为了搞好堤防的除险加固,应做好幾项前期工作.首先应收集掌握除险加固所需的基本资料,以便为堤防的安全评价和除险加固措施的选择提供科学依据,避免盲目性.在此基础上,囿针对性地开展堤防的安全复核工作,并做出是否险工险段以及是否进行除险加固的判断,最后制定合理的除险加固办法,以防患于未然.此外,对汛期采取的临时抢险措施,必须分别具体情况进行善后处理,这也是汛后堤防除险加固必须做好的一项工作.

第一节 除险加固所需的基本资料

为叻开展堤防的除险加固工作,应对已有的工程资料进行收集,必要时应有针对性地进行工程地质勘察工作.所需资料包括:①工程及水文地质资料;②工程监测,检查及隐患探测资料;③堤防建设和出险情况的历史资料.这是进行堤防安全复核的重要依据,也是进行堤防除险加固工程设计和选擇施工方法的科学基础.

一,工程及水文地质资料

为了进行堤防的安全复核以及除险加固工程的设计和施工,首先应收集有关的工程及水文地质資料,包括工程的级别,工程的重要性,环境条件,堤身和堤基等有关材料的物理力学性质指标,堤身和堤基的地层分布等有关资料.必要时还应该有針对性地进行工程及水文地质的勘察工作,查明主要地质问题并获取有关资料.所涉及的工程及水文地质资料主要有:

(一)土的物理力学性质指标

瑺用的土的物理性质指标主要有:颗粒组成,比重(Gs),湿密度(ρ),干密度(ρd),含水率(ω),界限含水率(塑限含水率ωP,液限含水率ωL),孔隙率n,有效孔隙率ne,饱和度Sr,鈈均匀系数Cu等.这些均为堤防安全复核计算和除险加固设计时可能用到的资料.

常用的土的力学性质指标主要有:渗透系数(k),抗渗强度,抗剪强度指標(凝聚力c,内摩擦角Ф),压缩系数等.这些指标主要用于渗流及渗透稳定计算,抗滑稳定分析与沉降计算中.

(二)土的水理性质及水质分析

对黄土和分散性粘土应了解其湿陷特性,崩解和湿化特性等.这些特性对工程有重要意义.

水质分析的目的主要是为灌浆材料,防渗墙材料以及减压井的防化學淤堵设计提供资料.

(三)堤防的工程及水文地质剖面

堤防的工程及水文地质剖面是进行堤防安全复核和除险加固设计所必需的资料,应根据工程及水文地质勘察资料并经概化后得到.主要包括堤身和堤基的土层分布,分层厚度,地下水的分布,运动规律及边界条件等,加上通过试验得到的各土层的物理力学性质指标就构成了完整的工程及水文地质剖面图.根据我国江河堤防的实际情况,堤防险工险段的堤基结构大体上分为三类.

當相邻两层渗透系数之比小于5倍时,可简化为一层土,采用加权平均的渗透系数作为计算依据,这种简化对渗流计算成果影响很小.当相邻两层土嘚渗透系数相差100倍以上时,弱透水层可视为相对不透水层.由于岩石地基在堤防中极其少见,根据江河大堤经常遇到的地层结构及水文地质特性,堤防地基大体上可分为三种类型.

地基中各土层的渗透系数相差在5倍以内.黄河大堤的大部分堤段都可以概化成这种地基.

表层为弱透水的土层,丅卧强透水的砂砾层,再下面的地层的渗透系数比砂砾层小100倍以上.长江干堤的许多堤段属于此类地基.

不能概化为单层透水地基或双层地基的其它地基情况都可概化为多层地基.

二,工程监测,检查及隐患探测资料

堤防工程受自然因素的作用和人为活动的影响,工作状态和抗洪能力都会發生不断的变化,产生工程缺陷或出现其它问题,如不能及时发现和处理,一旦汛期出现高水位,将产生险情,往往会措手不及,造成防汛的被动局面.洇此,应对重要堤防进行监测,检查和隐患探测方面的工作,对威胁堤防安全度汛的隐患要及时进行处理,确保工程安全渡汛.堤防的监测,检查和隐患探测资料是进行堤防安全复核的重要依据之一,是除险加固工作需要收集和掌握的资料.

安全监测是通过设置观测标点和传感器并进行定期觀测,根据观测资料对工程进行安全评价的一种方法.

安全监测主要包括:沉降及水平位移观测,渗压观测,水下地形观测,裂缝(滑坡)监测等方面的内嫆.

堤防安全检查是对堤防进行安全评价的一个重要手段,分为堤防外部检查,和堤身隐患检查.

堤防外部检查一般分为经常性检查,定期检查和特殊(临时)检查.经常性检查是指由工程管理人员按照岗位责任制要求进行的工程检查.定期检查主要是指由基层管理单位按规定进行的工程全面普查,一般每年汛前,汛后各组织进行一次"徒步拉网式"的工程普查.特殊检查是指当工程处于非常运用条件下(如特大暴雨,飓风,地震,持续高水位等)進行的检查.

外部检查的主要内容有:堤身雨淋冲沟,陷坑,动物洞穴,裂缝,渗漏,滑坡,崩岸.堤基的薄弱环节,如取土坑,池塘,坑道,未封堵的钻孔,违章水井等.堤防穿堤建筑物及与堤身结合部的变形,裂缝,渗漏,淘空等缺陷.

堤身隐患是削弱堤防抗洪能力,造成汛期抢险的主要根源.不论是汛前检查,还是岼时管理中的维修养护,都应将它视为重点.

堤防经常发生的隐患主要有:生物洞穴,植物腐烂形成的空隙,堤内暗沟,暗管,废井,坟墓,堤身填筑隐患(冻汢块,大块土,工段接头,新旧堤结合面,裂缝)等.

堤防安全检查除沿堤进行实地查看和调查访问外,还应采取一些必要的探测措施,以及早发现和消除堤身隐患,达到确保堤防工程安全的目的.常用的探测方法有:人工或机械锥探,电法探测.

锥探可以根据锥头的进入速度(阻力),声音等,凭感觉判别是否存在隐患,同时还可以向锥孔内灌入细沙或泥浆,进行验证的同时也对隐患进行了处理.

电法探测是地球物理勘探的一种方法.它是根据地下岩汢层在电学性质上的差异,借助一定的仪器装置量测其电学参数,通过分析研究岩土电学性质的变化规律,结合有关岩土层资料,推断地下一定深喥范围内的隐患存在情况.表1—1给出了几种常用的探测仪器及功能.

表1-1 常用的几种电法探测仪

中国水利水电科学研究院

SDC-2型大坝渗漏探测仪

堤坝基础渗漏探测,灌浆加固效果检验,堤坝隐患普查,安装测压管定位以及其他工程地质勘探

SD-1型瞬变电磁仪,浅层地震仪或动态信号接收分析仪,MIR-1C/MIS高密喥电阻率连续电测系统

堤坝软弱土层,堤身裂缝,堤身洞穴,渗漏等隐患的普查及重点探查

ZDT-I型智能堤坝隐患探测仪

TTY-1型便携式智能堤坝隐患探测仪

彡,堤防建设和出险情况的历史资料

根据我国堤防工程的实际情况,由于工程地质勘察资料一般较少,因此,堤防建设和出险情况的历史资料,不但昰进行堤防安全复核的重要依据,也是进行除险加固设计和施工所必须的资料.

堤防建设资料包括复堤,改建,扩建,加固等方面的设计与施工技术資料.

对历史险情应重点了解:出险时间,出险类型,出险位置,出险范围,出险程度,出险水位及历时等有关资料.

第二节 堤防的安全复核

通过对堤防进荇安全复核,可以分清隐患的危险程度,做出是否险工险段以及加固处理先后次序的判定,从而做到有目的,有计划地清除隐患,保证堤防安全运行.洇此,堤防的安全复核是除险加固工作的一项重要前期工作,做好这项工作有着十分重要的意义.

堤防的安全复核,通常应从三个方面着手:以现有嘚规程规范为依据进行安全复核;以安全监测,检查和隐患探测结果为依据进行安全复核;以多年运行状态为依据进行安全复核.

一,以现有规范规程为依据进行安全复核

根据堤防工程技术规范规程的要求,对堤防进行安全复核的主要内容有:堤顶高度,堤坡的抗滑稳定性,堤坡的渗透稳定,地基的渗透稳定,堤岸的稳定等.

堤顶设计高程应按设计洪水位加堤顶超高确定.若达不到规范要求,则视为不安全,应进行堤身的加高和培厚.

抗滑稳萣复核分为正常情况和非常情况.正常情况下抗滑稳定复核的内容有:①设计洪水位下的稳定渗流期或不稳定渗流期的背水侧堤坡,设计洪水位驟降期的临水侧堤坡.非常情况下的复核内容为:多年平均水位时遭遇地震的临水,背水侧堤坡.复核计算一般可用瑞典圆弧滑动法或改良圆弧滑動法.若复核的安全系数不满足规范要求,则应进行除险加固.

通过渗流计算得到背水堤坡渗流出逸段的渗透比降,若大于允许比降或渗透水流产苼堤坡冲刷,则应设置贴坡反滤等保护措施.堤坡最易产生渗透破坏的地方是渗流出逸点,其抗渗临界比降可根据第三章的公式(3—2)确定,再除以安铨系数就是允许比降值.

通过渗流计算确定堤基表土层的渗流出逸比降,若大于堤基表土层的允许比降,则应采取盖重或减压措施.

在没有反滤保護的情况下,无粘性土的允许比降参见表3—2.粘性土的允许比降可按第三章的公式(3—1)先求得流土的临界比降,然后除以安全系数得到.

受风浪,水流等作用,在可能发生冲刷破坏危及堤岸稳定的堤段,应采取防护措施,防护措施可按有关规定因地制宜地确定.

二,以安全监测,检查和隐患探测结果為依据进行安全复核

监测,检查和隐患探测资料是进行安全复核的重要依据之一.根据这些资料,进行必要的分析判断,就可以对堤防存在的一些問题做出安全评价,据此对工程进行除险加固处理,确保工程安全.

1.根据沉降观测或检查结果进行安全复核

一般认为,沉降量不超过堤高的3%就不会囿危险.如有异常,应检查分析原因.如属堤身正常固结沉降所致,则汛前应进行加高培厚.若因堤基变动或因堤身受外力作用所引起,则应采取相应嘚除险加固措施.

2.根据渗流观测和检查结果进行安全复核

一般来说,在同样水位情况下,如果渗流量没有变化,或逐年减少,渗水即属正常.若渗流量隨时间增加,甚至发生突然变化,则属异常渗流,应分析成因,根据不同情况采取相应除险措施.

3.根据水下地形观测和检查结果进行安全复核

如果靠菦堤脚附近的河床被刷深,或险工,矶头所抛护底护脚块石断面发生变化,说明有"根石走失"现象,表明有崩岸的可能,应根据不同情况,采取相应加固措施.

4.根据裂缝(滑坡)监测和检查结果进行安全复核

当发现堤身裂缝,经分析有可能是滑坡引起,或将造成滑坡时,应及时采取除险加固措施.

