堤防加固设计中的若干技术问题_张家发
水利工程施工中防渗技术分析 张家亮
水利工程施工中防渗技术分析张家亮摘要：随着我国经济与科学技术的不断进步，水利工程建筑行业得到了快速的发展，施工项目日益的增多，水利工程建筑企业之间的竞争也变得越来越激烈。
各个企业要想在激烈的竞争中脱颖而出，就要从根本上做到保证施工的质量，这是最为首要的工作。
渗漏是影响水利工程建筑施工质量非常重要的一个因素，需要加强对防水渗漏技术的研究。
关键词：水利工程；施工；防渗技术引言水利工程属于我国基础的建设项目，水利行业发展的过程中，水利工程的规模逐渐扩大，水利工程施工时，为了提高工程的整体性和可靠性，应采取防渗技术，强化水利工程的控制。
防渗技术解决了水利工程中的渗漏问题，同时预防水利工程渗漏，规避潜在的渗漏风险，延长水利工程的使用寿命。
1 水利工程施工中的渗漏原因一是施工原因，水利工程施工的过程中，分包、转包、技术操作等因素，均会在水利结构中埋下风险隐患，导致水利结构缺乏密实性，经常长期运行后，在水利结构中引入渗漏问题。
二是自然降水，水利大坝如遇到强降水，或者大面积降水，水利结构长时间受到雨水冲刷，引起了渗水问题。
三是结构原因，水利工程的结构中，受到材料、设计、运营等因素的干扰，破坏了水利工程的结构，改变了水利结构的稳定状态，引发了裂缝、渗漏等，无法保障水利工程的防渗效果。
2 水利工程施工中的防渗技术2.1 水利工程建筑防渗施工防渗墙的设置2.1.1 单薄抓斗设置在设置水利工程防渗墙的过程中，使用的单薄抓斗技术其实质上用于粘土、砂土等颗粒剂，保证其属于额定的范围之内，单薄抓斗的方式具有非常显著的适宜性。
一般情况下，单薄抓斗的宽度大致上为30cm。
指在进行挖槽掘进的过程中，使用挖掘泥浆来有效的防护槽壁，在挖掘的过程中第一时间浇筑塑性混凝土，这就是单薄抓斗的成墙工艺。
一般情况下，防渗墙成墙深度大致上有几米或者是几十米，其距离是不一致的，在分析实际情况的基础上实现合理的有效的设置，最深防渗墙的深度实质上达到40m。
水库工程中水泥土防渗墙应用
水库工程中水泥土防渗墙应用一、防渗墙基本情况黑岗口调蓄水库位于开封市新老城区结合部，连霍高速公路以南，晋安路以北，开封新区1大街、附1大街以东，护城大堤西侧。
水库库区东西宽约1.2公里，南北长约5公里，总库容980万m3，兴利库容630万m3，规模为小（Ⅰ）型水库，水库设计灌溉面积25万亩，向开封市城市年供水3000万m3。
建筑物主要有水库堤防、防渗墙、水闸，水库周边采用水泥土防渗墙进行防渗，水泥土搅拌桩单排布置，搅拌桩桩径0.39m，防渗墙轴线长度约18km，墙顶高程75.0m，平均深度5m。
二、工程地质情况库区主要为第四系全新统地层，主要由轻粉质壤土、中粉质壤土、重粉质壤土及细砂组成，位于库区底部的重粉质壤土层为相对不透水层，该土层渗透系数平均值为6.95×10-5cm/s，可作为天然防渗体。
三、防渗方案比选根据库区地质特点，采用水泥土垂直防渗墙伸入库底重粉质壤土层形成闭合防渗体。
经技术、经济比较后宜采用水泥土搅拌桩垂直防渗方案，该方案能很好地满足防渗要求，且原材料取材方便、充分利用原土、节省材料、降低工程造价。
四、水泥土防渗墙技术原理水泥土搅拌桩防渗墙技术运用深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土墙，用水泥土墙作为防渗墙达到截渗的目的。
1、水泥土的固化机理水泥加固土的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应过程，土体中喷入水泥浆经搅拌使水泥和土体发生一系列的物理-化学反应。
当水泥浆与土体拌和后，水泥颗粒表面的矿物质与土体发生水解和水化反应，在颗粒间生成各种水化物，这是决定水泥土强度的主要因素，有的又发生离子交换和团粒化作用以及凝硬反应，使水泥土土體强度大大提高。
2、水泥土防渗墙成墙原理防渗墙成墙方法是用双动力单、多头深层搅拌桩机，通过主机的双驱动装置，带动主机的钻头，钻至设计深度，然后随搅拌随提升钻头至空口，在上述钻进及提升的同时，注入水泥浆，水泥浆与原土充分拌合。
连续并纵移桩机，多次重复上述过程，形成一道水泥土防渗墙。
浅析堤防工程施工中常见问题及解决方法
浅析堤防工程施工中常见问题及解决方法摘要：随着对环境的破坏，自然灾害越来越频繁的发生，堤防工程建筑引起了极大关注，但因堤防工程施工面广、工程量大、工序繁杂等特点，在堤防工程的施工过程中，工程质量问题时有发生，危及到人们的生命财产安全，所以全面的提高堤防工程的施工质量对社会的安定团结有着十分重要的意义。
关键词：堤防工程施工问题解决方法前言堤防工程是防洪体系的主要组成部分之一，每年新建、扩建、加固及维修的任务很多，在历次抗御大洪水的斗争中堤防工程都起到了不可替代的作用。
但很多堤防因为建设年代久远，施工技术及设备较落后，监督管理水平较差，施工质量得不到保证，每到遭遇较大洪水时，易出现险情，危及堤后人民生命财产，所以对堤防进行加固，提高其防洪能力是十分必要的。
一、常遇问题及原因分析1、清基深度模糊不清对原有堤防加固前，必须对其进行清基，将基面的淤泥、腐殖土、泥炭土等不合格土及草皮、杂植土等杂物全部清除干净后才能填筑土方，是保证新、老堤防紧密结合及提高防渗效果的关键步骤。
