沖刷的臨界比降，橫坐標(biāo)為D10/d10tgφ，其中D10為粗粒土層的有效粒徑（過(guò)篩重量占總土重10%的顆粒直徑），d10為細(xì)粒土層的有效粒徑，tgφ為細(xì)粒和粗粒土層之間的摩擦系數(shù)。

在土層與剛性建筑物接觸界面上發(fā)生接觸沖刷時(shí)，對(duì)比一些試驗(yàn)資料和建閘的經(jīng)驗(yàn)將非管涌土地基的允許滲透比降值列入表3－3，供參考。表中滲透比降的允許值是由臨界比降除以1.5的安全系數(shù)得到的，但沒(méi)有考慮滲流出口處的保護(hù)。如果滲流出口有反濾保護(hù)，則表中的數(shù)據(jù)可以適當(dāng)提高30％～50％。圖3－1接觸沖刷臨界坡降曲線表3－3各種土基上水閘設(shè)計(jì)的允許滲流坡降地基土質(zhì)類別允許滲流坡降地基土質(zhì)類別允許滲流坡降水平段Jx出口Jo水平段Jx出口Jo粉砂細(xì)砂中砂粗砂中細(xì)礫粗礫夾卵石0.05～0.070.07～0.100.10～0.130.13～0.170.17～0.220.22～0.280.25～0.300.30～0.350.35～0.400.40～0.450.45～0.500.50～0.55砂壤土粘壤土夾砂礓土軟粘土較堅(jiān)實(shí)粘土極堅(jiān)實(shí)粘土0.15～0.250.25～0.350.30～0.400.40～0.500.50～0.600.40～0.500.50～0.600.60～0.700.70～0.800.80～0.90

4.接觸流土

接觸流土的抗?jié)B臨界比降應(yīng)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)獲得。

5.堤坡的抗沖刷能力

當(dāng)滲流從堤坡上出逸而產(chǎn)生滲水（亦稱散浸）后，滲水對(duì)堤坡具有一定的沖刷作用，有可能產(chǎn)生滲透破壞。其中最易產(chǎn)生破壞的地方是出逸點(diǎn)。堤坡抗沖刷破壞的臨界比降可以用下式估算：Jc=γ'/γw(tgφ-tgβ)cosβ+c/r

(3-2)

式中：γ'為土的浮容重；γw為水的容重；tgφ為土的摩擦系數(shù)；φ為土在水下的內(nèi)摩擦角；c為土的凝聚力；β為堤坡的坡角。

出逸點(diǎn)處的滲流比降為J=sinβ，設(shè)土的浮容重為1，忽略凝聚力c，當(dāng)J=Jc時(shí)由式（3-2）得到：tgβ=0.5tgφ

（3-3）

因此，堤坡不產(chǎn)生沖刷破壞的條件是tgβ<0.5tgφ，即坡角的正切必須小于飽和土內(nèi)摩擦角正切的一半，或者說(shuō)坡角約等于土的休止角的一半，這是無(wú)粘性土堤坡不產(chǎn)生局部沖刷破壞的一個(gè)最低要求。

6.粘性土的抗?jié)B強(qiáng)度

粘性土的滲透破壞特性取決于容重、含水率、粘土礦物成分、交換性陽(yáng)離子的數(shù)量和成份、孔隙液體的含鹽濃度和成分等物理化學(xué)因素，因此，它遠(yuǎn)比無(wú)粘性土滲透破壞特性復(fù)雜。粘性土可分為分散性粘土，非分散性粘土和過(guò)渡型粘土。如圖3－2，其中A區(qū)為分散性粘土，B區(qū)為非分散性粘土，C區(qū)為過(guò)渡性粘土。該圖的縱坐標(biāo)為鈉的百分比，橫坐標(biāo)TDS為金屬陽(yáng)離子總量。分散性粘土遇水后土顆粒逐漸脫落而形成懸液，極易被水流帶走，其破壞要比細(xì)砂和粉土更為容易。而非分散性粘性土由于其凝聚力很大，只會(huì)發(fā)生流土破壞，不會(huì)發(fā)生管涌破壞，有反濾保護(hù)時(shí)，其臨界比降可以超過(guò)20以上，而一般取4～5為粘性土的抗?jié)B允許坡降圖3－2區(qū)別分散性和非分散性粘土圖7.軟弱夾層的抗?jié)B強(qiáng)度

軟弱夾層的滲透破壞不同于無(wú)粘性土，也不同于粘性土，而是介于兩者之間。其滲透破壞的特征為：

(1)泥夾碎片層，當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞時(shí)，沿層面出水，出口細(xì)粒跳動(dòng)，形成小洞眼，直至出現(xiàn)滲透通道;

(2)含泥沙礫層，當(dāng)結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，滲流出口有細(xì)粒移動(dòng)并呈渾水，直至破壞。軟弱夾層的抗?jié)B強(qiáng)度應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)得到。

三、堤防滲透破壞的成因和分類

堤防工程中對(duì)滲透破壞的分類主要是從宏觀現(xiàn)象考慮。比如，由于堤基的滲透破壞在后期多表現(xiàn)為集中滲流對(duì)土體的沖刷，并往往冒水翻砂，形如管中涌水（砂），因此在堤防工程中統(tǒng)稱為管涌（亦稱泡泉），這是宏觀上的體驗(yàn)。其實(shí)，堤防工程中常說(shuō)的管涌基本上都是土力學(xué)中的流土破壞。

（一）堤身滲透破壞的成因和分類

堤身的滲透破壞包括三種類型：滲水（散浸）造成的堤坡沖刷、漏洞和集中滲流造成的接觸沖刷。分述如下：

1.堤坡沖刷

堤坡沖刷系由背水堤坡滲水所致。一種是堤坡的出逸比降大于允許比降而產(chǎn)生的滲透破壞，另一種是滲水集中后造成對(duì)坡面的水流沖刷。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)，對(duì)背水側(cè)地下水位（或水頭）較高的情況，當(dāng)發(fā)生持續(xù)高水位時(shí)堤坡滲水是必然的。關(guān)鍵是出逸點(diǎn)不應(yīng)過(guò)高，滲流量不應(yīng)過(guò)大，以免造成堤坡的滲透破壞和水流沖刷，甚至導(dǎo)致滑坡，對(duì)這種有害滲水必須采取措施進(jìn)行除險(xiǎn)。造成出逸點(diǎn)過(guò)高的主要原因有：堤身斷面寬度不夠，堤坡偏陡；堤身尤其是后加高的堤身透水性強(qiáng)，或填筑層面明顯，導(dǎo)致堤身的水平向滲透系數(shù)偏大；新老堤身、堤段施工接頭處存在薄弱結(jié)合面。如清基不徹底或根本未清基，堤段結(jié)合部壓實(shí)不密等；堤身裂縫并被雨水灌入；堤身存在其它隱患。如洞穴、凍土塊等。

2.堤身漏洞

堤防背水坡及堤腳附近出現(xiàn)橫貫堤身的流水孔洞稱為漏水洞。由于漏水洞中的集中水流對(duì)土體的沖刷力很強(qiáng)，因此對(duì)堤防的危害性極大。

產(chǎn)生漏洞的主要原因有：堤身質(zhì)量差，土料含砂量高，有機(jī)質(zhì)多；有生物洞穴或其它易腐爛的物料；其它隱患，如舊涵洞、坑窖、棺木等。