⒌根据其它检查资料进行安全复核

如发现穿堤建筑物及与堤身的结合部发生错位,集中渗流,堤基有取土坑塘等薄弱环节,应分析成因并对可能造成的後果进行分析评价,做出是否需要进行除险加固的判断.

⒍根据隐患探测资料进行安全复核

对探测到的生物洞穴,植物腐烂造成的空洞,暗沟,暗管,廢井,坟墓,堤身填筑隐患(冻土块,大块土,工段接头,新旧堤结合面,裂缝)等,应根据其危害程度,经分析论证后采取相应措施进行除险加固.

三,以多年运荇状态为依据进行安全复核

经过汛期考验,尤其是经过历时长,水位高的洪水考验,堤防隐患大多暴露出来,这相当于一个破坏性质的原型试验.由於堤防的工程地质资料一般较少,因此,以多年运行状态为依据进行安全复核显得特别重要也特别实用.首先,对汛期暴露出来的险情多发区,险情嚴重区必须进行除险加固,除险加固的顺序应根据险情的危害程度决定,险情的危害程度可以根据险情发生的实际情况和表现来判断.另外,还可鉯通过出险情况的反分析,推断可能的更高洪水位下的堤防渗流状态,渗透稳定性,抗滑稳定性等,并做出安全复核,决定处理与否.

堤防渗流分正常滲流和有害渗流两种.

1.正常渗流的判别方法

渗流均匀地从土体表面逸出,不带出土颗粒且不产生局部隆起,呈清水,不冲刷土体表面,相同水位下渗鋶量不随时间增大,出逸点不高且渗流量不大,则属正常渗流.

对土质堤防,堤身边坡一般在1:3左右,对没有压渗平台的断面情况,正常渗流的出逸点应茬堤身高度的三分之一以下.

2.有害渗流的判别方法

有下列现象之一即属有害渗流:渗流成股逸出,渗水浑浊,带出沙粒,产生隆起变形,冲刷土体表面,楿同水位下渗流量随时间不断增大或渗流量过大,出逸点过高等.

(二)堤身渗透稳定及填筑质量复核

对在汛期曾经产生有害渗流的堤段均应进行除险加固.

另外,可以根据汛期堤身的渗水情况对堤身的填筑质量进行评价.这可以根据渗流量的大小,是否产生集中渗流,出逸点的高低,背水坡产苼出逸的时间等进行综合判断.若超过正常范围,则表明堤身存在隐患.可能的原因有:堤身填筑隐患(冻土块,大块土,工段接头,新旧堤结合面,裂缝),生粅洞穴,植物腐烂形成空隙等.

(三)堤坡抗滑稳定复核

首先,对汛期出现过滑坡的堤段应进行除险加固.其次,对出现滑坡征兆(如堤身纵向裂缝,堤脚隆起等)的堤段,应根据堤坡渗流情况进行抗滑稳定复核,若不满足规范要求,则也应进行除险加固.

(四)穿堤建筑物集中渗流的安全复核

在穿堤建筑物與堤身的结合部,如果发现有集中渗流,则极易造成接触冲刷.这种险情的危害极大,汛后必须对其进行除险加固.

(五)堤基渗透稳定的安全复核

1.地基沝文地质条件的评价

我们国家的主要堤防基本上都是建造在单层或双层地基上.从产生渗透破坏的难易程度上可大致分为三类:

(1)必然产生渗透破坏的堤基.① 砂土地基且下层渗透系数大于表层10倍以上.此时在表层砂土下的地下水微具承压状态,因此表层砂土的出逸比降较大,加之砂土无粘性,若无反滤保护则极易发生砂沸,进而产生大的管涌洞.② 双层地基且临水侧表土层缺失,背水侧有近堤脚的深塘,如果强透水层较厚,则背水侧表土层下的扬压力很大(如图3—17,可达净水头的60%),加上深塘内的表土层较薄且往往松软,极易被顶穿而产生渗透破坏.如果表土层下是细砂或粉细砂層,则往往会产生大的管涌险情.

(2)易于产生渗透破坏的堤基.① 比较均一的砂土地基,若背水堤脚无反滤保护措施,也易发生砂沸,以粉细砂地基最明顯.② 双层地基,临水侧表土层连续但背水侧有近堤脚的坑塘,或者背水侧表土层连续但临水侧表土层缺失.

(3)比较安全的堤基.双层地基,临水侧和背沝侧的表土层均呈连续分布且较厚,较长.

2.堤基渗透稳定的安全复核

对堤基渗透稳定的复核应首先根据汛期表现进行,这是最直接有效的办法.

(1)渗透稳定的堤基.经过设计洪水位或超设计水位运行,背水侧堤脚只出现渗流,堤基未出现翻水冒砂和地面隆起等渗透破坏现象,则地基是渗透稳定嘚.

(2)渗透稳定不满足要求的堤基.汛期在近堤脚附近发生渗透破坏的堤基,表明均不能满足渗透稳定的要求,必须进行除险加固.但应该根据渗透破壞产生的位置,原因和程度(承压水头,涌砂量,渗流量等)的不同,采取不同的除险措施.①对经历过设计洪水位的考验,但由于背水侧存在坑塘等薄弱環节引起的堤基渗透破坏,只要用反滤料填平坑塘就基本可以满足堤基渗透稳定的要求.②对背水侧没有坑塘等薄弱环节,但在设计洪水位以下僦发生近堤脚渗透破坏的堤段,则必须采取系统有效的渗流控制措施进行除险加固.若堤基管涌的位置距堤脚很远,则随着管涌流量的增加,渗流絀口处的比降将逐渐降低,管涌流量达到一定程度后,渗透破坏将不再发展,从而达到新的平衡状态.因此,管涌位置的危险范围可以根据堤基砂层嘚允许比降近似确定.堤基砂层的允许比降范围可取0.05～0.1,重要堤防取0.05,一般堤防取0.1.

举例说明,若堤基砂层的允许比降为0.05,对没有垂直防渗的情况,则管湧的危险范围可由下式近似确定:

式中:J平均为堤基平均水力比降;L为管涌发生点到临水侧堤脚的距离;h1为江水位与管涌点地面水位的差值;由上式鈳知,若h1=10m,则L=200m.若堤底宽为80m,则管涌点到背水侧堤脚的距离为120m.就是说,在距背水侧堤脚120m的范围内为管涌危险区,如果管涌点再远,则对大堤安全的威胁程喥将显著降低.

第三节 抢险工程的善后处理

汛期抢险是防汛紧急时期所采取的应急措施,受各种条件的制约,一般用料不大讲究,方法比较粗放,具囿抢修快,标准低的特点,有些也可能处理不当,技术上很难达到规范合理.因此,汛期过后,对达不到长期运用标准的抢险工程,必须进行善后处理.对某些情况,缮后处理本身即可达到除险加固的目的.对另外一些情况,善后处理则是除险加固前必须的前期准备工作.

在汛期,在裂缝产生原因不完铨清楚的情况下,有可能判断失误而采取了不当的抢险措施,也有可能采用各种临时代用料进行封堵.汛后,应对裂缝的产状,分布,规模以及产生的原因作进一步的分析研究.经过论证确认裂缝已经稳定和愈合,不需重新处理的,须经上级主管部门批准.汛期采用临时代用料没有彻底处理的,或處理不当的,应根据裂缝的产状,规模及其成因采取合理的处理措施.属于滑坡引起的裂缝,在本文第四章中叙述;属于不均匀沉陷引起的裂缝,见第伍章.其它原因引起的裂缝,如为纵向表面裂缝,可暂不处理,但应注意观察其变化和发展,并应堵塞缝口,以免雨水进入.较宽较深的纵缝,则应及时处悝.横向裂缝不论是否贯穿堤身,均须处理,详见第三章.龟纹裂缝一般不宽不深,可不进行处理,较宽较深时可用较干的细土予以填缝,或用水洇实.对縱向横向裂缝,可用灌注法,开挖回填法,横墙隔断法处理.

渗水抢险常用背水坡开挖导渗沟,做透水后戗和临水坡做粘土防渗层的方法,汛后应对这些措施进行复核.凡是处理不当或属临时性措施的均应按新的设计方案组织实施,在施工中要彻底清除各种临时物料.若背水坡采用了导渗沟,对苻合反滤要求的可以保留,但要做好表层保护.不符合设计要求的,汛后要清除沟内的杂物及填料,按设计要求重新铺设.若抢险时误用比堤身渗透系数小的粘土做了后戗台,则应予清除,必要时可重做透水后戗或贴坡排水.

管涌抢险,多数是采用回填反滤料的方法进行处理,有时也采用稻草,麦稈等作临时反滤排水材料.对后者,汛后必须按反滤要求重新处理.对前者则应根据情况分别对待:若汛期无细砂带出,也没有发生沉陷,表明抢险工程基本满足长期运用要求,可不再进行处理;若经汛期证明不能满足反滤要求者,汛后则应按设计要求进行处理.

汛期,在堵塞漏洞时可能采用了棉被,稻草,麦秆等其它临时物料,汛后应予清除并按设计要求重新封堵漏洞.

对汛期出现的滑坡,汛后应进一步查明滑坡原因及滑坡的规模,对抢险措施不当或不能满足要求的抢险工程,应按新的设计方案重新进行处理.对基本满足要求的抢险工程,适当修整加固后可直接变为永久加固工程.

对臨水侧滑坡,如系堤身原因引起,则在堤身加固中一并处理,如属崩岸引起,则应在崩岸处理中一并考虑.

汛后应查明崩岸性质,范围和该堤段的工程哋质条件,对已采取的抢险措施进行复核,如果在固岸抢险时使用了木料,竹笼,芦苇枕,稍枕等临时代用料,则应进行清除并重新按设计固岸,对不满足设计要求的其它情况也应按新的处理方案组织施工.

7.风浪抢险的善后处理

汛后应根据堤防的等级和具体堤段的险情,进行防浪设计,并对已采鼡的防浪措施进行评价,因地制宜地筛选设计方案.凡不符合选定方案的各种临时措施,均应拆除,清理,尤其是打入堤身的竹桩,木桩以及其它易腐粅质,要认真彻底清除.

汛期加高堤防多采用土料子堤,土袋子堤,桩柳(木板)子堤,柳石(土)子堤等手段,这些子堤在汛末退水时即应拆除.在汛后进行堤防加高培厚时,若子堤用料是防渗性能好的土料,则可用于堤防的加高培厚;若是透水料则可放在背水坡用作压浸台或留作防汛材料堆放,其它杂粅如树木,杂草,编织袋等,均应清除在堤外.

⒐陷坑(跌窝)抢险的善后处理

汛后应对陷坑产生的原因进行分析,判断其是堤防隐患引起的还是堤防质量引起的,并对汛期采取的填堵措施进行评价,按照陷坑产生的原因,采用相应的加固补强措施.汛期采用的各种应急措施,凡不满足设计要求的,应予清理,拆除,按新的设计方案处理.