在设计中，一般考虑清基深度为15 ～30cm，但由于很多老堤防建成时间较早，表面及周围容易发生较大变化，如: 堤前和堤后存在大量鱼塘、苇塘，堤顶道路经过加固改造，堤防背水坡及堤脚有房屋建筑等。
这些变化都增加了确定清基深度的难度，施工过程中的清基深度往往与设计文件中的要求不一致，带来了清基深度模糊不清的问题。
其主要原因有两点。
（1）堤防表面及周围产生的变化使清基深度大大超出了一般设计考虑的范畴。
某大堤除险加固工程由于堤防背水坡甚至路肩处均存在大量民房，房屋地基深达1. 5m，必须将其全部挖除后才能进行新堤土方填筑; 堤防堤顶道路经附近砂石场自行采用块石及碎石加固厚度深达2m，而鱼塘和苇塘等又使淤泥及杂植土的厚度大大增加，均超过了一般的清基深度。
（2）在设计阶段未能彻底摸清现状堤防情况，施工单位在招标阶段对现场查勘不细。
由于设计及施工均未能较好地了解堤防现状，所以设计中不能够正确地反映清基的深度，而施工单位也无法在招标答疑和设计交底两个环节当中提出此问题，以便及早发现和解决问题。
堤防加固设计中的若干技术问题_张家发
收稿日期:1999-08-18作者简介:张家发,男,长江水利委员会长江科学院土工研究所副总工程师,教授级高级工程师。
文章编号:1001-4179(2000)01-0009-02堤防加固设计中的若干技术问题张家发 曹 星 李思慎(长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010)摘要:在《堤防设计规范》的指导下,对堤防加固设计工作中遇到的一些技术问题进行了分析讨论,堤防加固设计中应考虑的最主要因素是作用水头,它决定了堤防是否需要加固,以及加固方案和加固工程量。
堤防加固的技术措施包括外培、锥探灌浆、迎水面斜铺防渗材料、堤外铺盖、垂直截渗、设置减压沟、减压井、内平台和增加盖重等。
关 键 词:堤防工程;堤防加固;作用水头;长江流域中图分类号:TV871 文献标识码:A 随着社会经济的发展,长江中下游堤防在整个防洪体系中所承担的任务越来越重。
以湖北下荆江河段为例,1996、1998、1999年的洪水水位连连突破1954年的最高水位记录。
堤防经受高水位考验的频率越来越高。
建国以来,国家和人民群众投入了大量的人力物力进行防洪工程建设。
到1998年为止,仅长江流域就已累计完成了土石方40亿m 3,形成干支堤总长3万多公里,其中干堤长3600k m 。
但相对于总体规划来说,投入仍然不足,堤防较普遍地存在标准偏低、质量差的问题,加固加高的任务很大。
1998年长江、松花江、嫩江流域特大洪水后,国务院适时地提出了指导灾后重建的32字方针,加大了对防洪体系建设与完善的投入力度。
水利部门的科研设计单位因此承担了数倍于以往的方案论证和设计工作。
《堤防设计规范》(GB50286-98)的及时发布,对堤防加固工程的设计及其方案的审查、论证起到了重要的作用。
本文在土力学、渗流力学和《堤防设计规范》的指导下,结合防汛工作实践和堤防加固设计工作中遇到的一些问题,进行归纳总结,有针对性地提出一些建议,供参考。
1 堤身堤基现状的安全论证《堤防设计规范》10.1.1条规定,“已建堤防的堤身或堤基隐患严重,或洪水期发生过较大险情,经安全鉴定认为堤的断面尺寸、强度及稳定性不能满足防汛安全要求的,均应进行加固”。
堤围常见问题及其加固技术分析
堤围常见问题及其加固技术分析霍树强肇庆市鼎湖区丰乐围管理所摘要：本文将结合笔者实践经验，对堤围常见问题进行分析，并在此基础上探讨其有效的加固技术，以供广大同行参考与交流。
关键词：堤围；问题；加固；技术；分析1堤围常见问题分析根据笔者对部分水利工程实例研究以及自己多年工作经验来看，堤围常见问题根据时期不同划分主要由两方面：第一，发生洪水后。
发生洪水之后，水利工程堤围容易出现堤身（堤基）滑坡、裂缝或者是渗漏等问题；第二，日常时期。
水利工程堤围在日常时期中常见的问题主要是堤身滑坡、裂缝以及渗漏这三类。
由此可见，水利工程堤围常见问题主要是堤身滑坡、裂缝以及渗漏。
首先，堤围滑坡问题。
堤围滑坡可以说是最为严重且危害最大的问题，其产生的原因从笔者研究来看通常涉及四个方面：①受各种原因所影响排水棱体出现失灵情况，这就导致堤身因浸润线抬高而诱发滑坡现象；②堤围建设时没有注意控制坡度，而使其过于陡；③堤基是弱土层或者淤泥；④承建方没有严格依据施工方案要求确保堤围压实度达到标准。
其次，堤围裂缝问题。
裂缝是堤围较为常见的问题类型，它根据走向不同能够分成横纵向以及龟裂三种裂缝，而根据成分则分成滑坡、干缩与沉降。
从实际情况来看，堤围裂缝分布极广，在堤围各部位都能见到，它产生的原因在于三个方面一是土体滑坡，二是局部沉陷，三是堤围土体干缩。
最后，堤围渗漏问题。
渗漏是堤围另外一个常见问题，它的表现是堤身中出现水分流出，尤其是土质堤坝更为常见。