即使漏洞沒(méi)有貫穿堤身，也將大大縮短滲徑，從而加大了出口滲透比降，增加了滲透破壞的可能性，同時(shí)漏洞中的集中水流還將造成對(duì)土體的水流沖刷，使漏洞長(zhǎng)度加長(zhǎng)，直徑變大，最終貫穿堤身，導(dǎo)致堤防潰決。因此，對(duì)堤身漏洞隱患必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

3.堤身接觸沖刷

當(dāng)?shù)躺戆l(fā)生集中滲流且沖刷力大于土體的抗?jié)B強(qiáng)度時(shí)，在集中滲流處就會(huì)產(chǎn)生接觸沖刷破壞。造成堤身集中滲流的主要原因有：穿堤建筑物與堤身間出現(xiàn)裂縫；新老堤身結(jié)合面未清基或清基不徹底；堤防分段建設(shè)的結(jié)合部填筑密度低等。由于接觸沖刷的發(fā)展速度往往較快，因此對(duì)堤防的威脅很大，必須對(duì)其進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

（二）堤基滲透破壞的成因和分類

堤基的滲透破壞常表現(xiàn)為泡泉、沙沸、土層隆起、浮動(dòng)、膨脹、斷裂等，通常統(tǒng)稱為管涌。一般來(lái)講，堤防堤基的表土層一般極少是砂礫層，因此，堤基的滲透破壞一般均為土力學(xué)中的流土破壞。產(chǎn)生的原因是，隨著汛期水位的升高，背水側(cè)堤基的滲透出逸比降增大，一旦超過(guò)堤基的抗?jié)B臨界比降就會(huì)產(chǎn)生滲透破壞。滲透破壞首先在堤基的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)，如坑塘或表土層較薄的位置。對(duì)近似均質(zhì)的透水堤基，滲透破壞首先發(fā)生的堤腳處。堤基管涌，尤其是近堤腳的管涌，發(fā)展速度快，容易形成管涌洞，一旦搶險(xiǎn)不及時(shí)或措施不得當(dāng)，就有潰堤災(zāi)難發(fā)生的危險(xiǎn)。因此，對(duì)管涌堤段必須進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

另外，如果堤身直接座落在砂礫石強(qiáng)透水層上，或座落在強(qiáng)風(fēng)化的巖基上，則在堤身與堤基的結(jié)合面也可能發(fā)生接觸沖刷或接觸流土破壞。第二節(jié)滲透破壞除險(xiǎn)方案的選擇

堤防除險(xiǎn)加固的實(shí)踐表明，滲透破壞是堤防工程中最普遍且難以治愈的心腹之患，選擇有效、合理、經(jīng)濟(jì)的除險(xiǎn)加固方案是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，是堤防滲透破壞除險(xiǎn)加固工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

滲透破壞的除險(xiǎn)加固應(yīng)從兩方面入手：一方面是提高堤身和堤基本身抵抗?jié)B透破壞的能力，如采取提高堤身密實(shí)度、消除堤身堤基隱患、放緩邊坡、貼坡排水、透水后戧或蓋重等措施；另一方面是降低滲流的破壞能力，即降低滲流出口比降和堤身的浸潤(rùn)線，這方面應(yīng)遵循“前堵后排、反濾料保護(hù)滲流出口”的滲流控制原則，并根據(jù)工程地質(zhì)條件、出險(xiǎn)情況和堤防的重要程度選擇合理的滲流控制措施?！扒岸隆本褪窃谂R水側(cè)采取防（截）滲措施，如防滲鋪蓋、防滲斜墻和垂直防滲幕（墻）等，“后排”即在背水側(cè)采取導(dǎo)滲和排水減壓措施，如導(dǎo)滲溝、排水褥墊、排水減壓溝、減壓井等。

一、堤身滲透破壞除險(xiǎn)方案的選擇

堤身滲透破壞包括滲水（散浸）、漏洞和集中滲流三種類型。根據(jù)其不同特點(diǎn)，應(yīng)選擇各自適宜的除險(xiǎn)加固措施。

（一）滲水除險(xiǎn)方案的選擇

滲水往往會(huì)導(dǎo)致背水坡的脫坡、沖刷、流土甚至形成漏洞和陷坑，應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)生的原因和危害程度，采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行除險(xiǎn)加固。

1.對(duì)威脅背水坡抗滑穩(wěn)定的嚴(yán)重有害滲水，可采用填筑壓實(shí)法、機(jī)械吹填法或放淤固堤法加寬培厚堤身或做透水后戧，也可以在臨水坡外邦或增建防滲斜墻，或采用劈裂灌漿、錐探灌漿、垂直鋪塑等做垂直防滲。

2.對(duì)不至于威脅堤坡抗滑穩(wěn)定，但可能產(chǎn)生堤坡沖刷、流土破壞的滲水，可采用貼坡反濾、透水后戧的方法進(jìn)行除險(xiǎn)。

（二）漏洞和跌窩除險(xiǎn)方案的選擇

堤身漏洞和跌窩往往由生物洞穴產(chǎn)生，汛前較難發(fā)現(xiàn)，但這種險(xiǎn)情在汛期往往發(fā)展很快，加之堤身斷面有限，對(duì)堤身的危害很大，汛期搶險(xiǎn)困難，釀成潰口者有之。為防患于未然，汛前應(yīng)首先對(duì)漏洞和跌窩隱患進(jìn)行巡視、探查。對(duì)洞穴應(yīng)采取開(kāi)挖回填的方法進(jìn)行除險(xiǎn)，如果開(kāi)挖回填困難可以采取充填灌漿的辦法進(jìn)行處理。

（三）集中滲流除險(xiǎn)方案的選擇

1.對(duì)堤身與穿堤建筑物基礎(chǔ)接觸面的集中滲流，可采用高噴或靜壓注漿在臨水側(cè)做垂直防滲，也可以在接觸面采用靜壓注漿的辦法進(jìn)行處理，必要時(shí)在背水側(cè)做反濾保護(hù)。對(duì)堤身與穿堤建筑物側(cè)墻間的集中滲流，可以采用接觸面靜壓注漿的方法進(jìn)行處理。

2.對(duì)新老堤身結(jié)合的水平層面產(chǎn)生的集中滲流，可采用臨水側(cè)開(kāi)挖回填封堵或接觸面充填灌漿的方法進(jìn)行處理。

3.對(duì)堤防分段建設(shè)的結(jié)合部產(chǎn)生的集中滲流，可采用臨水坡截滲或結(jié)合部擠密灌漿的方法進(jìn)行處理，必要時(shí)在背水坡采取反濾保護(hù)措施。

二、堤基滲透破壞除險(xiǎn)方案的選擇

修建于雙層和多層地基、透水地基、巖石地基上的堤防，經(jīng)滲流計(jì)算，堤基、背水坡或堤后地面滲流出逸比降不能滿足規(guī)范要求，或者汛期曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)嚴(yán)重滲漏、管涌或流土破壞險(xiǎn)情時(shí)，應(yīng)采取除險(xiǎn)加固措施。所用措施包括：填塘固堤、臨水側(cè)防滲鋪蓋、地基垂直防滲、背水側(cè)壓滲蓋重、排水減壓溝井、水平排水褥墊等。應(yīng)根據(jù)具體情況選擇一種或多種措施來(lái)達(dá)到除險(xiǎn)加固的目的。應(yīng)該指出的是，防汛搶險(xiǎn)的實(shí)踐表明，堤基管涌大部分發(fā)生在坑塘等薄弱環(huán)節(jié)，因此，應(yīng)首先考慮填塘措施進(jìn)行除險(xiǎn)。堤基滲透破壞除險(xiǎn)方案的選擇主要根據(jù)地基的工程地質(zhì)情況確定：