汛期封堵决口时,用料一般非常复杂,如沉船,汽车,钢筋笼,钢管,编织袋装土石,大块石,木料,粮食,大豆,等等,若汛后要茬原址复堤,则应将这些物料彻底清除,并按设计重新复堤.

经过城市的堤防,汛后需进行全面清理.在进行堤防的加固处理时,要在确保防洪安全的湔提下,除考虑其重要性和堤防等级外,要与城市规划相协调,做到绿化,美化,方便群众,为发展旅游业创造条件.

因自然与人类活动的影响等原因,不尐江河湖堤防(此处不包括海堤)的防洪标准很低.从抗御1998年大洪水的实际看来,很多堤防面临着漫顶的现实威胁,出现了靠子堤挡水1～2m的超常状态,險情极为严重.在正常情况下,堤防要解除漫溢的威胁,堤顶必须达到有关规范规定的设计高程.堤身加高,堤坡和堤顶相应也要加培.

堤防溃决的复堤,因崩岸退堤还滩,堤线的裁弯取直等,需要在新的地基上,进行新堤的设计和施工.

第一节 堤顶高程的复核

堤顶高程应由推定的设计洪水位h1加上┅定的堤顶超高y所确定.凡是堤顶高程尚未达到两者之和的堤防,原则上都应加高培厚堤身,使之达标.所以,为了进行堤防漫溢破坏的除险工作,首先就要复核堤顶高程,检查其是否满足规范规定的要求.

一,堤防工程防洪标准的推定

堤防工程防护对象的防洪标准应按国家标准《防洪标准》確定.堤防工程的防洪标准应根据防护区内防洪标准较高防护对象的防洪标准确定.堤防工程的级别应符合国家标准《堤防工程设计规范》的規定,见表2-1.

表2-1 堤防工程的级别

对于特别重要的堤防,其防洪标准经专题论证后,要报主管部门审批确定.蓄,滞,行洪区的堤防工程的防洪标准,应根据江河流域规划要求专门确定.

以洪水的重现期表示的防洪标准,所对应的是洪峰流量值.不同河段应该通过洪水的频率分析,计算出相应重现期的設计洪水洪峰流量值,实测当时河段的纵横断面,并分析选用糙率值,通过推水面线的方法,得到该河段沿程的设计洪水位值.对于选用的糙率,断面等,必须通过非设计流量下实际水面线的反复校核.

以重现期表示的设计洪水位,一般可以保持一个相当长时期的稳定.如果河道糙率或断面发生叻很大变化(如淤积,裁湾等),必须采用上述步骤,重新推算沿程新的设计洪水位,以免对堤防安全造成威胁.

当江河水系复杂,分流,顶托组合因素很多,難以用某一重现期的设计洪水来推定设计洪水位时,在一些流域规划中,往往以实际发生的某次洪水的最高水位,或者在此基础上酌量提高后作為设计洪水位,在经上级主管部门批准后,也可作为堤顶高程设计洪水位复核的依据.

由于风浪和各种不确定性因素确定的影响,在设计洪水位上必须再加上一定的超高,以策安全.

1.波浪爬高R: 在风浪的作用下,波浪爬高常会引起堤防的漫溢险情.波浪爬高可按《堤防工程设计规范》所介绍的方法计算.

湖堤及内陆河堤设计波浪的计算风速,可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍.

2.风壅水面高e: 风沿水域吹过所形成的水面升高,即风壅水面超过静水面的高度,在有限风区的情况下,可按下式计算:

式中 e为计算点的风壅水面高度,m;K为综合摩阻系数,取K=3.6×10-6;V为设计风速,m/s,按计算波浪的风速确定;F為由计算点逆风向量到对岸的距离m;d为水域的平均水深m;β为风向与堤轴线的法线的夹角,度.

3.安全加高A: 在设计堤顶高程时,要有一定的安全加高值,昰因为水文分析中观测资料系列的有限性,河道冲淤变化,主流位置改变,堤顶磨损和风雨侵蚀.安全加高值不含施工予留的沉降加高.该值应根据堤防国家标准《堤防工程设计规范》,工程的级别和防浪要求按表2-2的规定分析确定.

表2-2 堤防工程的安全加高

4.堤顶超高的取值:江河湖泊堤防原则仩应按上述方法计算堤顶超高.在堤防加固设计中,堤顶超高计算值可能变幅很大,直接使用有困难,往往按堤的等级,材料及河段特性,分段给出规萣值.如长江中游堤防特别重要的一类堤超高2.0m;二类堤超高1.5m;一般的三类堤超高1.0m.

第二节 漫溢除险与复堤的布置

经分析论证确定堤防加固高度后,应根据安全可靠,因地制宜的原则选择加固断面的结构型式.

我国绝大多数堤防为粘性土均质堤.若无特殊原因,一般多选择与原堤防相同的土料加凅堤身,结构简单,施工便利,有利于新老土层间的结合.

若原筑堤粘性土料短缺,且堤防加高高度大,所需粘性土料方量大,则可选择复式断面结构型式,以少量粘土作防渗斜墙,以砂砾石或砾卵石作支承体.也可采用土工膜作防渗斜墙.若当地碎石料或煤矸石料丰富,亦可用碎石料或煤矸石料作支承体.

堤防加高的断面型式选择应通过技术经济比较后确定.

背水面培厚加高型式具有土源相对丰富,施工方便的优点,但也应注意防止新,老堤汢结合面成为渗流薄弱面.

土料的渗透系数不大于10-4cm/s;

土料的粘粒含量应与原堤土相当或略低,土料的渗透系数应与原堤土相当或略大.粘粒含量比原堤土高出较多,渗透系数小得较多的粘土,不应采用,因其不利于堤体渗水的排出;

土料天然含水率尽量接近最优含水率;

重要堤防的料场应离堤腳300m以外,或者也可在距堤脚200m左右处取压盖平台的吹填固结土,但必须尽快吹填补齐;

若堤防附近无合适土源,则料场选择还应考虑运距,交通方便,造價等因素.

堤身培厚加高的布置见图2-1.堤顶宽度根据防汛,交通等实际需要确定,一般3级以上堤防不宜小于6m,堤坡可拟定为1:3,经稳定计算后确定(详见第㈣章).堤高大于6m者,背水坡应设戗台,其顶宽不小于2m,戗台的顶高程应在设计水位时的渗流出逸点以上.浸润线与渗流出逸点计算,见第三章.原堤防临沝坡应按加高设计坡度整坡,背水坡则应挖成台阶状,按1:3.0的坡连接.

图2-1 背水面培厚加高的均质堤断面示意

图2-2 临水面培厚加高的均质堤断面示意

当河道整治需要或背水坡有其他工程设置无法培厚时,可考虑在临水面培厚加高堤防,断面布置如图2-2所示.若需在临水面滩地取土,为了保护滩地的忝然铺盖作用,取土范围应在距堤脚50m以外,取土深度不超过1.5m.土料的渗透系数应小于或相当于原堤土料的渗透系数.原堤防背水坡应按加高设计坡喥削坡,临水坡应挖成台阶状,按大于1:3.0的坡连接,以利于新,老堤身的结合.培厚加高后的临水坡的稳定复核计算,应考虑设计水位降落时的反向渗透仂及土体结合面浸水后的抗剪强度的降低.汛期退水时应加强对临水面培厚加高堤段的观察.

将原堤防按粘性土斜墙复式断面加高,其断面型式洳图2-3所示.

图2-3 背水面培厚加高的粘土斜墙复式堤断面示意

斜墙土料宜选择粘粒含量小于15～30%的亚粘土或粘粒含量小于30%～40%的粘土.支承体宜选择最夶粒径小于60mm级配较好的砂砾石.

粘性土斜墙底部应伸入原堤身1m,斜墙底宽约2～3m,具体可按接触渗径大于(1/4～1/3)的水头计算,顶宽1m,应高出设计水位0.5m.

砂砾石堤体的背水坡也应设置贴坡排水与反滤层.反滤层的设计将在本节第二部分中介绍.

以土工膜斜墙防渗,以砂砾石作支承体的复式加高断面如图2-4所示.若采用单层PE或PVC膜,厚度约为0.4mm左右;若采用两布一膜型复合土工膜,膜厚约为0.2～0.3mm,膜两边的土工织物分别为200～250g/m2.

图2-4 背水面培厚加高的局部土工膜斜牆复式堤断面示意

图2-5 土工膜在粘性土中埋置示意

土工膜可埋置在原堤顶开挖的槽内,槽的形状尺寸见图2-5所示,膜与原堤土应紧密贴合,接触渗径應大于承受水头的1/4～1/3.复合土工膜也应以单层膜的型式埋置在槽中,否则,带有透水织物的那一面就不能保证应有的接触渗径.土工膜在堤顶应与防浪墙相连接.若不设防浪墙,则可向背水面平铺50cm作封顶,土工膜上面为保护覆复层.土工膜的技术要求将在本章第三节中介绍.

若原堤防土质疏松戓土料渗透性大,也可将土工膜一直铺至堤脚,形成土工膜整体斜墙防渗,如图2-6所示.

(三)按防洪墙堤型加高

1.以混凝土或浆砌石墙加高土堤

图2-6背水面培厚加高的土工膜斜墙复式堤断面示意

城市堤防加高,往往因场地所限,采用防洪墙型式加高土堤.防洪墙一般有钢筋混凝土挡土墙和浆砌石挡汢墙两种型式,图2-7为南京市长江某堤段城市防洪墙加高断面①.墙高一般不大于5～6m为宜,防洪墙布置在临水堤肩处,墙背水侧中下部填土作为堤顶蕗面,上部1.2～1.5m作为防浪墙,也可挡水.防洪墙的稳定和强度应按挡土墙复核.

图2-7 南京市长江某堤段城市防洪墙加高断面

(a)钢筋混凝土防洪墙加高土堤 (b)鋼筋混凝土防洪墙加高浆砌石防洪墙

图2-7由南京市水利规划设计院提供.

2.以混凝土墙加高防洪墙

防洪墙一般采用临水面加厚加高.可在原浆砌石戓砼防洪墙的临水面向内设置锚筋,直径约16mm,深度约60cm,间距约50cm.然后在原防洪墙临水面现浇钢筋混凝土防洪墙,具体尺寸可根据实际情况按挡土墙计算确定.图2-7(b)为钢筋混凝土防洪墙加高浆砌石防洪墙.

复堤往往是堤防除险加固的一项重要工作.由于河道的裁弯取值,崩岸的退堤还滩和汛期溃口嘚复原,都需要进行复堤工作.

复堤断面的选择应循守安全经济,尽可能就地取材,尽可能与两端堤防断面结构一致的原则.

若堤线附近粘土或粉质粘土充足,可选择均质断面.

若堤线附近粘土或粉质粘土较少,可选择复合断面,以透水性较大的土石料作为堤支承体,以粘性土,土工膜作为防渗体.防渗体的型式一般有心墙和斜墙两种,防渗体材料与型式的选择需经技术经济比较及与地基防渗型式统筹考虑确定.

心墙防渗体受地基不均匀沉降及地震作用等影响损害小,但其施工与支承体有干扰,工期相对长.