结合实践可知，由于堤围构筑中主要是采用具有一定的透水的土料，在这种情况下堤围夯实度达不到要求的话，堤身在高水压作用下容易使得水分渗入到坝体土料中去，此时出逸点、浸润线会因此而被抬高，假如不采取有效的措施予以解决的话，那么轻则导致渗漏情况加剧，重则将会诱发塌坑、漏洞等问题！2堤围加固技术分析2.1堤围裂缝的处理技术2.1.1开挖回填法在处理堤围裂缝时，一种常用，且较为彻底的处理方法就是开挖回填法，该种方法往往适合用在表面裂缝较浅和防渗部位的裂缝。
堤防加固设计中的若干技术问题分析
用水 头与 出逸 比降 成 正 比 ， 而抗 浮 不 稳 定 。 必 须采 取 措 施 进行 加 固 处理 尤 其 当 出逸 比 降 超 过 覆 盖 层 的 允 许 比 降 。或抗 浮稳 定 系数 小 于设 计要 求 的 抗 浮 稳 定 安 全 系数 时 。 作 用 水 头 至 关 重要 ． 专 家技 术人 员应 重视 其对 覆 盖 层 厚 度 的影 响 ， 以便 更好
结构 在 水 利 工 程 中的 运 用
邻 块允许 高差 ４ ～ ６ ｍ， 施 工中严禁 采用 台阶缝 ； ⑤ 为防止并 缝
目也 非 常 多 ， 大体 积 混凝 土 的使 用 ＂ ３然也 非 常 常见 。 － 如何控制
好 大体 积 混 凝 土 的 温 度 以及 裂 缝 的 防 治 一 直 以来 都 是 水 利 工
① 基 础 约 束 区混 凝 土 在 设 计 规 定 的 间歇 期 内连 续 均 匀上 程 的 重点 也 是 难 点 ． 本 文笔 者 结合 自身 工作 经验 ， 简单 了探 讨 升， 基 础 约束 区混 凝 土 宜在 低 温 季 节施 工 ； （ 脱 离基 础 约束 区 了温控 措 施 和 裂 缝 的 防 治 ． 旨在 能 够 为 我 国水 利 事 业 的发 展
基本作到短 间歇、 连 续均匀上升 ； ③ 相邻坝体 的高差宜控 制不 做 出微 薄 贡 献 ． 同 时也 希 望 能够 有 更 多的 专 业 人 士 共 同探 索 超过 ８ ～ １ ２ ｍ， 相邻坝段 高差也应基本 上控 制在 这范 围； ④采 用
错缝施 工 ， 相 邻 块 要 均 匀上 升 ， 为 防止产生 尖角裂缝 ， 控 制 相 大体 积 混 凝 土 温 控 与 裂 缝 防 治 ．共 同推 动 我 国大 体 积 混 凝 土
对长江干堤加固工程中一些问题的思考
第23卷第4期水利水电科技进展2003年8月作者简介:陈祖煜(1943—),男,浙江镇海人,教授级高级工程师,主要从事土石坝和边坡工程研究.对长江干堤加固工程中一些问题的思考陈祖煜(中国水利水电科学研究院,北京 100044)摘要:对长江干堤加固工程中有关大堤土方填筑、坡面防护、填塘和压戗、防洪墙结构和崩岸治理中的一些技术问题展开讨论并提出相应的建议.指出国家应加大水利科学研究方面的投入,结合实践开展科学试验,逐步掌握沉水固堤的自然规律.关键词:堤防加固;坡面防护;崩岸治理;长江中图分类号:T V698.2+3 文献标识码:A 文章编号:1006Ο7647(2003)04Ο0004Ο04 自1998年洪水后,国家在长江干堤加固工程中投入巨大资金,对一些险工险堤进行了整治和加固,取得了重大成果.笔者在最近几年赴大堤进行了数次考察,发现在崩岸治理、堤防加固等方面尚存在一些问题,急需通过深入的调查研究,获得符合自然规律的认识,现以引玉之砖记述如下.1 大堤土方填筑111 现象笔者在湖南、湖北大堤加固工程现场考察时,惊讶地发现千里大堤上竟见不到一台羊足碾或凸块汽胎碾,而江西的全部和安徽的部分大堤使用了重型压实机械.仔细了解个中原因,是因为堤防施工规范将Ⅰ,Ⅱ级大堤的压实度规定为0.94和0.92[1],相对于Ⅰ,Ⅱ级土石坝的压实标准(0.99～0.98)分别降低了4%和6%.监理和施工单位称,按这个规定不用重型压实机械也可满足要求了.湖南、湖北、安徽三段大堤压实后干密度的直方图如图1所示,可见,湖南段大堤干密度为1.45～1155g/m 3;湖北段大堤干密度为1.52～1.55g/m 3;而在经羊足碾碾压的安徽段大堤干密度为1.55～1.64g/m 3.显然碾压机具不同,大堤的干密度也不同.112 讨论首先,让我们弄清大堤的压实标准降低会导致什么后果.我们知道,1998年洪水的一个险情是下游漫浸、脱坡(即滑坡).由于1998年洪水持续了2个月,往往在洪水浸泡时间较长后,险情骤出.那么,为什么一个土石坝,长年挡水也不会出现这一险情,图1 大堤压实后干密度的直方图而堤防却不能抵御1～2个月的洪水呢?显然,这是与堤防压实质量有关的一个问题.不使用重型碾压机械,不仅增加了土的孔隙率,降低了土的强度指标,而且使层间结合无法保证紧密.重型碾压机械的一个重要作用是通过碾子上的凸块,消除了层间的层面.这在土方施工中是十分重要的.笔者认为,长江Ⅰ级和Ⅱ级大堤的重要性并不比Ⅰ级和Ⅱ级大坝低.即便是等级稍高的公路填方,也要求使用重型碾压机械.在未经充分论证的条件下,降低大堤的压实标准是不适宜的.在现有的拖拉机后面拖一个羊足碾,并不会给施工的单价带来重大的变化,但是,它会给我们的大堤压实质量带来根本性的改善.因此从技术经济比较的角度分析,适当提高碾压标准是应该的.113 建议a.在修订的土石坝施工规范[2]中明确规定,Ⅰ,Ⅱ级大堤应使用重量不低于10t 的羊足碾、凸块碾等重型压实机具压实.b.