（一）雙層或多層地基

這種地基在堤防工程中非常普遍，滲透破壞險(xiǎn)情多且治愈困難。

1.對(duì)由于臨水側(cè)鋪蓋、背水側(cè)表土層或壓滲蓋重缺陷（池塘、人為挖坑、天然缺失等）造成的險(xiǎn)情，應(yīng)首先采取回填的方法恢復(fù)鋪蓋和表土層的完整性。臨水側(cè)鋪蓋回填的范圍為鋪蓋的有效長(zhǎng)度范圍以內(nèi)，背水側(cè)表土層或蓋重的回填范圍應(yīng)根據(jù)險(xiǎn)情和地形地質(zhì)條件、滲流計(jì)算以及堤防的重要程度等確定，可在距堤腳50～200m之間選擇。臨水側(cè)用粘性土材料，背水側(cè)用滲透系數(shù)比原土層大的材料進(jìn)行回填，但應(yīng)滿足反濾要求。

2.對(duì)背水側(cè)地基覆蓋層較薄且透水層較深的情況，可以采用壓實(shí)填筑法或吹填法增加蓋重，也可以采用在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓溝或減壓井的方法。同時(shí)也可以考慮蓋重和排水減壓溝井聯(lián)合使用的形式，以達(dá)到根治地基滲透破壞的目的。

3.對(duì)覆蓋層較厚且下臥強(qiáng)透水層較深的地基，宜采用蓋重措施進(jìn)行處理，蓋重宜采用比覆蓋層滲透系數(shù)大的透水材料。也可以在背水堤腳外適當(dāng)位置設(shè)置減壓井，達(dá)到減小揚(yáng)壓力和除險(xiǎn)的目的，參見(jiàn)圖3－17。

4.對(duì)地基下臥透水層不深、隔水層較淺的情況，應(yīng)首先考慮采用垂直封閉式防滲措施（參見(jiàn)圖3－16）。也可以采用蓋重或蓋重結(jié)合減壓溝井的方法。

5.對(duì)多層地基且存在淺層弱透水層的情況，宜采用壓滲蓋重或結(jié)合減壓措施進(jìn)行除險(xiǎn)參見(jiàn)圖3－22。也可以考慮采用半封閉式垂直防滲措施（參見(jiàn)圖3－18），但必須在勘察資料充分并經(jīng)滲流計(jì)算充分論證后方可采用。

（二）透水地基

1.淺層透水地基宜采用封閉式垂直防滲措施進(jìn)行處理，并與堤身防滲體連成統(tǒng)一的防滲體系。

2.相對(duì)不透水層埋藏較深、透水層較厚時(shí)，可以采用背水側(cè)壓滲蓋重進(jìn)行處理。當(dāng)臨水側(cè)有穩(wěn)定灘地時(shí)，也可以采用臨水側(cè)鋪蓋進(jìn)行防滲處理。

（三）巖石地基

1.對(duì)強(qiáng)風(fēng)化造成巖基或堤身滲透破壞的情況，可以采用地基帷幕灌漿的方法進(jìn)行處理，對(duì)臨水側(cè)有外灘的情況也可以使用鋪蓋防滲，必要時(shí)可在背水堤腳附近采取反濾保護(hù)措施。

2.當(dāng)巖溶或其它原因使巖基滲水量過(guò)大，以致危機(jī)堤防安全時(shí)，可采用模袋灌漿或充填灌漿堵塞漏水通道，必要且有條件時(shí)可加設(shè)防滲鋪蓋。第三節(jié)滲透破壞除險(xiǎn)方案的復(fù)核

為了達(dá)到技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的目的，需要對(duì)除險(xiǎn)方案進(jìn)行復(fù)核。

一、除險(xiǎn)方案復(fù)核的任務(wù)

對(duì)初步選定的除險(xiǎn)方案必須進(jìn)行復(fù)核。復(fù)核的主要任務(wù)是：論證除險(xiǎn)方案的效果；通過(guò)比較，選擇經(jīng)濟(jì)合理的除險(xiǎn)方案。

（一）除險(xiǎn)效果的復(fù)核

對(duì)初步選定的除險(xiǎn)方案，通過(guò)滲流計(jì)算分析，了解堤身和堤基的水頭（水壓力）、滲透比降、滲流量等水力要素，據(jù)此進(jìn)行滲透穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定復(fù)核，論證是否能夠達(dá)到除險(xiǎn)加固的要求。

（二）除險(xiǎn)方案優(yōu)化

對(duì)初步擬定的幾種除險(xiǎn)方案進(jìn)行滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算，在保證除險(xiǎn)效果的前提下，從工程管理、環(huán)境影響、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選定最為經(jīng)濟(jì)合理的除險(xiǎn)方案。

二、除險(xiǎn)方案的滲流計(jì)算要求

除險(xiǎn)方案的效果應(yīng)通過(guò)滲流計(jì)算確定。滲流計(jì)算應(yīng)滿足以下要求：

（一）滲流計(jì)算的內(nèi)容要求

通過(guò)滲流計(jì)算應(yīng)得到堤身滲流場(chǎng)的水頭（浸潤(rùn)線、出逸點(diǎn)、水壓力等）、滲透比降和滲流量等水力要素。對(duì)河、湖堤防，計(jì)算方案包括：

1.臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為相應(yīng)水位情況的穩(wěn)定滲流計(jì)算；

2.臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為最低水位或無(wú)水情況的穩(wěn)定滲流計(jì)算；

3.洪水降落時(shí)的非穩(wěn)定滲流計(jì)算。

（二）計(jì)算剖面選擇和地層概化的要求

選擇計(jì)算剖面時(shí)應(yīng)綜合考慮堤身、堤基的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，取有代表性的、結(jié)果偏于安全的剖面進(jìn)行滲流計(jì)算。對(duì)在洪水期發(fā)生過(guò)較大險(xiǎn)情的地段應(yīng)重點(diǎn)考慮。

由于工程水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，在進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí)往往需要對(duì)地質(zhì)剖面進(jìn)行概化。概化的原則是，在滿足計(jì)算精度的前提下盡量使地層簡(jiǎn)單化，以方便計(jì)算。根據(jù)我國(guó)河、湖堤防堤基的實(shí)際情況，可以將堤防地基概化為三種類型：?jiǎn)螌油杆袒?、雙層堤基和多層堤基。具體簡(jiǎn)化原則有：①滲透系數(shù)相差5倍以內(nèi)的相鄰?fù)翆涌梢暈橐粚油?，并采用加?quán)平均的滲透系數(shù)作為計(jì)算依據(jù)；②對(duì)雙層結(jié)構(gòu)堤基，當(dāng)下臥土層的滲透系數(shù)比上層土層的滲透系數(shù)小100倍及以上時(shí)，可以將下臥土層視為不透水層；③當(dāng)?shù)袒硗翆颖鹊躺淼臐B透系數(shù)大100倍及以上時(shí)，可以認(rèn)為堤身不透水，僅對(duì)堤基按有壓流進(jìn)行滲流計(jì)算，堤身浸潤(rùn)線的位置可以根據(jù)堤基中的壓力水頭確定。