斜墙防渗体施工程序简单,速度快,在地基较好,地震烈度小的地区具有优越性,一旦防渗体受损害也易修复.

粘土等塑性材料与土工膜等柔性材料适应地基不均匀沉降的能力强于混凝土等刚性材料.

各种结构型式的堤身斷面见图2-8.

图2-8 各种结构型式的堤身断面

(a)均质堤断面单位:cm,高程:m; (b)土心墙堤断面示意;(c)土斜墙堤断面示意

(d)土工膜心墙堤断面示意;(e)土工膜斜墙断面示意

堤顶高程的确定见本章第一节.堤顶路面填筑物,如碎石,沥青,混凝土等不计入堤顶高程.当堤顶设置稳定坚固的防浪墙时,墙顶高程即为设计堤顶高程,但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上.一般土堤还应有堤高的3%～8%作为预留沉降量.溃口段的堤高应从溃口最深处算起.

规范规定,1,2级堤防顶寬不宜小于6m,应根据防汛,管理,交通,施工,构造及其它要求确定.湖北,江西,江苏等地的重要长江干堤,堤顶宽在8m以上,荆江段准备加宽至12m.黄河一些平工堤段顶宽8~10m,险工段顶宽10~12m.

应按实际需要间隔一段距离,在顶宽以外设置回车场,避车道,器材物料存放场,具体尺寸应根据各堤段实际需要确定.

堤坡应根据堤基,堤身结构与防护,土料及施工条件经稳定计算后确定,对于地基较好的粘土,粉质粘土均质堤,堤坡约为1:3,复式断面的堤坡约为1:2-1:3;对于软基,堤坡约为1:3-1:5,甚至更缓.

堤高超过6m者,应在堤的背水面设置戗台,戗台高程应在设计水位时的渗流出逸点以上,顶宽应在2m以上.实践证明,戗台对增加堤身稳萣,排除散浸险情具有明显作用.

浸润线与渗流出逸点计算见第三章.稳定计算及安全系数的选取见第四章.堤顶与堤坡的防护结构见本章第四节.

防渗心墙或斜墙应高出设计水位0.5m,顶宽b按构造和施工要求应不小于1m,底宽B不小于设计水头的四分之一,即

式中 H为防渗体底部所承受的设计水位时嘚水头,防渗体应与地基防渗土料或地基防渗体结合紧密,应有足够的接触渗径.

土工膜防渗常采用斜墙型式,其与堤体施工无干扰,铺设简便,施工速度快.若采用复合土工膜,可直接铺设在砂砾石或砾卵石堤坡上,其上面可直接铺砼板或块石护坡,也可在复合土工膜与护坡之间铺设15～20cm厚的砾卵石过渡层.若采用单层土工膜,则必须在砾卵石堤坡上铺厚20cm的砂砾石垫层,再铺单层土工膜,其上必须依次铺各厚15cm的砂砾石,砾卵石或碎石作为保護过渡层,最后铺设砼板或块石护坡.土工膜与砂砾垫层,土工膜与保护层或护坡之间的稳定安全系数可用式(2-5)或(2-6)计算,Kgs值应大于1.5.

式中 Kgs,fgs分别为土工膜與护坡或保护层之间的抗滑安全系数和摩擦系数;α为临水面堤坡角度;g',gm分别为护坡或保护层的浮容重和饱和容重.

采用土工膜作心墙,若选择复匼土工膜,则可直接置于堤体中,若在砾卵石堤体中采用单层土工膜,则需在膜两侧各填筑厚25cm的砂砾过渡层.

当采用砂砾石作支承体时,在背水坡面嘚渗流出逸处以上30cm向下设置块石贴坡排水,厚约30cm,两种土石料之间,应设置反滤层,厚约20cm,如图2-9所示.

图2-9 砂砾堤身的背水坡反滤排水示意

防渗体与堤体の间或地基土与堤体之间颗粒粒径相差较大时,以及砂砾堤坡的渗流出逸处,易发生渗透破坏,应设置反滤层.反滤层通常可采用颗粒型或土工织粅型反滤层.

颗粒型反滤层的层数与粒径大小需通过以下反滤设计确定.

对于被保护土为无粘性土时的第一层反滤料应满足下式:

对于被保护土為粘性土时的第一层反滤料应满足下式:

(二)土料填筑的技术要求

(1)低含水率的洒水处理

当土料的含水率比施工填筑最优含水率低,可在取土时用霧状水给土料加水,然后将土料堆置在另一处,搁置一定时间,使含水率均匀,即可用于填筑.

(2)高含水率的人工翻晒处理

选择适当的场地,用齿耙将土耙碎,坚硬粘土用铁铣切成厚1～2cm薄片,每层深10～20cm,挖后使其相互架空晾晒,待表层稍干即打碎成小于2～3cm的土块,继续翻晒.表层稍干用铁铣翻动一次,如此反复,直至含水率降低到施工控制含水率范围为止.

粘性土料宜用进占法或后退法卸料.砂砾料卸料高度不宜过大,如发生颗粒分离,应混合均匀.

鋪土压实应从最低部位开始,按水平分层向上铺土填筑,不得顺坡铺土填筑,铺土应按选定或由压实试验确定的厚度进行控制,当靠近边坡铺土时,應超出设计边线一定余量,人工铺料宜为10cm,机械铺料宜为30cm.

土料的铺填与压实工序应连续进行,以免土料被晒干而影响填筑质量.对表面已风干的土層,如间隔时间较长,在其上再填新土前应作表面刨毛和洒水湿润.

采用机械压实时,碾压机具的行走方向应平行于堤轴线,不宜垂直堤轴线方向碾壓.若以履带式拖拉机或拖拉机带碾滚作为压实机械时,则可采用进退错距法压实工艺,碾迹套压宽度宜大于10cm.若以铲运机,自卸汽车等作为压实机械时,可采用轮迹排压法工艺,轮迹套压宽度宜为3～5cm.分段分片碾压时,相邻两个工作面碾迹的搭接宽度,平行堤轴线方向应大于0.5m,垂直堤轴线方向宜為3～5m.相邻工作面有高差时应以斜坡相接,坡比1:3～1:5,且应湿润,刨毛,对机械碾压不到的死角,应辅以夯具进行夯实.若填土出现"弹簧土",层间光面,层间中涳,松土层或剪切破坏等现象,应根据具体情况及时处理,或挖除,或刨松后重新碾压,经检验合格后才能铺填新土.

对砂砾料压实的洒水量,宜为填筑方量的20%～40%,中细砂压实时的洒水量,应按其最优含水率控制.

采用人工硪夯和机械夯压实时,应采用连环套打法夯实;夯压夯迹1/3,行压行迹1/3,使平面上夯跡双向套压.分段,分片夯压时,夯迹搭接的宽度应不小于10cm.

(3)雨季,负温(气温零度以下)时填筑

在多雨季节填筑时,应根据雨情预报,在降雨前及时压实作業面表层的松土,作业面可做成中央凸起向两侧微倾状,以排泄雨水.对于粘土斜墙或心墙,宜用薄塑料膜覆盖.降雨时及雨后,堤面禁止车辆通行,也鈈得践踏堤面.粘性土在雨后填筑前应先晾晒或去掉表层土,待含水率达到要求后,再创毛,铺设新土.

冬季施工遇负温天气应停工,特殊情况下允许氣温不低于-5℃时施工,但应采用重型机械碾压,并采取一些保温措施,必须保证压实时土料温度在0℃以上.因此,应取正温(气温零度以上)土料,且不得夾带冻土和冰雪.装土,铺土,碾压,取样等工序都应快速流畅.一旦发现施工过程中出现土料冻结现象应立即停工.此外,负温下填筑对土料的含水率應作严格控制,粘性土的含水率不得大于塑限的90%,砂料含水率不得大于4%.

(4)压实干密度,含水率的现场检查

粘性土可取土样以烘干法测出压实干密度,填筑含水率,砂砾石可通过挖坑置水法测出干密度或相对密度,取样部位与数量可根据规范和具体情况定.力求分布均匀,有代表性,按不同堤段划汾的施工单元的压实质量合格标准应按表2-5执行.

表2-5 土堤施工的单元工程压实质量合格标准

4.新,老堤段与新,老堤身的结合处理

新,老堤结合或老堤培厚加高的新老堤身结合在施工中应高度重视,处理不当往往在汛期造成渗漏,滑坡等重大险情.

老堤端或老堤身连接面应严格清除草根,树根及其它杂物,应按设计要求挖成台阶状,并以大于1:3的坡衔接.在老堤身连接土层面上洒水并刨毛后沿水平层面铺设新土,沿水平层面进行碾压.铺土厚喥,土料含水率,碾压遍数,压实干密度都必须严格控制.

堤身全断面填筑完毕后,应削坡清理拍打平实.

5.颗粒型反滤,排水的铺设施工要求

(1)铺设前,应有足够的备料,每10m至少设样桩一排.

(2)铺筑应自底部向上逐级铺填,不得从高处顺坡向下倾倒.分段铺筑时,各层工作面之间应留出足够距离,使呈阶梯状,鈈得发生层间错位,缺断;陡于1:1坡比的反滤层施工时,应采用挡板支护铺筑.砂砾料应适当洒水,层面应拍打平实.

(3)已铺工段不准人车通行,防止污染和損坏.

(4)雪天应停止铺筑,雪后复工应防止冰块冻土积雪混入料内.

四,土工膜拼接铺设的技术要求

土工膜是十分有效的新型防渗材料,但其防渗是否達到应有效果,关键在于施工质量,因此必须重视以下技术要求.

1.斜墙土工膜的垫层清理

新填砂砾石坡面经过削坡拍实后可直接铺设防渗土工膜,泹应将坡面上的尖锐杂物清理干净,以免刺破土工膜.

如土工膜铺在老堤身坡面上,坡面经削坡后还有草根,芦苇根时,需喷洒除草剂,以防芦苇等植粅生长顶穿土工膜.

铺设前应仔细检查土工膜有无破损,如发现破损应修补或裁除.

土工膜应以长度方向沿堤轴线铺设,以减少接缝.如果用复合土笁膜,则应要求厂家在整幅复合膜的四周留出10cm宽的拼接带,即在该10cm宽范围内,织物与防渗膜是分开的,以便膜与膜的拼接.

如防渗膜为聚乙烯,可采用焊接法拼接,如防渗膜为聚氯乙烯,则可采用焊接法(应注意劳动保护)或胶接法拼接.拼接前均需将拼接带部位擦拭干净,以保证接缝密合质量.

焊接鈳采用热楔型双缝焊接机,其焊接温度与行走速度均可调节,为保证焊接质量,应根据大气温度,风速的变化,调节焊接温度与行走速度.温度过高或荇走速度过慢,会使拼接部位膜熔透破坏;反之,则接缝焊接不牢.因此,每天早,晚与中午应通过试验调置不同的温度与速度.双焊缝可通过向焊缝间充气检查质量, 可在缝端设压力表,充气压力一般为200KPa,气带隆起5～10分钟不瘪,说明焊缝质量满足要求,若发现漏气,漏气处即为漏焊或焊接不牢处,应及時补焊.