对土的压实标准进行专题研究,以期对设计规范中关于大堤土的压实度标准作出科学的规定.2 坡面防护211 现象大堤和外滩的水上部分通常采用干砌或浆砌块石保护.在本次长江大堤加固工程中,各省都不约而同地大面积使用了如图2所示的六边形浆砌混凝土块.由于块石用量巨大,因此,研究新的护坡型式很有必要.但是,笔者对这一新型护坡结构的适用性和细部结构合理性方面尚有一定的疑虑.图2 六边形浆砌混凝土块212 讨论对现有的六边形混凝土块这种新型护坡形式设计,笔者提出以下质疑.a.抗风浪稳定问题.混凝土板在风浪作用下的稳定性尚需作一定的试验论证.平板结构较块状结构的抗风浪稳定性显然较差.如图3所示,对于小尺寸的平板结构,可以预计整个底板均承受了一个相当于图4所示浪高的水压力.这样,只要有40cm 的浪高,就足以将一个12cm 厚的平板掀起.图3 平板结构抗风浪稳定性示意图图4 湖北荆南大堤六边形浆砌混凝土块的典型设计b.排水问题.混凝土板后的排水层对保持其稳定性具有举足轻重的作用.但在相当一部分的混凝土板护面系统中,对此排水通道未予足够重视.①如图4所示的设计,没有在坡趾处的浆砌块石齿墙周围设一环绕的排水层,这样,板后的排水层中的水最终没有出路;②有的面板在接缝处钻 20mm 的圆孔,这样的圆孔极易淤堵,实际上不起作用;③在黄岗大堤浠水段,混凝土板系统干脆与位于上游坡址的防渗墙直接相接,板后的排水层与土坡之间又布设了一块塑料布,导致排水层中的水没有出路.c.抗滑稳定问题.规范规定排水层应使用碎石和砂等透水材料.但是在一些碎石不易获得的地区,设计者允许使用卵石(图4),这些滚圆度极好的卵石与混凝土板的摩擦系数很小,能否保证护坡板在风浪作用和水位降落等工况下的稳定,是一个值得关注的问题.213 建议a.在每个汛期结束后,组织力量对护坡的工作状况作专题调查.通过一段时间的考察,对这些六边形混凝土块结构用于长江大堤的可行性作出评价.b.专题研究混凝土块与砂卵石的摩擦系数,评价使用砂卵石作为护坡排水层的可行性.c.通过一段时间的调查和实践,对六边形混凝土板及其排水系统提出一个标准的设计方案.3 下游填塘和压戗311 现象为了防止管涌,在条件许可的情况下,长江大堤下游坡30～50m 的范围内,都布置一个压戗台,如果坡后有水塘,则要求回填.规范规定填塘和压戗都要使用透水材料.但令人遗憾的是,当承包商发现无法使用透水材料时,便随心所欲地回填粘粒含量很高的土.312 讨论管涌是危及长江大堤最严重的灾害现象,图5是笔者对湖北省1998年长江大堤发现的管涌现象发生位置的统计.从图5中可看出:①60%的管涌发生在距下游坡趾50m 范围内,而这部分管涌对大堤危害最大;②在50m 以外仍有相当的机会出现管涌,因此单纯依靠延长渗径难以达到防止管涌的目的.图5 湖北省1998年长江大堤管涌发生位置统计 由此可见,下游面压戗必须具有两个作用:①在距坡趾内30～50m 管涌高发区范围内压住管涌口,防止砂土流出;②在这一范围,就地释放水压力,防止承压水迁移到下游无压坡处逸出.使用粘性土作为压戗,上述第二个目的无法实现,因此,是不能接受的.313 建议如果限于条件,无法在附近找到透水的砾石或碎石,也无法从外滩吹填砂土作为压戗,那么,至少可以在压戗和被保护土之间铺设一层厚30cm 的碎石或砂卵石.4 防洪墙设计411 现象防洪墙多设在城市和重要厂矿地段.1998年九江防洪墙决口以后,长江大堤的大部分防洪墙均进行了重建.笔者对所见的防洪墙设计中的下面两个问题提出讨论.a.部分防洪墙设计过于保守,图6为九江大堤重建部分剖面.可见,除对墙体混凝土足量配筋外,墙的前、后侧堤内打了两道连续墙.b.一部分防洪墙顶不能满足规范对堤顶宽度的要求,不利于抗洪抢险.图6 九江大堤重建部分防洪墙剖面(单位:cm )412 讨论对于图6所示的防洪墙,为何在下游侧地基内设连续墙,尚未见确切的解释.就其结构而言,大致是为了满足规范中对防洪墙设计曾提出的应“满足地基承载力”的要求.但如何确定地基承载力,规范并未作具体规定.假如我们将防洪墙看作建在大堤这样一个特殊地基上的建筑物,那么,可以借鉴工业民用建筑中确定对地基承载力的思路.对于一个半无限无重量均匀介质的情况,普兰德尔提出以下理论公式:q u =cN c +qN q (1)式中:q u 为地基承载力;q 为两侧地面荷载;c 为抗剪强度指标.N c 和N q 定义为:N c =(N q -1)cot φ(2)N q =eπtan φtan 2(45°+φ/2)(3) 但是,地基具有水平地表面,而大堤两边为边坡,因此,无法直接套用.我们需要了解上述计算公式是怎么提出的,然后按相同的思路,为土堤上设有建筑物的情况提出承载力计算方法.普兰德尔假定土体沿图7中虚线所示滑面发生剪切破坏,在此基础上提出了式(1)这样的闭合解,在荷载倾斜、偏心,地基土重量不可忽视的情况下,再在公式(1)的基础上提出一系列的修正系数.图7 工业民用建筑中确定地基承载力的计算简图根据这一思路,防洪墙的承载力无非是沿图6虚线所示滑裂面的稳定问题[3].需要确认沿所有可能的滑裂面安全系数均满足要求.当然,除承载力外,防洪墙设计还存在一个沉降控制和校核墙踵处(图6中的A 点)接触应力问题.对这些问题也可以提出具体的核算方法.