三、除險(xiǎn)方案的滲流計(jì)算方法

根據(jù)堤防除險(xiǎn)方案的滲流計(jì)算要求，必須對(duì)堤防除險(xiǎn)方案進(jìn)行穩(wěn)定和非穩(wěn)定滲流計(jì)算，以獲得除險(xiǎn)方案復(fù)核所必須的資料，達(dá)到復(fù)核的目的。

（一）滲流場(chǎng)求解方法簡(jiǎn)介

求解滲流場(chǎng)的方法有：數(shù)值計(jì)算方法、模型試驗(yàn)方法和水力學(xué)方法。

1.數(shù)值計(jì)算方法

常用的滲流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法有兩種，即有限單元法和有限差分法，以有限單元法最為常用。隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算技術(shù)的飛速發(fā)展，滲流場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算方法和程序日益完善，功能強(qiáng)大，尤其是有限單元方法，基本上可以滿足所有的工程計(jì)算要求，并得到了一定的普及。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的工程地質(zhì)條件，不需對(duì)地層進(jìn)行太多的簡(jiǎn)化，計(jì)算精度高，速度快，比模型試驗(yàn)省時(shí)省力。本章中的圖3—16～3—18、3—21～3—23就是作者采用有限單元法得到的結(jié)果，有關(guān)數(shù)值計(jì)算的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考有關(guān)資料，此不詳述。

2.模型試驗(yàn)方法滲流場(chǎng)的模型試驗(yàn)方法主要有砂槽模型方法和電模擬方法兩種類型。電模擬方法又分導(dǎo)電介質(zhì)方法（導(dǎo)電液或?qū)щ娂埖龋┖碗娮杈W(wǎng)絡(luò)方法。根據(jù)目前的發(fā)展情況，以電阻網(wǎng)模型較為常用，但與數(shù)值計(jì)算方法相比，相對(duì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。有關(guān)模型試驗(yàn)的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考有關(guān)資料。

3.水力學(xué)計(jì)算方法

根據(jù)水力學(xué)和滲流力學(xué)理論，通過(guò)對(duì)工程水文地質(zhì)剖面的概化，在一些特定條件下可以采用水力學(xué)方法對(duì)滲流場(chǎng)進(jìn)行理論求解。但由于這種方法對(duì)地層情況的適應(yīng)性差，過(guò)多的地層概化又往往影響精度，因此其應(yīng)用受到許多限制。限於篇幅，下面只介紹雙層堤基和蓋重的計(jì)算方法，其它情況的滲流計(jì)算請(qǐng)參見(jiàn)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的附錄E和其它有關(guān)資料。

（二）雙層堤基滲流的水力學(xué)計(jì)算方法

1.無(wú)限長(zhǎng)等厚雙層堤基的滲流計(jì)算

當(dāng)?shù)袒硗翆拥臐B透系數(shù)比下臥強(qiáng)透水層的滲透系數(shù)小100倍及以上時(shí)即為雙層堤基，這種堤基在我國(guó)的堤防工程中廣泛存在。如圖3－3所示，堤基表層弱透水層底板下的承壓水頭可用下式進(jìn)行計(jì)算：CD段：h=He-Ax(1+Ab+thAL)

(3-4)BC段：h=H(1+Ax')/(1+Ab+thAL)

(3-5)

式中：h為弱透水層底板下的承壓水頭（m）；A為越流系數(shù)。th為雙曲正切函數(shù);k0、T0分別為強(qiáng)透水層的滲透系數(shù)和厚度；k1、T1分別為表層弱透水層的滲透系數(shù)和厚度。圖3－3無(wú)限長(zhǎng)等厚雙層地基計(jì)算圖

2.有限長(zhǎng)等厚雙層堤基的滲流計(jì)算

如圖3－4所示的有限長(zhǎng)等厚雙層堤基，堤基水頭可以根據(jù)下式計(jì)算：用式3－4試算ξ，以確定出逸段與非出逸段的分解點(diǎn)B：式中:

出逸段AB對(duì)應(yīng)的透水層內(nèi)的水頭為：

非出逸段BC對(duì)應(yīng)的透水層內(nèi)的水頭為：式中的△x'由表3－4求得。表3－4△x'計(jì)算表x'/T001.0△x'/△01.000.760.560.390.200.070.050.030.020.010表中：。式中：To（m）、ko（m/s）分別為強(qiáng)透水層的厚度和滲透系數(shù)；T1（m）、k1（m/s）分別為弱透水層的厚度和滲透系數(shù)；x為AB段的橫坐標(biāo)；x￠為BC段的橫坐標(biāo)；ξ為BC段的長(zhǎng)度（m）。th、ch、sh為雙曲線函數(shù)，arth為反雙曲線函數(shù)。圖3－4有限長(zhǎng)等厚雙層堤基計(jì)算圖

3.不等厚或不均質(zhì)雙層堤基的滲流計(jì)算

當(dāng)弱透水層為不等厚或不均質(zhì)（各段滲透系數(shù)不同）時(shí)，可用遞推公式先求得臨水側(cè)和背水側(cè)的不透水等效長(zhǎng)度S上和S下，再按不透水底板求出弱透水層底面各點(diǎn)的承壓水頭。（注:：用遞推法計(jì)算背水側(cè)S下時(shí)，應(yīng)滿足地表水淹沒(méi)弱透水層的條件，如圖3－5所示。）式中：Ai為第i段的雙層地基越流系數(shù)；ko為強(qiáng)透水層的滲透系數(shù)(m/s)；To為強(qiáng)透水層的厚度(m)；ki為第i段弱透水層的滲透系數(shù)(m/s)；ti為第i段弱透水層的厚度(m)。圖3－5遞推計(jì)算圖遞推公式：

式中:βi＝2AiLi

采用Di－1和Si兩公式，遞推臨水側(cè)等效長(zhǎng)度時(shí)，從臨水側(cè)向背水側(cè)遞推，一直推到堤腳，所得S值即為臨水側(cè)的等效長(zhǎng)度S上；背水側(cè)從背水側(cè)向臨水側(cè)遞推，如圖3－5所示，方法同前，算出背水側(cè)的等效長(zhǎng)度S下，遞推過(guò)程如圖3－6所示。圖3－6遞推過(guò)程圖

關(guān)于So的值的計(jì)算：①若弱透水層為無(wú)限長(zhǎng)，So＝0；②若弱透水層為有限長(zhǎng)，在弱透水層端部So＝0.441To。

若弱透水層的滲透系數(shù)沒(méi)有變化且為等厚的，只要遞推一次就可以推到堤前。如滲透系數(shù)或厚度有變化，則按不同滲透系數(shù)或不同厚度分段遞推。

求得S上、S下以后，即可用3－12式求出背水側(cè)弱透水層下各點(diǎn)的承壓水頭（見(jiàn)圖3—7）：

式中：S上為臨水側(cè)弱透水層等效長(zhǎng)度；S下為背水側(cè)弱透水層等效長(zhǎng)度；b堤底寬度；x為背水側(cè)計(jì)算點(diǎn)到背水堤腳的距離。

4.蓋重的計(jì)算

加蓋重以后，如果蓋重材料的滲透系數(shù)很大，通過(guò)弱透水層的滲透水能暢通排出，則可以不再核算。如果蓋重材料的滲透系數(shù)不是很大，則加蓋重后等效長(zhǎng)度加長(zhǎng)，應(yīng)重新計(jì)算，把蓋重段當(dāng)做一段來(lái)遞推。