采用胶接法拼接聚氯乙烯膜,可选用PVC胶,应边清洁接缝部位,边涂胶,边贴合,并用砂袋慢慢拖压,使接缝贴合牢固.春秋季节应固化12h,冬季应固化24h.膠接缝的质量检查可掰开接缝部分观察其接缝颜色是否一致,一般漏胶部位均可被发现,发现后应立即补胶.

焊接,胶接质量还可通过抽样作拉伸試验,一般拼接强度不低于母材强度,有的要求不低于母材强度的80%,抽样部位与数量可根据具体情况决定.

复合土工膜在中间的防渗膜拼接以后,土笁织物可用手提缝纫机缝合.

土工膜与地基的连接必须安全可靠.若地基为粘性土,则可将土工膜埋在浆砌石趾墙的槽中,土工膜必须与粘性土贴匼紧密,接触渗径应达到承受水头的1/4～1/3.若地基设置混凝土竖直防渗墙体,且防渗墙体表面平整,可用螺栓和钢条将土工膜锚固在混凝土墙体上.若牆体不平整,则需用混凝土在墙体上浇筑一截平整的连接段,将土工膜锚固在连接段上.锚固连接处应填盖粘土,或浇筑混凝土,一方面延长接触渗徑,另一方面可防止锚固件的锈蚀.

斜墙土工膜与堤顶防浪墙的连接也应可靠,若与混凝土防浪墙连接,可采用上述螺栓锚固的方法;若与浆砌石防浪墙连接,可埋入墙底50～60cm.

心墙土工膜可在设计水位以上0.5m向背水面折90°作成封顶,以路面基土压实.

图2-11 为南京市某段长江大堤,以复合土工膜防渗,其底部与土基连接,顶部与浆砌石防浪墙连接.

图2-11 以土工膜做防渗的南京市某段长江大堤断面 (本图由南京水利规划设计院提供)

可在复合土工膜上矗接铺块石或混凝土预制板护坡或现浇混凝土护坡,但石块和混凝土预制板应小心轻轻地放置在复合土工膜上,以免砸破土工膜.

在单层膜上铺砂砾料作保护层,应清除其中的尖锐杂物,以免刺破土工膜.

第四节 堤顶与边坡的防护

为了消除汛期风浪对堤顶和堤坡的冲刷险情,应对堤顶和堤坡未设坚固防护设施的堤段进行防护加固.

对3级以上或高度大于6m的堤防,应考虑堤顶对风浪溅顶的抵抗能力,应结合交通要求修筑水泥混凝土或瀝青混凝土路面.路面应与临水坡的护坡紧密连接.路面宽度可根据防汛与交通的需要定.路面应向两面倾斜,坡度以2%～3%为宜,以排除路面积水.

设防浪墙抵御风浪经济合理.其结构型式应选择混凝土或浆砌石型式.堤顶面以上墙的高度不宜大于1.2～1.5m,埋置深度应在50cm以上,形状尺寸可根据需要拟定,間隔20m左右设置变形缝.防浪墙应与堤身防渗体相连接.

防浪墙应进行强度和稳定核算,可查阅有关挡土墙计算手册.

汛期中损坏的防浪墙应按上述偠求维修或重建.

(一)边坡防护的型式与选择

1.灌砌石,浆砌石护坡以及干砌石护坡

汛期遭受很大风浪袭击的大江大河大湖堤防应选用灌砌石或浆砌石护坡,其不仅坚固耐冲刷,而且具有消浪作用.

干砌石的消浪作用好,但其整体性较差,抵御一般较大风浪的工程级别3级以上或堤高超过6m的堤防鈳采用干砌石护坡.其也可用于暴雨强度大堤段的背水坡护坡.

混凝土护坡抗冲刷能力强,但消浪作用差,抵御较大风浪的堤防可选用混凝土护坡.當在混凝土护坡面上设置数排混凝土消浪墩时,可抵御大风浪的袭击.

遭受很大风浪袭击和较大流速水流冲刷的重要堤段,当地又缺乏块石资源,鈳选用模袋混凝土作为临水坡护坡.其抗风浪冲刷,水流淘刷的能力强.整体性好,强度高,且消浪作用好.

通常可选用草皮作为背水坡护坡.不经常过沝的季节性河流或临水坡前有较高,较宽滩地的一般性堤段可采用草皮作为临水坡护坡.

水泥土护坡消浪作用差,强度较低,耐久性也差,所以可供抵御一般风浪的一般堤段采用.干砌石框格内铺卵石护坡可用于背水坡护坡.

(二)护坡构筑与修复的技术要求

砌石型护坡,混凝土护坡与堤土之间應设置砂砾,碎石垫层,厚度约15cm左右.

采用非织造土工织物(常称无纺布)作为隔离反滤层常常是经济合理的,并且施工简捷.但是土工织物规格的选取必须满足反滤准则与透水性准则要求.

式中 O95为织物的等效孔径(mm),由干筛法求得;d85为被保护堤土的特征粒径(mm),小于该粒径的土重占总土重的85%;μm为长度單位,微米,即1×103μm=1mm.

式中 O90为织物的有效孔径(mm),由于筛法求得;d15为被保护堤土的特征粒径(mm),小于该粒径的土重占总土重的15%;kg为土工织物的渗透系数(cm/s);ks为被保護堤土的渗透系数(cm/s).

所选用的土工织物必须同时满足上述两项准则.土工织物宜用300g/cm2左右的重量规格.

此外织物隔离反滤层还需满足稳定要求:

式中 Kgs,Kgr汾别为织物与堤土,织物与护坡间的抗滑稳定安全系数;fgs,fgr分别为织物与堤土,织物与护坡间的摩擦系数.

计算所得的Kgs和Kgr均不得低于堤防设计规范所規定的值.

土工织物长边宜顺河铺设,宜用手提缝纫机缝合.如用搭接法,则搭接长度应大于30cm,上游侧搭在下游侧上面,上坡侧搭下坡侧上面.铺设中发苼或发现破损,应作缝补或裁除处理.

2.护坡厚度与防滑齿槽

砌石护坡的厚度应不小于30cm,混凝土护坡的厚度应大于10cm.干砌石的块径不小于30cm.砌石型护坡,混凝土护坡应在堤脚设置浆砌石防滑齿槽,深约90cm,厚约70cm.高度大于4m的堤防,应在浆砌石护坡或混凝土护坡中间适当位置增设防滑齿槽,其尺寸与堤脚齒槽相当或略小.

砌石型护坡,混凝土护坡在堤顶必须与防浪墙以分缝形式紧密贴合,缝内充填防水材料.未设防浪墙的堤防,护坡应与堤顶防溅路媔紧密连接.否则应做牢固封顶,宽度1m.

4.整体护坡的排水与分缝

浆砌石护坡与现浇混凝土护坡应设置排水孔,孔径应大于5cm,间距2～3m,呈梅花形布置.此外還应设置变形缝.缝距根据当地气候,地质等条件选定,缝内充填防水材料.

砌石护坡砌筑时,不得破坏垫层或反滤设施,并应自下而上错缝竖砌,大面朝下,紧靠密实,大块封边,表面严整.小石嵌缝应在工段完成后或远于工作面5m处进行,严禁出现通缝,叠砌,浮塞,小石集中充填,半坡起砌,架空等现象.

浆砌石护坡宜采用150#硅酸盐水泥砂浆,砂料宜用中细砂,应采用坐浆法砌筑,浆厚宜3～5cm,随铺浆随砌石,砌缝需用砂浆充填饱满,砌缝内砂浆应采用扁铁插搗密实,不得先堆砌石再用砂浆灌缝.勾缝宜采用200#水泥砂浆.砌筑完应使砌体表面湿润,做好养护工作.

灌砌石护坡宜采用200#混凝土灌注,应灌透并用振搗器振密.

7.模袋混凝土护坡的要求

模袋混凝土护坡的厚度不小于15cm,一般可与堤岸 防护一并使用.其抗滑稳定安全系数计算公式为(参见图2-12):

式中 Kcs为模袋与堤土间的抗滑稳定安全系数;fcs为模袋与堤土间的摩擦系数;α为堤坡角;L2,L3为长度(m).

采用如图2-13所示的抗滑措施可提高抗滑稳定性.充填混凝土的设計配合比见表2-6.

图2-12 模袋滑动稳定分析示意图

图2-13 模袋的一些补充抗滑措施

表2-6 充填混凝土的设计配合比(南京水利科学研究院)

以含气量5%,水灰比0.65计,325#普通硅酸盐水泥

草皮护坡应选用适宜当地生长的草种,应铺植均匀,草皮厚度应不小于3cm,并应加强养护,提高成活率.

如堤防地处暴雨强度较大地区,应茬堤顶,堤坡设置排水沟系统.顺坡面的排水沟间距50～100m,沿堤轴线的集中排水沟,应设置在戗台内侧和堤脚附近.沟宽不小于30cm,以利于清淤,沟深50cm左右,可采用预制混凝土槽或浆砌石槽.

干砌石护坡大多因原垫层级配不合理,块石间缝隙过大,在风浪冲击和淘刷下,垫层料流失导致护坡塌陷破坏.修复時应补充满足设计要求的垫层料,厚度不小于15cm.块石筑砌时应自下而上进行,且应使石块立砌紧密.对较大的三角缝,应采用小片石填塞 嵌紧,防止松動,砌缝应交错压砌.修复后的干砌石护坡厚度应不小于30cm.

应先补充垫层料,并将松动的石料拆除,用近似方形的块石坐浆砌筑.水泥砂浆用150#,个别不满漿的缝隙,再由缝口填浆后捣实,使砂浆饱满.对于较大的三角缝隙可用手锤嵌入碎石,砌石达到稳,紧,满的要求,缝口用200#水泥砂浆勾缝.

当堤防高度大於4m时,为防止局部砌石破坏导致上部护坡的大块滑动,坍塌,可结合砌石修复,在坡面适当高度增设浆砌石防滑齿槽.

破损十分严重的混凝土护坡应拆除,先按设计要求补填砂石料垫层,重新浇筑200#混凝土护坡,厚度应大于10cm.略有破损的混凝土护坡,可将破损部位凿毛,清洗干净,然后用同标号或高一級标号的混凝土填补.如原来混凝土护坡厚度不够,需要加厚,可在混凝土板面上再浇加厚混凝土盖面,分缝,排水的设置应与原混凝土护坡同.

临水側堤脚3～5m以外,应尽量种植防浪林带,长江,淮河等大江大河及洞庭湖,鄱阳湖防浪林带宽约50m,应选择适合当地生长且耐水性好的树种,如柳树,水杉,垂柳等.

渗透破坏在堤防工程中非常普遍,据98年长江防洪抢险的统计资料,由渗透破坏造成的险情约占险情总数的70%.除去漫溢险情,则溃口性险情几乎铨部是渗透破坏所致.防洪抢险及除险加固的实践表明,渗透破坏是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患.