如果所有这些复核均过关,或可通过其他更经济的方法予以解决,如提高土堤的压实度,放缓边坡等,就不必设置代价昂贵的地下连续墙.关于防洪墙顶较窄的问题,应该意识到,目前长江堤防的设计洪水位标准还不是很高的.堤顶高程一般比1954年洪水高150cm .遇超常洪峰,尚需在堤顶设子堰临时挡水.墙顶很窄的防洪墙,不利于抗洪抢险,对此问题应提出解决方案.413 建议a.在堤防设计规范中明确防洪墙地基承载力的计算方法,并要求通过不同方案的技术经济比较,采用合理的防洪墙基础处理措施.b.当防洪墙的宽度不能满足规范要求时,应适当增加墙高,或预设抵御超常洪水临时胸墙的结构.5 崩岸治理511 现象崩岸导致外滩收缩是危及长江大堤的重大自然灾害.在巨大的堤防加固投资中,约30%～40%的工程量用于崩岸治理.本次长江干堤加固,在开发新型的崩岸治理工程方面作了较大的努力,现有的技术已能够在水下20m 处铺设沉排、土工布和模袋等防护设施,其单价通过竞争可降至100～150元/m 2.最近,中国水利水电科学研究院在江西棉船洲水下已抛石的地段也进行了水下铺设,但在长达几千公里的江岸上,目前主要采用的工程措施还是抛石.图8是长江干堤崩岸最严重的堤段之一———荆江门堤段的水下实测资料.可以发现,在1999～2000年,该堤段从靠近深泓处(虚线所示地面)冲刷成实线所示地形,坡脚掏刷导致江岸崩塌,2000年在被冲刷地面上抛石.2001年9月笔者前往考察,发现新抛的石块面出现了明显的开裂和下沉,可以推测,由于深泓的进一步掏刷,新抛的石块很快就会崩溃,唯一的补救措施是继续抛石,稳住坡脚.图8 荆江门堤段水下实测资料(单位:m )512 讨论有关抛石的有效性和施工质量控制可靠性方面的争论从来没有停止过.但是,年复一年的大规模抛石仍然是所有人必须面对的事实.2002年5月在下荆江段出现的1km 左右的崩岸,再一次引起人们对抛石有效性的质疑.长江崩岸的治理是不是还要长期依赖于抛石,有没有必要和可能采用更加先进、合理的技术全面代替传统的抛石.从图8所示江堤水下冲刷的过程可以看到,护岸工程的要点是保护靠近深泓处的坡脚.深泓和坡脚不保,江堤永无宁日.为此,笔者再一次向学术界和工程界同行呼吁研究由荷兰专家提出的抛投大体积土工包的建议[4],如图9所示,使用改装后的开底船,将江河中的淤泥吸入预先铺设在开底船厢体内的土工布中,缝好扔入江心中.此类土工包最大体积曾达800m 3.按一定设计铺设的土工包可确保深泓不被淘刷.图9 抛投大体积土工包技术有人怀疑,土工包会被江中已投放的抛石戳破.存在这种担心是可以理解的,但仅仅因为有这个可能就断然否定这一工程措施,放弃努力,那就令人难以接受了.笔者认为,土工包不会被抛石戳破,否则运动员就不敢从10m 跳台往游泳池内跳了.弄清是否存在这一可能并不困难.离心模型试验可以满足全部相似律,在现场抛投较大的石块甚至1∶1的实体都是可能的.笔者在此还想讨论一个崩岸早期诊断、早期治理的问题.在中国水利水电科学研究院承担的江西江新洲水下防护工程中,设置了在大坝监测中常用的视准线,用滑动钻标精密地测定江岸的水平位移.这一方法花钱不多,却十分有效.江西其他段江堤也纷纷效法.长江大堤的绝大部分崩岸多发区通视条件很好,如果对这些堤段进行长期的位移监测,就有可能在江堤崩岸前数个月发现其细小的异常变位,此时如立即加固江堤就能保住.这就像癌症的早期诊断和治疗,如果说我们还没有能力彻底征服这一灾难,那么通过早期发现和及时采取措施,不失为一种有效的措施.513 建议a.立专项对1949年以来使用抛石治理长江崩岸的有效性进行回顾和研究,提出客观的、符合实际情况的论证报告.b.立专项研究利用大体积土工包稳定深泓和保护工程坡脚的可行性.c.在已完成的江堤崩岸治理工程上布施简易的位移和沉降设置,进行长期观测,编制相应的数据库软件,及时发现隐患.在“早期发现,及时加固”的思想指导下,开展崩岸治理工作.6 结 语1998年洪水后,国家投资1200亿元用于以防洪为目标的水利基本建设,其中堤防加固投资达630亿元.与如此巨大的基本建设规模相比,科学研究方面的投入太少了.治水固堤有其自身的自然规律,需要结合实践开展科学试验,方可逐步掌握这一规律.此文的目的在于引起各界的广泛重视,以期长江大堤加固工程真正做到“利在当代,功在千秋”.参考文献:[1]S L260Ο98,堤防工程施工规范[S].[2]G B50826Ο98,堤防工程设计规范[S].[3]陈祖煜.黄文熙讲座:土力学经典问题的塑性力学上、下限解[J ].岩土工程学报,2001(1):1～11.[4]陈祖煜,孙玉生.长江堤防崩岸机理和工程措施探讨[J ].中国水利,2000(2):28～29.