蓋重所用材料的滲透系數(shù)，一般情況下與其下的弱透水層不同。若第n段弱透水層的滲透系數(shù)和厚度為kn、tn，首先把蓋重材料的k、t換算成與其下的弱透水層相同滲透系數(shù)的厚度t'1，，使t'=t'n+t'1。再以kn、t'n和前一段Sn－1為參數(shù)代入遞推公式計(jì)算，即：式中βn＝2AnLn

蓋重如做成梯形，可劃分成若干個(gè)階梯形等厚的段落，逐段遞推，分段越多越精確。

求得加蓋重的等效長(zhǎng)度以后，采用3－12式求得各點(diǎn)承壓水頭，核算蓋重段及蓋重后各段的滲透穩(wěn)定。圖3－7承壓水頭計(jì)算圖圖3－8蓋重計(jì)算圖四、除險(xiǎn)方案的滲透穩(wěn)定計(jì)算

滲透比降為沿滲流途徑的水頭變化率，當(dāng)滲透途徑為L(zhǎng)，滲透水頭差為h2－h(huán)1時(shí)，其滲透坡降J為：J=(h2-h1)/L

(3-13)

通過(guò)滲流計(jì)算可以獲得堤身和堤基的滲透比降J，若J小于土體的抗?jié)B允許坡降JB，則土體是滲透穩(wěn)定的，否則，表明土體不能滿足抗?jié)B穩(wěn)定要求，需要進(jìn)行加固處理。第四節(jié)除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)和施工

在第二節(jié)中，根據(jù)堤基工程地質(zhì)和地形的特點(diǎn)，對(duì)除險(xiǎn)加固措施的選擇進(jìn)行了介紹。本節(jié)對(duì)設(shè)計(jì)與施工的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行闡述。

一、反濾層的設(shè)計(jì)與施工

在導(dǎo)滲溝、貼坡反濾、減壓溝、減壓井等的設(shè)計(jì)中均有反濾層的設(shè)計(jì)問(wèn)題，為此專門(mén)進(jìn)行闡述。

（一）反濾層的用途

反濾層是排水設(shè)備的主要組成部分，其作用是濾土排水，防止?jié)B流逸出處遭受滲透破壞以及滲流造成的表面水流沖刷。對(duì)有承壓水的地層還起壓重作用。

（二）對(duì)反濾層的要求

(1)透水性應(yīng)大于被保護(hù)土，并能將滲透水流通暢排出；

(2)使被保護(hù)的土層不發(fā)生滲透變形；

(3)不致被細(xì)顆粒淤塞失效；

（三）反濾層的類型

劃分反濾層類型的目的主要是為了合理地確定反濾層數(shù)，因此只分兩種類型。

(1)Ⅰ型反濾：包括Ⅰa和Ⅰb型。其特點(diǎn)是反濾層位于被保護(hù)土層的下部，滲流方向主要由上向下（圖3－9）。如褥墊排水。

(2)Ⅱ型反濾：包括Ⅱa和Ⅱb型。其特點(diǎn)是反濾層位于被保護(hù)土層的上部，滲流方向主要由下向上（圖3－10）。如減壓溝的反濾層。

滲流方向近乎水平或傾斜向，反濾層近乎垂直或傾斜向的情況，屬于過(guò)渡型，如減壓井、貼坡反濾等，可歸為Ⅰ型。圖3－9Ⅰ型反濾圖3－9Ⅱ型反濾

（四）反濾層的設(shè)計(jì)內(nèi)容

反濾層的設(shè)計(jì)可分為保護(hù)無(wú)粘性土和保護(hù)粘性土兩大類，設(shè)計(jì)內(nèi)容有：

(1)確定反濾層的類型；

(2)根據(jù)濾土準(zhǔn)則，確定反濾層的級(jí)配或選擇土工織物產(chǎn)品。并據(jù)以選擇宜于作反濾層的天然料場(chǎng)或確定人工篩選的任務(wù)。

(3)對(duì)砂礫反濾料確定反濾層的厚度和層數(shù)；

(4)鑒定反濾料的透水性，對(duì)土工織物反濾層還應(yīng)鑒定淤堵性；

(5)有縱向滲流時(shí)，鑒定沿反濾層和被保護(hù)土層接觸面的沖刷穩(wěn)定性。

(五)砂礫料反濾層的設(shè)計(jì)與施工

1.反濾料的選擇

對(duì)于被保護(hù)土的第一層反濾料，建議用下列方法確定：D15/d85≤4～5D15/d15≥5式中：D15為過(guò)篩重量占15％時(shí)的反濾料粒徑，d85為過(guò)篩重量占85％時(shí)的被保護(hù)土的顆粒直徑；d15為過(guò)篩重量占15％時(shí)的被保護(hù)土的顆粒粒徑。

當(dāng)選擇第二、三層反濾料時(shí)，可同樣按以上方法確定。但選擇第二層反濾時(shí)第一層反濾為被保護(hù)土，選擇第三層反濾時(shí)第二層反濾為被保護(hù)土。

對(duì)以下情況，建議作某些簡(jiǎn)化后仍可以用上述方法初步選擇反濾料，然后再通過(guò)試驗(yàn)確定。

(1)對(duì)不均勻系數(shù)η較大的被保護(hù)土，可取η≤5～8的細(xì)粒部分的d85為計(jì)算粒徑。對(duì)不連續(xù)級(jí)配土，應(yīng)取級(jí)配曲線平段以下（一般是1～5毫米以下）的粒組的d85。

（2）對(duì)不均勻系數(shù)η＞5～8的砂礫石作為第一層反濾時(shí)：①選用小于5毫米以下的細(xì)粒部分的D15作為計(jì)算粒徑；②要求大于5毫米的礫石含量應(yīng)≤60％。（3）不能用上述方法確定的反濾料應(yīng)通過(guò)反濾試驗(yàn)確定。

2.反濾層厚度的確定

反濾層的厚度應(yīng)根據(jù)反濾料的級(jí)配、料源、用途、施工方法等情況綜合考慮確定。水平反濾層的最小厚度可采用30cm，垂直或傾斜反濾層的最小厚度可采用50cm。采用推土機(jī)平料時(shí)，最小水平寬度宜不小于3.0m。

3.施工要求

反濾料應(yīng)具有要求的級(jí)配，且小于0.1毫米的顆粒含量不大于5％，并有要求的透水性。質(zhì)地應(yīng)致密堅(jiān)硬，具有高度的抗水性和抗風(fēng)化能力，風(fēng)化料一般不能用作反濾料，如必須應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分論證。反濾料宜盡量利用天然砂礫料篩選，在缺乏天然砂礫料時(shí)，也可以采用人工砂石料，但應(yīng)選用抗水性和抗風(fēng)化能力強(qiáng)的母巖軋制。

鋪反濾層前應(yīng)采用挖除法將基面整平，對(duì)個(gè)別低洼處采用與基面相同的土料或第一層反濾料進(jìn)行填平。鋪筑時(shí)應(yīng)由底部向上逐層鋪設(shè)，并保證層次清楚，互不混雜，不得從高出順坡傾倒，以免發(fā)生填筑分離。對(duì)反濾層必須進(jìn)行壓實(shí)，在施工中應(yīng)防止雨水沖泥等污染反濾料。

（六）土工織物反濾層的設(shè)計(jì)