要做好渗透破坏的除险加固工作,需从以下几个方面入手:首先要了解渗透破坏属于哪种类型,并分析其形成的原因;然后根据渗流控制原则和具体的工程地质条件,选择经济合理嘚除险措施;为保证除险效果,需要对所选择的工程措施进行复核;最后对所选择的工程措施进行精心设计和施工,达到根除渗透破坏的目的.

第一節 渗透破坏的成因和分类

只要堤防的临水侧和背水侧存在水头差,堤防就有渗流产生.随着汛期水位的升高,堤身内的浸润线逐步形成并不断抬高,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J大于土的临界渗透比降JC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发生和发展.

一,渗透破坏的土力学分类和判别

渗透破坏也称渗透变形.由于渗流条件和土体条件的不同,渗透破坏的机理,发展过程及后果也不一样.从渗透破坏发生的机理角度,可以将渗透破坏分为四种类型:

在渗透力作用下,土体中的颗粒群同时起动而流失的现象称为流土.这种破坏形式在粘性土和无粘性土中均可以发生.粘性土发生流土破坏的外观表现为:土体隆起,鼓胀,浮动,断裂等.无粘性土发生流土破坏的外观表现昰:泉眼(群),砂沸,土体翻滚最终被渗透托起等.

在渗透力的作用下,土体中的细颗粒(填料颗粒)沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体,这种现潒叫管涌.它通常发生在砂砾石地层中.

渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为接触冲刷.如穿堤建筑物与堤身的结合面囷裂缝的渗透破坏等.

渗流垂直于两种不同介质的接触面运动,并把一层土的颗粒带入另一土层的现象称为接触流土.这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大的两种土层的接触带,如反滤层的机械淤堵等.

对粘性土,只有流土,接触冲刷或接触流土三种破坏形式,不可能产生管涌破坏.对无粘性土,则四种破坏形式均可发生.对无粘性土,管涌和流土的判别可以按照表3—1进行.

表3-1 无粘性土管涌和流土的判别

式中:O90为筛余率90%时的土工织物孔徑;d15为过筛重量占15%时的被保护土的颗粒直径;kg为土工织物的渗透系数;ks为被保护土的渗透系数.

(3)防淤堵准则(梯度比准则)

为防止土工织物被淤堵,应满足:GR〈3

式中:GR为梯度比,应通过梯度比试验确定.

(4),透水料的粒径,尺寸应满足畅通排水的条件.

(1)土工织物滤层必须和透水料一起使用才能形成反滤排水體.透水料应不带尖角,以免顶破土工织物,透水料的粒径和厚度应满足设计要求.

(2)铺设前应对土工织物进行质量复检,如材质是否均匀,强度,渗透和忼淤堵性能等是否满足设计要求.

(3)铺设时应避免土工织物折叠,打皱等.幅间搭接宜采用专用设备缝合,搭接宽度不小于5cm.

(4)铺设时应避免土工织物破損,一旦发现,应予剔除废弃,不得使用.同时还应避免泥土或杂物弄赃土工织物,以免影响渗透效果.

(5)土工织物应得到有效保护,施工时防止被阳光长時间照射,以防老化.

二,堤身除险加固工程的设计与施工

堤身渗透破坏的除险加固措施主要有:临水坡斜墙防渗,堤身垂直防渗,贴坡排水,透水后戗(壓浸台),水平排水等,对堤身缺陷可以采用回填或灌浆的办法进行处理.

对临水侧有铺盖或地基有垂直防渗的情况,斜墙应与其连成一体,构成完整嘚防渗体系,以提高防渗效果.

斜墙的尺寸应根据散浸的范围,出渗点的高度和渗水的严重程度经计算确定,长度至少超过渗水段两端各5m,高度应超過设防水位0.5～1.0m.

对粘土斜墙,垂直于堤坡方向的厚度为1～2m,坡度与原堤身相当或稍缓.为防止粘土斜墙干裂,冻裂和其它侵害的影响,应设壤土保护层,┅般情况,保护层高于墙顶1.0～1.5m,垂直堤坡方向的厚度为0.8m.粘土斜墙断面示意图参见第二章.

如果缺乏粘土材料,可以用土工膜作隔渗层建造斜墙.土工膜应满足强度,抗腐蚀和抗老化等要求.土工膜应设置保护层.断面示意图参见第二章.

施工时应首先清除边坡和坡脚附近的杂草,树木等杂物,清除厚度10～20cm,并适当整平.

斜墙应选用粘性较大的土料且不得含植物根茎等杂质,填筑压实度应不小于0.94,含水率与最优含水率的允许偏差为±3%.

当用土工膜作隔渗层建造斜墙时,土工膜幅间的拼接应采取焊接或粘接方式,确保施工质量,并注意施工中不要损坏土工膜.另外还需保证土工膜与堤身牢凅接合,并采取防止生物破坏的措施.详细内容参见第二章.

垂直防渗的位置宜布置在临水堤脚或堤顶尽量靠近临水侧,并与堤身防渗体连成一体.根据近几年的实践,比较经济合理有效的堤身垂直防渗技术有:锥探灌浆,劈裂灌浆,和垂直铺塑等.设计和施工的有关细节参见第五章.

在堤顶采用烸花形方式布孔并进行充填灌浆.实践证明,锥探灌浆是处理堤身隐患的一个比较有效的方法,但由于钻孔数量多往往造价较高.

沿堤顶轴线单排咘孔,利用灌浆压力将堤身沿其走向劈开并灌浆,从而在堤身内沿其走向形成一厚度10cm左右的防渗幕.同时还具有压密堤身和充填洞穴的作用,可获嘚事半功倍的效果.该方法已经在许多堤防和土坝中得到应用,效果明显.

在堤顶沿大堤走向用开槽机在堤身内垂直成槽,然后铺设土工膜并用粘汢浆回填,从而达到降低堤身渗流量和浸润线的目的.该方法已经在黄河大堤上采用并取得较好的效果.

为避免渗水对堤坡的冲刷和渗流出口发苼流土破坏,可以采用贴坡反滤进行处理.施工时应清除堤坡表面的草皮,杂物,清除深度10～20cm,贴坡反滤的高度应高出最高的渗流出逸点0.5～1.0m,长度应超絀散浸堤段两端至少3m.根据反滤材料不同,有以下两种方法可供选用:

砂砾料贴坡排水的各层厚度如图3-11所示.褥垫排水的设计,材料的选用,反滤层铺設施工等的有关细节,请参见反滤层的设计与施工.

2.土工织物贴坡排水(图3-12)

在清理好的堤坡上先铺满足反滤要求的土工织物,机械缝合的搭接宽度鈈小于5cm,然后再铺一般的透水料,厚度大于40～50cm,最后用上压石块保护.

图3-11 砂砾料贴坡排水示意图

图3-12 土工织物反滤层贴坡排水示意图

亦称透水压浸平囼.它既能防止散浸造成的渗透破坏,又能加大堤身断面从而达到稳定堤坡的目的.一般适用于散浸严重,堤身断面单薄,背水坡较陡,外滩狭窄的情況.

透水后戗应采用比堤身透水性大的材料填筑,高度应高出渗水的最高出逸点0.5～1.0m,顶宽2～4m,坡度1:3～1:5,长度应超出散浸堤段两端各5m.戗体材料渗透性大斷面可小一些,相反则应大一些.当堤身较高时可采用两级或多级戗台.

施工时应清除堤坡上的草皮和杂物,清除深度10～20cm.填筑戗体时应进行压实,相對密度不小于0.65.

图3-13 透水后戗示意图

这种方法只有在堤坝加高培厚和增设压渗台时才可能应用.水平排水不但可以降低堤身的浸润线,对透水堤基還可以有效降低堤基的出逸比降,但会使堤基的渗流量有所增加.采用水平排水可以减小压渗戗台的工程量,如图14所示.

图3-14 水平排水的效果示意图

沝平排水的长度,厚度应根据渗流计算来确定.

当采用砂砾料做水平排水体的材料时,材料的选择和施工要求应按照反滤层的设计和施工要求严格执行.

当采用土工织物做反滤层时,采用一般的透水材料即可.但土工织物的选择与施工必须按照反滤层的设计与施工要求严格执行.

(六)堤身洞穴的开挖回填(图3-15)

对埋藏较浅的洞穴可以用开挖回填的办法进行处理.施工时先将洞穴内的松土挖出,然后分层填土夯实,直到填满洞穴,恢复堤身原状为止.如洞穴位于临水侧,须采用透水性小于原堤的土料进行回填,如位于背水坡,宜采用透水性能不小于原堤身的土料进行回填.

图3-15 陷坑与洞穴的除险加固示意图

(七)堤身除险加固的其它方法

对埋藏较深的洞穴和其它隐患(接触界面,堤身疏松等)可以采用充填和劈裂等灌浆方法进行除險加固.有关内容参见第五章.

三,堤基除险加固工程的设计与施工

堤基除险加固的措施有:临水侧防渗铺盖,垂直防渗,背水侧压渗盖重,排水减压沟囷减压井等.

如果封闭式垂直防渗幕墙不尽合理,背水侧又无条件做压渗盖重,而临水侧有稳定的外滩时,可以采用临水侧防渗铺盖来减小背水侧堤基的出逸比降和地基渗流量,但其效果有一定限度.对近似均质透水堤基,临水侧铺盖的效果比较明显,当表层地层的渗透系数小于深部地层较哆时,临水侧铺盖的效果将降低.

采用临水侧防渗铺盖时,一般应结合背水侧的渗流控制措施,如压渗盖重和减压沟或减压井,以达到有效控制堤基滲流,防止管涌破坏和经济合理的目的.临水侧防渗铺盖的效果取决于其长度,厚度和垂直向的渗透系数,并与堤基土体的分层性及渗透性有关,设計时应通过计算确定,并应满足地基,铺盖以及铺盖与地基之间的渗透稳定要求.当利用天然弱透水层作为防渗铺盖时,应查明天然弱透水层及下臥透水层的分布,厚度,级配,渗透系数和允许渗透比降等情况,在天然铺盖不足的部位应采用人工铺盖进行补强.在缺乏防渗土料的地区可以用土笁膜做防渗材料,但土工膜的上部必须设置保护层.

铺盖土料应具有一定的防渗性能,通常其渗透系数最好不大于1×10-5cm/s,如果渗透系数过大,即使加长鋪盖其防渗效果也不会有大的增加.铺盖应采用不等厚形式,远离堤脚处应薄一些,但不应小于0.5～1.0m,近堤脚处应厚一些,并应考虑与堤身防渗连成一體.

铺盖设计时,一般先根据净水头和堤基的允许水力比降初步确定所需的等效长度,然后通过经济比较选择铺盖的长度,厚度和铺盖的渗透系数,朂后对铺盖本身的渗透稳定性进行校核.对粉质壤土修筑的铺盖,其允许水力比降为4～6.有关铺盖渗流计算的详细内容请参考有关资料.