(收稿日期:2002Ο08Ο05 编辑:张志琴)ADVANCES IN SCIENCE AN D V ol.23N o.4 TECHN OLOG Y OF WATER RESOURCES Aug.20th2003Dem and2supply balance of river basin w ater resources of different qualities/W ANG T ong2sheng,et al(Taihu Lake Basin Authority o f Ministry o f Water Resources, Shanghai200434,China)Abstract:The significance of research of the demand2 supply balance of water res ources of different qualities is discussed,and a specific research method is put forward. The key point of the method is to com pare the v olumes of water of different qualities taken by water users with the v olumes of water res ources available in the same region, s o as to obtain the in formation on shortage or surplus of water of different qualities.Then,an analysis is made of the v olume of water consum ption in1998in the T aihu Lake Basin.The result shows that,owing to the high rate of water reuse and water diversion from the Y angtze River,the problem in water v olume does not exist,but the water quality2induced water shortage is very serious: the water of grade2III and grade2V is lacked. Furtherm ore,the application of the above method to planning is discussed.K ey w ords:v olume of water res ources;water quality; demand2supply balance;T aihu Lake BasinR eflection on some problems in Yangtze River embankment reinforcement project/CHE N Zu2yu (China Institute o f Water Resources and Hydropower Research,Beijing100044,China)Abstract:A discussion is made on s ome technical problems in the project of rein forcement of the Y angtze River embankment,including earth2rock placement, slope protection,pond filling and densification,flood wall structure,and remediation of bank avalanche,and s ome suggestions are put forward.It is als o proposed that the investment in scientific research of water conservancy should be increased,and scientific experiments should be performed in combination with practice,s o as to grasp the natural regularities of embankment rein forcement by rock filling.K ey w ords:rein forcement of embankment;slope protection;remediation of bank avalanche;Y angtze RiverAnti2crack mechanism of concrete shrinkage compensation/LU Dian(Research Institute o f Construction Science o f China Water Conservancy and Hydropower Engineering Bureau12,Jiande,Zhejiang 311600,China)Abstract:Based on a large number of experiments,a dynamic control theory and method for concrete shrinkage com pensation are proposed for research of the