由于土工織物具有良好的過(guò)濾性和透水性，比傳統(tǒng)的砂礫反濾料有很多優(yōu)點(diǎn)，因此在反濾排水工程中得到廣泛應(yīng)用。

1.設(shè)計(jì)考慮

(1)濾土準(zhǔn)則

為保證被保護(hù)土的顆粒不被滲流帶出土工織物，應(yīng)滿足：

粗粒土：O95≤d85

粘粒土：O95≤210μm

式中：O95為篩余率95%時(shí)的土工織物孔徑；d85為過(guò)篩重量占85％時(shí)的被保護(hù)土的顆粒直徑。

（2）滲透準(zhǔn)則

為保證滲流能夠暢通地通過(guò)土工織物，應(yīng)滿足：O90>d15、kg>10ks式中：O90為篩余率90％時(shí)的土工織物孔徑；d15為過(guò)篩重量占15％時(shí)的被保護(hù)土的顆粒直徑；kg為土工織物的滲透系數(shù)；ks為被保護(hù)土的滲透系數(shù)。

（3）防淤堵準(zhǔn)則（梯度比準(zhǔn)則）

為防止土工織物被淤堵，應(yīng)滿足：GR〈3式中：GR為梯度比，應(yīng)通過(guò)梯度比試驗(yàn)確定。

（4）、透水料的粒徑、尺寸應(yīng)滿足暢通排水的條件。

2.料和施工要點(diǎn)

（1）土工織物濾層必須和透水料一起使用才能形成反濾排水體。透水料應(yīng)不帶尖角，以免頂破土工織物，透水料的粒徑和厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）鋪設(shè)前應(yīng)對(duì)土工織物進(jìn)行質(zhì)量復(fù)檢，如材質(zhì)是否均勻，強(qiáng)度、滲透和抗淤堵性能等是否滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）鋪設(shè)時(shí)應(yīng)避免土工織物折疊、打皺等。幅間搭接宜采用專用設(shè)備縫合，搭接寬度不小于5cm。

（4）鋪設(shè)時(shí)應(yīng)避免土工織物破損，一旦發(fā)現(xiàn)，應(yīng)予剔除廢棄，不得使用。同時(shí)還應(yīng)避免泥土或雜物弄贓土工織物，以免影響滲透效果。

（5）土工織物應(yīng)得到有效保護(hù)，施工時(shí)防止被陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間照射，以防老化。

二、堤身除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)與施工

堤身滲透破壞的除險(xiǎn)加固措施主要有：臨水坡斜墻防滲、堤身垂直防滲、貼坡排水、透水后戧（壓浸臺(tái)）、水平排水等，對(duì)堤身缺陷可以采用回填或灌漿的辦法進(jìn)行處理。

（一）防滲斜墻

1.設(shè)計(jì)考慮

對(duì)臨水側(cè)有鋪蓋或地基有垂直防滲的情況，斜墻應(yīng)與其連成一體，構(gòu)成完整的防滲體系，以提高防滲效果。

斜墻的尺寸應(yīng)根據(jù)散浸的范圍、出滲點(diǎn)的高度和滲水的嚴(yán)重程度經(jīng)計(jì)算確定，長(zhǎng)度至少超過(guò)滲水段兩端各5m，高度應(yīng)超過(guò)設(shè)防水位0.5～1.0m。

對(duì)粘土斜墻，垂直于堤坡方向的厚度為1～2m，坡度與原堤身相當(dāng)或稍緩。為防止粘土斜墻干裂、凍裂和其它侵害的影響，應(yīng)設(shè)壤土保護(hù)層，一般情況，保護(hù)層高于墻頂1.0～1.5m，垂直堤坡方向的厚度為0.8m。粘土斜墻斷面示意圖參見(jiàn)第二章。

如果缺乏粘土材料，可以用土工膜作隔滲層建造斜墻。土工膜應(yīng)滿足強(qiáng)度、抗腐蝕和抗老化等要求。土工膜應(yīng)設(shè)置保護(hù)層。斷面示意圖參見(jiàn)第二章。

2.從施工考慮

施工時(shí)應(yīng)首先清除邊坡和坡腳附近的雜草、樹(shù)木等雜物，清除厚度10～20cm，并適當(dāng)整平。

斜墻應(yīng)選用粘性較大的土料且不得含植物根莖等雜質(zhì)，填筑壓實(shí)度應(yīng)不小于0.94，含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3％。

當(dāng)用土工膜作隔滲層建造斜墻時(shí)，土工膜幅間的拼接應(yīng)采取焊接或粘接方式，確保施工質(zhì)量，并注意施工中不要損壞土工膜。另外還需保證土工膜與堤身牢固接合，并采取防止生物破壞的措施。詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)第二章。

（二）堤身垂直防滲

垂直防滲的位置宜布置在臨水堤腳或堤頂盡量靠近臨水側(cè)，并與堤身防滲體連成一體。根據(jù)近幾年的實(shí)踐，比較經(jīng)濟(jì)合理有效的堤身垂直防滲技術(shù)有：錐探灌漿、劈裂灌漿、和垂直鋪塑等。設(shè)計(jì)和施工的有關(guān)細(xì)節(jié)參見(jiàn)第五章。

1.錐探灌漿

在堤頂采用梅花形方式布孔并進(jìn)行充填灌漿。實(shí)踐證明，錐探灌漿是處理堤身隱患的一個(gè)比較有效的方法，但由于鉆孔數(shù)量多往往造價(jià)較高。

2.劈裂灌漿

沿堤頂軸線單排布孔，利用灌漿壓力將堤身沿其走向劈開(kāi)并灌漿，從而在堤身內(nèi)沿其走向形成一厚度10cm左右的防滲幕。同時(shí)還具有壓密堤身和充填洞穴的作用，可獲得事半功倍的效果。該方法已經(jīng)在許多堤防和土壩中得到應(yīng)用，效果明顯。

3.垂直鋪塑

在堤頂沿大堤走向用開(kāi)槽機(jī)在堤身內(nèi)垂直成槽，然后鋪設(shè)土工膜并用粘土漿回填，從而達(dá)到降低堤身滲流量和浸潤(rùn)線的目的。該方法已經(jīng)在黃河大堤上采用并取得較好的效果。

（三）貼坡排水

為避免滲水對(duì)堤坡的沖刷和滲流出口發(fā)生流土破壞，可以采用貼坡反濾進(jìn)行處理。施工時(shí)應(yīng)清除堤坡表面的草皮、雜物，清除深度10～20cm，貼坡反濾的高度應(yīng)高出最高的滲流出逸點(diǎn)0.5～1.0m，長(zhǎng)度應(yīng)超出散浸堤段兩端至少3m。根據(jù)反濾材料不同，有以下兩種方法可供選用：

1.砂礫料貼坡排水

砂礫料貼坡排水的各層厚度如圖3－11所示。褥墊排水的設(shè)計(jì)、材料的選用、反濾層鋪設(shè)施工等的有關(guān)細(xì)節(jié)，請(qǐng)參見(jiàn)反濾層的設(shè)計(jì)與施工。

2.土工織物貼坡排水（圖3－12）

在清理好的堤坡上先鋪滿足反濾要求的土工織物，機(jī)械縫合的搭接寬度不小于5cm，然后再鋪一般的透水料，厚度大于40～50cm，最后用上壓石塊保護(hù)。圖3－11砂礫料貼坡排水示意圖圖3－12土工織物反濾層貼坡排水示意圖

（四）透水后戧（圖3－13）

亦稱透水壓浸平臺(tái)。它既能防止散浸造成的滲透破壞，又能加大堤身斷面從而達(dá)到穩(wěn)定堤坡的目的。一般適用于散浸嚴(yán)重、堤身斷面單薄、背水坡較陡、外灘狹窄的情況。