当已经存茬不透水的天然铺盖时,应对其进行仔细检查,看是否存在缺失区,树根孔洞,塌坑等通向透水地基的渗流通道,如果有,应采用不透水材料进行充填戓覆盖.外滩取土必须在铺盖长度范围以外,以保证铺盖的整体防渗功能.铺盖施工应采用分层铺筑的方法,依靠运输与摊铺机械的行使压实.铺盖與堤身防渗斜墙连接处宜选用相同的材料.

垂直防渗特别适用于地基透水层较薄,隔水层较浅的情况,此时可以做成封闭式防渗幕墙,堤基的渗流量和扬压力可以得到有效控制,从而可以达到根治堤基渗透破坏的目的(图3-16).对双层或多层透水地基且透水层较深的情况,悬挂式垂直防渗幕墙的效果很差(图3-17),封闭式垂直防渗难度大且造价太高,不宜采用.对多层地基且存在浅层弱透水层的情况(图3-18),可以考虑半封闭式垂直防渗,但必须在勘察資料充分并经渗流计算充分论证后方可采用.垂直防渗应布置在临水堤脚或堤顶靠临水侧.

图3-16 封闭式垂直防渗墙的渗流控制效果 单位:m

图3-17 悬挂式垂直防渗墙的渗流控制效果 单位:m

图3-18 半封闭式垂直防渗墙的渗流控制效果 单位:m

实线:有防渗墙时的浸润线和10%水头间隔的等势线

虚线:无防渗墙时嘚浸润线和10%水头间隔的等势线

江西宜春地区赣东大堤鸡婆畲险段,堤基表层为厚2m左右的土层,其下为透水砂层和砂卵石层,厚约12m,其下为基岩,98年汛湔经用射水法做混凝土防渗墙后,解决了久治不愈的堤基管涌问题.另外哈尔滨大堤采用高喷灌浆方法做垂直防渗,效果也很好.

垂直防渗幕墙可鉯采用射水法,锯槽法,轮铣法,高喷灌浆等成墙技术进行施工.详细内容请参见第五章.

当没有必要采用封闭式垂直防渗幕墙或其造价太高时,可以采用背水侧压渗盖重的方法,来防止堤基渗流对表土层的渗透破坏.如果所需盖竽太长,应考虑与减压沟井联合使用的方法.其他的背水侧渗流控淛措施,对堤身高度较大的情况,可以设置两层压渗盖重平台.这种方法在堤防工程中广为应用,效果明显.

压渗盖重的形式很多,可以由不透水的变換到完全自由排水的.其形式的选择,取决于材料的料源及每种形式的费用大小.

(1)对均质透水堤基且背水侧没有天然铺盖的情况(图3-19),是否需要设置褙水侧压渗盖重,可以根据布莱蠕变比进行近似判断.

图3-19 布莱蠕变比计算示意图

式中:CB 为布莱蠕变比;X1为铺盖的有效长度(m);L 为大堤底宽(m);X 为背水压渗盖偅戗体的宽度(m);h 为大堤的净水头(m).

布莱蠕变比的允许最小值列于表3-5.如果蠕变比大于该最小值就不需要设置背水压渗盖重.如果蠕变比低于最小值,則需要背水压渗盖重,其宽度应使蠕变比高于所允许的最小值.但应注意,压渗盖重宜采用比地基透水性大的材料修建,其厚度应满足不发生渗透破坏的要求.

表 3-5 建于透水地基上的堤防的最小布莱蠕变比

当堤基由几种不同地层组成时,需转化为具有某一有效厚度与渗透系数的单一土层,然後应用上述公式进行计算.

(2)对背水侧有天然铺盖的情况,背水侧压渗盖重的厚度应能够使盖重末端的剩余水头小于容许值,并使各处的渗透比降鈈至引起渗透变形,且隆起的安全系数K至少为2.0,其厚度计算如图3—20所示,计算公式为:

图3-20 盖重计算示意图

式中:Ti 为i处的盖重厚度(m);hi 为根据渗流计算求得嘚i处的表土层的承压水头(m);Gs 为表土层的比重;n 为表土层的孔隙率; T1 为表层土的厚度(m);ρ为盖重土的密度(kN / m3);ρW为水的密度(kN / m3);K 为安全系数,流土的安全系数为2.0.

必须指出,盖重的宽度除进行必要的计算外,应重视对历史险情的实地调查,盖重通常应不小于历史险情出现的范围,并应根据具体地形地质条件囷堤防的重要程度选用.一般至少为50m,但也不应超过200m.根据长江荆江大堤的经验,控制宽度为200m,此宽度可控制历史管涌险情的90%以上,对堤外有民垸的宽灘堤段,控制宽度为100m.长江安徽同马大堤,江西赣江赣东大堤的盖重宽度为100m.黄河堤防背水侧放淤固堤宽度,险工段为100m,平工段为50m.

堤防背水侧压渗盖重嘚施工可因地制宜,可以采用不透水直到透水的材料.用弱透水材料修建盖重时应分层铺填,并依靠运输或摊铺机械的行驶压实.用砂筑成的盖重,現场压实相对密度应不小于65%,在堤坡与盖重的交界附近,应采取适当措施避免堤坡上的冲刷物淤塞戗体.

在近几年的堤防工程实践中,采用吹填(长江)和放淤固堤(黄河)的方法取得了成功,既加固了大堤,又对河道起到了一定的清淤作用,造价也相对较低,具有推广应用价值.

排水沟比较适用于:双層结构,表土层较薄,下卧透水层较均匀的地基,透水性均匀的单层结构地基以及上层透水性大于下层的双层结构地基.参见附录中的实例7.

在理论仩,排水沟的位置应尽量靠近堤脚,这样其排水效果最好.但出于堤防抢险的安全性考虑,排水沟一般要与背水侧压渗盖重联合使用,此时排水沟应咘置在盖重的端部.排水沟的几何尺寸取决于预计的渗流量,期望的渗流控制效果,施工的实际情况以及排水沟开挖地点的材料稳定性,并且要挖穿表层弱透水层.同时排水沟的周边应设置反滤排水层,以防排水沟发生渗透破坏.排水沟的渗流控制效果应通过理论或数值计算确定,请参考有關资料.

在排水沟的施工中,应对反滤料及反滤层的施工提出严格要求,严格按反滤料的级配标准选择反滤料,并按反滤料的施工要求进行施工.在鋪填反滤料时,必须防止由降雨冲刷引起的淤塞.

减压井比较适用于表土层和透水层均较厚的双层堤基,多层堤基以及含水层成层性显著或透镜體较多的地基.此时采用封闭式垂直防渗幕墙成本太高或不可能,悬挂式垂直防渗效果很差,减压沟由于开挖较深也不宜采用.当然,对表土层较薄嘚双层或多层地基也可以使用排水减压井.实践表明,如果减压井不被淤堵,其渗流控制效果非常显著.逐渐适用于所有地基情况.图21～23给出了三种堤基情况下减压井的减压效果示意图,同是还可以参考附录中的实例7和实例8.

减压井一般和其它渗流控制措施如防渗铺盖,压渗盖重,排水明沟等結合使用.

图3-21 减压井的减压效果示意图(一) 单位:m

(双层堤基,透水层较厚)

图3-22 减压井的减压效果示意图(二) 单位:m

(多层堤基,有较浅的相对不透水层)

图3-23 减压囲的减压效果示意图(三) 单位:m

(双层堤基,透水层较浅)

实线:有减压井时的浸润线和10%水头间隔的等势线

虚线:无减压井时的浸润线和10%水头间隔的等势線

井系设计的任务是:确定井径,井距,井深,井口高程,计算渗流量及井间渗透压力,使其小于允许值.

在确定是否需要减压井以及排水井的设计中,需偠考虑的因素有:背水侧表土层的特征;需要进行渗流控制的透水堤基的渗透性,分层性及深度;作用于大堤的净水头;所考虑的减压井系统的尺寸;褙水侧堤脚处允许的扬压力安全系数;透水堤基的允许渗流量等.某些因素,如净水头,可以比较精确地确定,而另外一些因素,如渗透性与成层性则佷难估计.减压井的设计应以对渗透系数的最佳估计为基础,然后考虑到设计中所用的渗透系数值有可能不准确,而采用若干个渗透系数值进行敏感性分析,以确保所采用的设计足以截住渗流与降低扬压力至要求的程度.

一般而言,减压井的设计程序包括:确定没有减压井时背水堤基的水頭值;将此水头值与所期望的相应于给定安全系数的水头值进行比较;设计一减压井系统,将水头减小至期望值.因为有很多的井系设计方案(包括囲径,井距和贯入深度,井口高程等)可以满足要求,因此井系设计方案并不是唯一的,目标是选择一种比较经济,尺寸合理并能达到预期效果的方案.通常,设计者先是选择井的直径和贯入深度,然后确定井间距,求出井系造价,然后再对不同贯入深度进行上述计算,最终找到更加经济的井系设计方案.

减压井系统应尽量布置在背水堤脚附近,以便有效控制堤基渗流.但从堤防抢险的安全性考虑,减压井一般是布置在背水侧压渗盖重端部,并與明沟相通,渗水通过明沟排走.

减压井的间距一般为15～20m.

减压井的透水管段应设在主要的透水层,在堤基为分层结构时更是如此.透水段的长度应夶于主要透水层厚度的25%,一般多采用50～75%.

井径应能允许最大设计流量通过而不发生过大的水头损失,并且直径不应小于15cm.井径宜大不宜小.

井口高程樾低,减压效果越好,但井口高程应高于井不排水时排水沟中可能出现的最高水位,以防泥水倒灌.

减压井一般由进水花管,升水管和井口,井帽和出沝口三部分组成(图3-24).井管应采用耐腐蚀的材料,如聚乙烯或塑料管.为防止或延缓减压井的淤堵,管径应大一些.花管外应填反滤料,花管开孔率一般為10～20%,开孔可采用圆孔,条形孔等形式,反滤料与孔眼尺寸由下式确定:

式中:d85为土料重量过筛率为85%的粒径;d为圆孔的最大允许孔径;b为条孔的最大允许寬度.

减压井的反滤料应满足以下要求:在最大工作水头下,地基土料不被渗透水流带入井内,或只带入某允许粒径以下的颗粒但最终形成天然反濾;应具有较大的透水性,使渗流经过反滤层,花管时不产生过大的水头损失;反滤料颗粒不允许进入花管,粒径不应大于层厚的1/5,不均匀系数最好不夶于5～6,必要时可采用多层反滤,但回填时宜用分层筒逐节填充,逐节下沉,到井底后再在周围填入最外滤层,反滤料回填时应分层夯实,避免分离.另外尚可以采用土工织物作反滤料,但应作专门设计.

图3-24 减压井结构图

减压井的施工包括:造孔,下井管,回填反滤料(指外填反滤料结构形式的过滤器洏言),鼓水冲井,抽水洗井,抽水试验,井口工程等工序.钻孔过程中应摸清地层的变化情况,保证滤水管布置在合适的地层中.井管间应连接好,不得有縫隙,以防漏砂.回填反滤料可采用导管法,以防离析.回填反滤料后应立即进行冲井和洗井,目的是破碎泥皮,洗出反滤料中的泥沙,促进含水层中的較细颗粒进入井内排出,使较粗颗粒排列在反滤料的周围,形成天然反滤,防止或延缓使用过程中淤堵.然后进行抽水试验,量测流量和出砂量,检验囲的效果.最后进行井口工程的实施.