effect and safety of the concrete shrinkage com pensation technique. The addition of a certain am ount of VF anti2crack additive in concrete can make the concrete expansion curve approximately agree with the concrete shrinkage curve, ensuring that the concrete can meet the requirement for its tensile strength during the process of its v olume deformation,thus,the cracking of concrete can be effectively controlled.K ey w ords:concrete shrinkage com pensation;shrinkage crack;shrinkage stress;shrinkage strain;concrete anti2 crack additiveC auses of Yellow River drying up in source region and countermeasures/KE Su2juan,et al(Yellow River Institute o f Hydrology and Water Resources,Zhengzhou 450003,China)Abstract:The causes of the river drying up are analyzed based on the characteristics of precipitation and runoff and variation of the ecological environment in this region in recent years,including the small am ount of precipitation, climate warming up,and human activities.The drying up of the Y ellow River causes the deterioration of the ecological environment,meanwhile,the deterioration of the ecological environment accelerates the process of river drying up,forming a vicious circle.Finally,s ome countermeasures are proposed for prevention of the river drying up,i.e.strengthening hydrologic,meteorologic, and eco2environmental m onitoring and experimental research,intensifying unified planning and management of hydro projects and unified operation and management of water v olume in the s ource region of the Y ellow River, and establishing and perfecting laws and regulations to im prove the eco2environment.K ey w ords:s ource region of Y ellow River;cause of river drying up;quantity of precipitation;ecological environmentC alculating models for shadow prices of industrial and productive w ater and their application/LI U X iu2 li,et al(Institute o f Mathematics and Systems Science, Chinese Academy o f Sciences,Beijing100080,China)。
堤防的渗透破坏及其治理方法综述
堤防的渗透破坏及其治理方法综述陈西安河海大学岩土工程研究所，南京（210098）E-mail：xian12617@摘要：大量的洪灾资料表明，堤基与堤身渗流对河道堤坝破坏危害最大，其发生的数量多，分布范围广，其易诱发重大溃堤险情。
本文对堤防渗透破坏的研究现状作了总结，详细归纳了堤防渗透破坏的类型和分类方法；渗透破坏类型的判别方法；总结了堤防渗透破坏的各种计算方法及其优缺点，分析了各种计算模型的原理和特点。