透水后戧應(yīng)采用比堤身透水性大的材料填筑，高度應(yīng)高出滲水的最高出逸點(diǎn)0.5～1.0m，頂寬2～4m，坡度1:3～1:5，長(zhǎng)度應(yīng)超出散浸堤段兩端各5m。戧體材料滲透性大斷面可小一些，相反則應(yīng)大一些。當(dāng)?shù)躺磔^高時(shí)可采用兩級(jí)或多級(jí)戧臺(tái)。

施工時(shí)應(yīng)清除堤坡上的草皮和雜物，清除深度10～20cm。填筑戧體時(shí)應(yīng)進(jìn)行壓實(shí)，相對(duì)密度不小于0.65。圖3－13透水后戧示意圖

（五）水平排水

這種方法只有在堤壩加高培厚和增設(shè)壓滲臺(tái)時(shí)才可能應(yīng)用。水平排水不但可以降低堤身的浸潤(rùn)線，對(duì)透水堤基還可以有效降低堤基的出逸比降，但會(huì)使堤基的滲流量有所增加。采用水平排水可以減小壓滲戧臺(tái)的工程量，如圖14所示。圖3－14水平排水的效果示意圖

水平排水的長(zhǎng)度、厚度應(yīng)根據(jù)滲流計(jì)算來(lái)確定。

當(dāng)采用砂礫料做水平排水體的材料時(shí)，材料的選擇和施工要求應(yīng)按照反濾層的設(shè)計(jì)和施工要求嚴(yán)格執(zhí)行。

當(dāng)采用土工織物做反濾層時(shí)，采用一般的透水材料即可。但土工織物的選擇與施工必須按照反濾層的設(shè)計(jì)與施工要求嚴(yán)格執(zhí)行。

（六）堤身洞穴的開(kāi)挖回填（圖3－15）

對(duì)埋藏較淺的洞穴可以用開(kāi)挖回填的辦法進(jìn)行處理。施工時(shí)先將洞穴內(nèi)的松土挖出，然后分層填土夯實(shí)，直到填滿洞穴、恢復(fù)堤身原狀為止。如洞穴位于臨水側(cè)，須采用透水性小于原堤的土料進(jìn)行回填，如位于背水坡，宜采用透水性能不小于原堤身的土料進(jìn)行回填。圖3－15陷坑與洞穴的除險(xiǎn)加固示意圖

（七）堤身除險(xiǎn)加固的其它方法

對(duì)埋藏較深的洞穴和其它隱患（接觸界面、堤身疏松等）可以采用充填和劈裂等灌漿方法進(jìn)行除險(xiǎn)加固。有關(guān)內(nèi)容參見(jiàn)第五章。

三、堤基除險(xiǎn)加固工程的設(shè)計(jì)與施工

堤基除險(xiǎn)加固的措施有：臨水側(cè)防滲鋪蓋、垂直防滲、背水側(cè)壓滲蓋重、排水減壓溝和減壓井等。

（一）臨水側(cè)防滲鋪蓋

如果封閉式垂直防滲幕墻不盡合理，背水側(cè)又無(wú)條件做壓滲蓋重，而臨水側(cè)有穩(wěn)定的外灘時(shí)，可以采用臨水側(cè)防滲鋪蓋來(lái)減小背水側(cè)堤基的出逸比降和地基滲流量，但其效果有一定限度。對(duì)近似均質(zhì)透水堤基，臨水側(cè)鋪蓋的效果比較明顯，當(dāng)表層地層的滲透系數(shù)小于深部地層較多時(shí)，臨水側(cè)鋪蓋的效果將降低。

1.設(shè)計(jì)考慮

采用臨水側(cè)防滲鋪蓋時(shí)，一般應(yīng)結(jié)合背水側(cè)的滲流控制措施，如壓滲蓋重和減壓溝或減壓井，以達(dá)到有效控制堤基滲流、防止管涌破壞和經(jīng)濟(jì)合理的目的。臨水側(cè)防滲鋪蓋的效果取決于其長(zhǎng)度、厚度和垂直向的滲透系數(shù)，并與堤基土體的分層性及滲透性有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，并應(yīng)滿足地基、鋪蓋以及鋪蓋與地基之間的滲透穩(wěn)定要求。當(dāng)利用天然弱透水層作為防滲鋪蓋時(shí)，應(yīng)查明天然弱透水層及下臥透水層的分布、厚度、級(jí)配、滲透系數(shù)和允許滲透比降等情況，在天然鋪蓋不足的部位應(yīng)采用人工鋪蓋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。在缺乏防滲土料的地區(qū)可以用土工膜做防滲材料，但土工膜的上部必須設(shè)置保護(hù)層。

鋪蓋土料應(yīng)具有一定的防滲性能，通常其滲透系數(shù)最好不大于1×10－5cm/s，如果滲透系數(shù)過(guò)大，即使加長(zhǎng)鋪蓋其防滲效果也不會(huì)有大的增加。鋪蓋應(yīng)采用不等厚形式，遠(yuǎn)離堤腳處應(yīng)薄一些，但不應(yīng)小于0.5～1.0m

鋪蓋設(shè)計(jì)時(shí)，一般先根據(jù)凈水頭和堤基的允許水力比降初步確定所需的等效長(zhǎng)度，然后通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較選擇鋪蓋的長(zhǎng)度、厚度和鋪蓋的滲透系數(shù)，最后對(duì)鋪蓋本身的滲透穩(wěn)定性進(jìn)行校核。對(duì)粉質(zhì)壤土修筑的鋪蓋，其允許水力比降為4～6。有關(guān)鋪蓋滲流計(jì)算的詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考有關(guān)資料。

2.施工考慮

當(dāng)已經(jīng)存在不透水的天然鋪蓋時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)檢查，看是否存在缺失區(qū)、樹(shù)根孔洞、塌坑等通向透水地基的滲流通道，如果有，應(yīng)采用不透水材料進(jìn)行充填或覆蓋。外灘取土必須在鋪蓋長(zhǎng)度范圍以外，以保證鋪蓋的整體防滲功能。鋪蓋施工應(yīng)采用分層鋪筑的方法，依靠運(yùn)輸與攤鋪機(jī)械的行使壓實(shí)。鋪蓋與堤身防滲斜墻連接處宜選用相同的材料。

（二）垂直防滲

垂直防滲特別適用于地基透水層較薄、隔水層較淺的情況，此時(shí)可以做成封閉式防滲幕墻，堤基的滲流量和揚(yáng)壓力可以得到有效控制，從而可以達(dá)到根治堤基滲透破壞的目的（圖3－16）。對(duì)雙層或多層透水地基且透水層較深的情況，懸掛式垂直防滲幕墻的效果很差（圖3－17），封閉式垂直防滲難度大且造價(jià)太高，不宜采用。對(duì)多層地基且存在淺層弱透水層的情況（圖3－18），可以考慮半封閉式垂直防滲，但必須在勘察資料充分并經(jīng)滲流計(jì)算充分論證后方可采用。垂直防滲應(yīng)布置在臨水堤腳或堤頂靠臨水側(cè)。圖3－16封閉式垂直防滲墻的滲流控制效果單位：m圖3－17懸掛式垂直防滲墻的滲流控制效果單位：m圖3－18半封閉式垂直防滲墻的滲流控制效果單位：m實(shí)線：有防滲墻時(shí)的浸潤(rùn)線和10%水頭間隔的等勢(shì)線虛線：無(wú)防滲墻時(shí)的浸潤(rùn)線和10%水頭間隔的等勢(shì)線