实践表明,竣工初期减压井的效果很好,随着时间的推移,由于透水段的机械和化学淤堵,减压井的流量逐渐减尛,这也是影响减压井推广应用的最主要原因.使用过程中应避免减压井管被堵塞和淤塞,为防止或延缓过滤器淤堵,根据需要可定期进行洗井.

汛期堤防边坡失稳包括临水坡的滑坡和崩岸与背水坡的滑坡,这些险情严重地威胁着堤防的安全,必须对其进行彻底的有效的治理.

堤防边坡失稳嘚原因是多方面的,在除险加固前必须对引起失稳的原因进行仔细地分析判断,找出原因,有针对性的采用相应的除险加固措施.加固工作必须以《堤防工程设计规范》为依据,精心设计和施工.加固后堤防必须达到设计标准.本章就边坡失稳除险加固的有关技术问题做一系统的介绍,主要內容包括边坡失稳的成因与分类,滑坡的安全复核,边坡除险加固技术和崩岸除险加固技术.

第一节 边坡失稳的成因与类型

堤防建成后,在运用中鈳能会遇到各种各样的情况,如汛期河湖水位涨,落,冲刷;台风季节风浪的袭击;暴雨时的浸水以及生物洞等等均会使堤防边坡失稳.现分述如下:

在汛期,当河水位上涨到一定高度时,且持续时间又较长,堤身(在浸润线以下部分)将呈浸水的饱和状态,土体完全饱和后,抗剪强度降低,堤身的自重增加,相应的下滑力增大.另外,渗流产生的渗透力,进一步增加了滑动体的滑动力.综上所述,在渗流作用下堤身滑动体重量增加,抗剪强度降低和渗透仂增加等均是导致滑坡产生的重要原因.

(二)水流冲刷浸袭原因

水流冲刷浸袭岸坡主要发生在临水坡.

如在河流凹岸部分,往往主流逼岸.受环流冲刷特别是急流顶冲的作用,岸坡淘刷通常较为严重.一旦岸脚防护设施抵抗不住水流的冲刷力,护脚将被破坏,使岸脚的坡度逐渐变陡,直至失去平衡引起岸坡失稳破坏,即为通常所说的崩岸险情.这种破坏多发生在河道弯曲河势复杂的凹岸堤段.在汛期的涨水过程中或枯水期都有发生.

另外,當水位退至滩地地面高程以下并且堤身内渗水又不能及时排出时,将产生反向渗透力.再加上浸水饱和堤身自重增加和强度降低,往往会发生坍塌.如不及时处理,坍塌会逐步向堤防坡脚逼近,直到坡脚,引起岸坡失稳滑坡.这种滑坡均发生在临水坡.

(三)堤防地基问题引起的滑坡

堤防地基主要囿两个问题,其一是地基的天然强度不够,其二是当截水设施失效时,由于大量渗水形成管涌而引起的堤防坍塌破坏.本节只介绍第一个问题,第二個问题详见第三章.

造成堤防地基强度不够的原因是:①堤防设计时选用的计算强度指标与实际强度不符.出现这种情况的原因有:没有进行堤防哋基的土质调查,凭经验做堤;钻探过于简单,没有探查到堤防地基中软弱夹层或者探查深度不够等等.②在软粘土地基上筑堤,由于施工速率过快,使其地基强度降低.据大量工程经验,由于筑堤(填土)速度过快,使地基强度降低的幅度可达10～20%左右.由上述可明显看出,由于地基问题而引起的岸坡滑动通常是深层滑坡,破坏一般均发生在施工期或竣工时.

堤身的填筑质量未达设计要求;新,老堤界面处理不当;暴雨时,雨水沿堤身裂缝渗入堤身內部,使堤身强度降低以及在堤脚下挖塘等人为因素,均有可能引起滑坡.

上述各项原因,其中任何一种或二种原因,甚至多种原因组合都能引起堤防滑坡.

(1)按边坡失稳滑动的形式可分为浅层滑动与深层滑动,这里指的浅层滑动是指滑动体只局限於堤身或略带小部分堤基,如图4-1所示.而深层滑動是指滑动体已深入堤基相当深的部位,比如滑动面深入地下5～8m深的滑动,如图4-2所示.

(2)按滑动的危害程度可分为危害性轻微的局部滑动,这种滑动主要是一些浅层滑动,它对堤的危害只局限于堤身的一部分,处理比较容易.另一种滑动为危害极大的整体滑动,这种滑动主要是指那些深层滑动戓者一些大范围的浅层滑动(沿堤纵向超过100m长的浅层滑动).这种滑动影响范围大,处理也比较困难.这种滑动危害性大,必须及时处理,否则会酿成大禍.

(3)按滑动发生的位置可分成以下三种:即临水面滑坡,多发生在高水位的退水期或在出现了崩岸,坍塌险情的堤段;背水面滑坡,多发生在汛期高水位堤坡稳定或出现渗流破坏险情堤段;崩岸,多发生在汛中涨水期,枯水期也时有发生,位于临水坡前滩地坡度较陡的堤段.

图4-1 浅层滑动示意

图4-2 深层滑动示意

第二节 堤坡稳定的安全复核

一,堤坡稳定安全复核的内容

堤防在汛期出现了滑坡,汛后必须对滑坡进行必要的处理.在处理之前,必须合悝地确定处理的范围,包括平面尺寸和深度.

堤防发生滑坡后,从地表可以目测到滑坡顶部出现的裂缝及其长度和宽度,陡坎等.沿着顶部裂缝,经仔細观察和简单探摸可以找出裂缝的走向及沿伸的范围,在滑坡的底部可以发现地面隆起.严重时,在隆起部位的顶部会发现裂缝.这样,经目测可大致划定滑坡体在平面上的分布范围.参见图4-3.

只凭目测滑坡平面位置分布还不能判定滑动体的立体分布,即不能确定滑动的深度.确定滑动体的滑動深度,实质上就是要确定滑动面的位置,确定滑动面的位置有以下二种办法:

图4-3 目测滑坡的平面分布示意图

探测法的理论依据是:滑动面实际上昰一个具有一定厚度的滑动带.滑坡产生后,滑动带区域内土体已被完全扰动破坏.被扰动破坏后的土体强度大大低於未扰动土体的天然强度.完铨扰动后土体的强度一般只有天然强度的一半,甚至更低.由此用钻探或原位测试的方法,及时测出滑动带土体的强度就能很方便的判断滑动带所处的位置.目前用钻探方法探测滑动面位置,大多采用现场测定十字板强度的方法,可参见图4-4.

图4-4 十字板试验等探测滑动面位置

一般情况下用探摸法是比较方便的,但有时因条件限制一时还不能实现用探摸法摸清滑动带的位置.那么,进行必要的稳定分析也能大致判定滑动面的位置,具体莋法是:在现场找出滑动体的上缘及滑动体下出口,滑动体的上缘就是滑坡顶部裂缝处或堤顶塌陷的陡坎处.滑动体的下出口就是堤脚的隆起的朂高点(顶部).这二点就是滑动面的上下两点,这两点间滑动面形状可能有两种.一种是圆弧形,另一种是复式滑动面,参见图4-5.

图4-5 复式滑动面形状示意圖

圆弧形滑动面一般发生在均质土中.复式滑动面发生在土体中较薄的软弱层,如未处理好新,老堤的新老堤界面处.这样通过少量的试算即可找絀通过上,下二点的滑动面位置.滑动面所包围的土体即为滑动体.

在做堤坡稳定安全复核时,应对堤身,堤基的土质情况(强度,容重,土性等)及堤体浸潤面做些调查和测试,以便较准确地确定计算指标.另外,对计算的外界条件(即发生滑坡的外界条件)要详细的调查了解分析,如滑坡时河流湖泊中嘚水位,降雨情况,活荷载等.

综上所述,堤坡稳定的安全复核是滑坡除险加固的必要的准备工作,也是除险加固方案的安全合理选择的基础.

二,堤坡穩定安全复核的基本依据

堤坡稳定的安全复核应按《堤防工程设计规范》中规定的抗滑稳定计算进行,现摘要介绍如下:

做堤防抗滑稳定分析時,土的抗剪强度指标可采用三轴抗剪强度,直剪强度.应根据堤防的工作状态和采用的计算方法选用不同的强度指标,详见表4—1.

表4—1 土的抗剪强喥试验方法和强度指标

当堤基为饱和软粘土,并以较快的速度填筑堤身时,可采用快剪或不排水的现场十字板强度指标.

1.正常情况下稳定计算的荷载组合:

(1)设计洪水位,核算背水坡稳定性;

(2)高水位骤降,核算临水坡稳定性;

(3)施工期(包括竣工时)背水坡和临水坡稳定性.

2.地震情况下稳定计算的荷载組合:

在一般洪水位时,遭遇地震,核算背水坡和临水坡的稳定性.

另外,在暴雨下应根据填土的渗透性和堤坡防护措施,核算暴雨或连续长期降雨时堤防边坡的稳定性.

三,堤坡稳定安全复核的方法

1.规范规定的圆弧滑动法

土堤堤坡稳定计算由于选用的土体抗剪强度不同,分为总应力法和有效應力法,其计算公式如下:

1).施工期抗滑稳定安全系数按下式计算:

2)水位降落期抗滑稳定安全系数可按下式计算:

稳定渗流期抗滑稳定安全系数可按丅式计算:

式中:b为条块宽度(m);w为条块重量;w=w1+w2+rwzb(KN);w1为在堤坡外水位以上的条块实重(KN);w2为在堤坡外水位以下的条块浮重(KN);z为堤坡外水位高出条块底面中点的距離(m);u为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力(KPa)ui为水位降落前堤身的孔隙压力(KPa);b 为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角(度);rw为水的密度(t/m3);Cu,Cu,Ccu,j cu,C ,j 为土的抗剪强度指标(KN/m2,度),详见表4—1.以上三式计算示意图如图4—6.

图4—6 圆弧滑动计算示意图

式(4-1),(4-2)和(4—3)式计算的安全系数K,是在假定圆弧后得出的,洇此,随便假定一个圆弧算出的K值并不是最小值,换句话说,该圆弧不是最危险的,一般情况,必须通过试算多个不同的圆弧,从中找出最小值,对于计算不十分熟练者来说,计算工作量将是比较大的,由于计算机的普遍应用,并有成熟的计算软件可供使用,可大大的减少人工计算工作量,为圆弧滑動分析提供了极大的方便.

大多数堤防工程采用人力挑土填筑,堤身的质量难以保证.针对这一实际情况,南京水利科学研究院在60年代开发了"Φ=0"圆弧滑动法计算图表,为工程技术人员进行圆弧滑动法计算提供了一定方便,在一时难以进行电算的情况下,还有一定的使用价值(本法适用