江西宜春地區(qū)贛東大堤雞婆畬險(xiǎn)段，堤基表層為厚2m左右的土層，其下為透水砂層和砂卵石層，厚約12m，其下為基巖，98年汛前經(jīng)用射水法做混凝土防滲墻后，解決了久治不愈的堤基管涌問(wèn)題。另外哈爾濱大堤采用高噴灌漿方法做垂直防滲，效果也很好。

垂直防滲幕墻可以采用射水法、鋸槽法、輪銑法、高噴灌漿等成墻技術(shù)進(jìn)行施工。詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)第五章。

（三）背水側(cè)壓滲蓋重

當(dāng)沒(méi)有必要采用封閉式垂直防滲幕墻或其造價(jià)太高時(shí)，可以采用背水側(cè)壓滲蓋重的方法，來(lái)防止堤基滲流對(duì)表土層的滲透破壞。如果所需蓋竽太長(zhǎng)，應(yīng)考慮與減壓溝井聯(lián)合使用的方法。其他的背水側(cè)滲流控制措施，對(duì)堤身高度較大的情況，可以設(shè)置兩層壓滲蓋重平臺(tái)。這種方法在堤防工程中廣為應(yīng)用，效果明顯。

壓滲蓋重的形式很多，可以由不透水的變換到完全自由排水的。其形式的選擇，取決于材料的料源及每種形式的費(fèi)用大小。1.設(shè)計(jì)考慮

（1）對(duì)均質(zhì)透水堤基且背水側(cè)沒(méi)有天然鋪蓋的情況（圖3－19），是否需要設(shè)置背水側(cè)壓滲蓋重，可以根據(jù)布萊蠕變比進(jìn)行近似判斷。圖3－19布萊蠕變比計(jì)算示意圖

CB=(X1+L+X)/h式中：CB為布萊蠕變比；X1為鋪蓋的有效長(zhǎng)度（m）；L為大堤底寬（m）；X為背水壓滲蓋重戧體的寬度（m）；h為大堤的凈水頭（m）。

布萊蠕變比的允許最小值列于表3－5。如果蠕變比大于該最小值就不需要設(shè)置背水壓滲蓋重。如果蠕變比低于最小值，則需要背水壓滲蓋重，其寬度應(yīng)使蠕變比高于所允許的最小值。但應(yīng)注意，壓滲蓋重宜采用比地基透水性大的材料修建，其厚度應(yīng)滿足不發(fā)生滲透破壞的要求。表3－5建于透水地基上的堤防的最小布萊蠕變比堤基材料布萊蠕變比最小值極細(xì)砂或粉土細(xì)到中砂粗砂小礫石或砂與礫石1815129

當(dāng)?shù)袒蓭追N不同地層組成時(shí)，需轉(zhuǎn)化為具有某一有效厚度與滲透系數(shù)的單一土層，然后應(yīng)用上述公式進(jìn)行計(jì)算。

（2）對(duì)背水側(cè)有天然鋪蓋的情況，背水側(cè)壓滲蓋重的厚度應(yīng)能夠使蓋重末端的剩余水頭小于容許值，并使各處的滲透比降不至引起滲透變形，且隆起的安全系數(shù)K至少為2.0，其厚度計(jì)算如圖3—20所示，計(jì)算公式為：Ti=[Khiρi-(Gs-1)(1-n)T1ρw]/ρ圖3－20蓋重計(jì)算示意圖式中：Ti為i處的蓋重厚度（m）；hi為根據(jù)滲流計(jì)算求得的i處的表土層的承壓水頭（m）；Gs為表土層的比重；n為表土層的孔隙率；T1為表層土的厚度（m）；ρ為蓋重土的密度（kN/m3）；ρW為水的密度（kN/m3）；K為安全系數(shù)，流土的安全系數(shù)為2.0。

必須指出，蓋重的寬度除進(jìn)行必要的計(jì)算外，應(yīng)重視對(duì)歷史險(xiǎn)情的實(shí)地調(diào)查，蓋重通常應(yīng)不小于歷史險(xiǎn)情出現(xiàn)的范圍，并應(yīng)根據(jù)具體地形地質(zhì)條件和堤防的重要程度選用。一般至少為50m，但也不應(yīng)超過(guò)200m。根據(jù)長(zhǎng)江荊江大堤的經(jīng)驗(yàn)，控制寬度為200m，此寬度可控制歷史管涌險(xiǎn)情的90％以上，對(duì)堤外有民垸的寬灘堤段，控制寬度為100m。長(zhǎng)江安徽同馬大堤、江西贛江贛東大堤的蓋重寬度為100m。黃河堤防背水側(cè)放淤固堤寬度，險(xiǎn)工段為100m，平工段為50m。

2.施工考慮

堤防背水側(cè)壓滲蓋重的施工可因地制宜，可以采用不透水直到透水的材料。用弱透水材料修建蓋重時(shí)應(yīng)分層鋪填，并依靠運(yùn)輸或攤鋪機(jī)械的行駛壓實(shí)。用砂筑成的蓋重，現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)相對(duì)密度應(yīng)不小于65％，在堤坡與蓋重的交界附近，應(yīng)采取適當(dāng)措施避免堤坡上的沖刷物淤塞戧體。

在近幾年的堤防工程實(shí)踐中，采用吹填（長(zhǎng)江）和放淤固堤（黃河）的方法取得了成功，既加固了大堤，又對(duì)河道起到了一定的清淤作用，造價(jià)也相對(duì)較低，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

（四）排水溝

排水溝比較適用于：雙層結(jié)構(gòu)、表土層較薄、下臥透水層較均勻的地基，透水性均勻的單層結(jié)構(gòu)地基以及上層透水性大于下層的雙層結(jié)構(gòu)地基。參見(jiàn)附錄中的實(shí)例7。

1.設(shè)計(jì)考慮

在理論上，排水溝的位置應(yīng)盡量靠近堤腳，這樣其排水效果最好。但出于堤防搶險(xiǎn)的安全性考慮，排水溝一般要與背水側(cè)壓滲蓋重聯(lián)合使用，此時(shí)排水溝應(yīng)布置在蓋重的端部。排水溝的幾何尺寸取決于預(yù)計(jì)的滲流量、期望的滲流控制效果、施工的實(shí)際情況以及排水溝開(kāi)挖地點(diǎn)的材料穩(wěn)定性，并且要挖穿表層弱透水層。同時(shí)排水溝的周邊應(yīng)設(shè)置反濾排水層，以防排水溝發(fā)生滲透破壞。排水溝的滲流控制效果應(yīng)通過(guò)理論或數(shù)值計(jì)算確定，請(qǐng)參考有關(guān)資料。

2.施工考慮

在排水溝的施工中，應(yīng)對(duì)反濾料及反濾層的施工提出嚴(yán)格要求，嚴(yán)格按反濾料的級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)選擇反濾料，并按反濾料的施工要求進(jìn)行施工。在鋪填反濾料時(shí)，必須防止由降雨沖刷引起的淤塞。

（五）排水減壓井

減壓井比較適用于表土層和透水層均較厚的雙層堤基、多層堤基以及含水層成層性顯著或透鏡體較多的地基。此時(shí)采用封閉式垂直防滲幕墻成本太高或不可能，懸掛式垂直防滲效果很差，減壓溝由于開(kāi)挖較深也不宜采用。當(dāng)然