简要介绍了堤防工程中的垂直防渗工程，其中悬挂式防渗墙在阻滞渗透破坏中的作用有待于进一步研究。
关键词：堤防渗透破坏；管涌；分类；判别;悬挂式防渗墙1引言洪涝灾害是我国危害最大、造成损失最严重的自然灾害。
而大量的洪灾资料表明，堤基与堤身渗流对河道堤坝破坏危害最大，其发生的数量多，分布范围广，其易诱发重大溃堤险情 [1]。
中国已修建江河湖海堤防长度达26km，不少工程质量很差，需进行防渗加固处理的占相当大的比例；已建成水库8.5万多座，其中病险水库约占1/3，加固任务十分艰巨紧迫[2]。
1998年长江流域大水，除个别江堤决口外，沿江发生管涌冒沙等险情9405处，其中因渗漏问题出险的7548处，出现了险情丛生的紧张局面。
长江中游540个重要堤防险情中有90%是由堤基问题引起的，其中90%又是为管涌所致[3]。
2堤防渗透破坏的分类在渗流水作用下土颗粒群体运动，称为“流土”。
填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为“管涌”。
通常将上述两种渗透破坏称为管涌（又称翻沙鼓水，泡泉）。
其实，堤防工程中常说的管涌基本上都是土力学中的流土破坏。
2.1堤身渗透破坏的分类堤身的渗透破坏包括三种类型：渗水（散浸）造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。
分述如下：1.堤坡冲刷堤坡冲刷系由背水堤坡渗水所致。
一种是堤坡的出溢比降大于允许比降而产生的渗透破坏，另一种是渗水集中后造成对坡面的水流冲刷。
2.堤身漏洞堤防背水坡及堤脚附近出现贯穿堤身的流水孔洞称为漏水洞。
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收稿日期:1999-08-18作者简介:张家发,男,长江水利委员会长江科学院土工研究所副总工程师,教授级高级工程师。
文章编号:1001-4179(2000)01-0009-02堤防加固设计中的若干技术问题张家发 曹 星 李思慎(长江水利委员会长江科学院,湖北武汉430010)摘要:在《堤防设计规范》的指导下,对堤防加固设计工作中遇到的一些技术问题进行了分析讨论,堤防加固设计中应考虑的最主要因素是作用水头,它决定了堤防是否需要加固,以及加固方案和加固工程量。
堤防加固的技术措施包括外培、锥探灌浆、迎水面斜铺防渗材料、堤外铺盖、垂直截渗、设置减压沟、减压井、内平台和增加盖重等。
关 键 词:堤防工程;堤防加固;作用水头;长江流域中图分类号:TV871 文献标识码:A 随着社会经济的发展,长江中下游堤防在整个防洪体系中所承担的任务越来越重。
以湖北下荆江河段为例,1996、1998、1999年的洪水水位连连突破1954年的最高水位记录。
堤防经受高水位考验的频率越来越高。
建国以来,国家和人民群众投入了大量的人力物力进行防洪工程建设。
到1998年为止,仅长江流域就已累计完成了土石方40亿m 3,形成干支堤总长3万多公里,其中干堤长3600k m 。
但相对于总体规划来说,投入仍然不足,堤防较普遍地存在标准偏低、质量差的问题,加固加高的任务很大。
1998年长江、松花江、嫩江流域特大洪水后,国务院适时地提出了指导灾后重建的32字方针,加大了对防洪体系建设与完善的投入力度。
水利部门的科研设计单位因此承担了数倍于以往的方案论证和设计工作。
《堤防设计规范》(GB50286-98)的及时发布,对堤防加固工程的设计及其方案的审查、论证起到了重要的作用。
本文在土力学、渗流力学和《堤防设计规范》的指导下,结合防汛工作实践和堤防加固设计工作中遇到的一些问题,进行归纳总结,有针对性地提出一些建议,供参考。
1 堤身堤基现状的安全论证《堤防设计规范》10.1.1条规定,“已建堤防的堤身或堤基隐患严重,或洪水期发生过较大险情,经安全鉴定认为堤的断面尺寸、强度及稳定性不能满足防汛安全要求的,均应进行加固”。
其条文说明又指出,“堤防的安全鉴定是对所研究堤段的防洪能力的综合检验和评价,是堤防加固设计前工作的重要组成部分”。
这一要求首次明确了堤防加固工程与其它病险水利工程的加固设计一样,先必须进行安全鉴定工作,具有科学性。
经过安全鉴定后,加固设计就有了针对性,立项审批有了重要依据。
而且,加固工程竣工验收时也应该根据加固前的安全鉴定结论和加固设计文件,确认堤防加固工程是否达到了预期效果,堤防工程是否达到了设计条件下的安全运行条件。
1998年大汛以来,长江流域堤防加固工作的任务十分繁重,工程勘测、试验、设计、立项审查和施工等每个环节都要在进度上考虑到2～3年内堤防再次经历大汛的可能(实际上长江中下游的部分堤段1999年汛期已在仅次于1998年历史最高水位的条件下运行),时间非常紧迫,加上规范是刚刚发布的,还没有形成一套堤防安全鉴定工作程序(只是水闸安全鉴定已有水利部颁布的规定SL214-98可依),目前都还没有在堤防加固设计之前专门进行安全鉴定工作,而只是在加固设计的过程中进行堤防工程的安全论证,在设计文件中阐明堤防工程与规范要求之间的差距,结合在实际运行过程中发现的险情和隐患论证加固工程设计的必要性。
在当前情况下,这种设计过程中的安全论证是对规范要求的一种变通,适应于目前堤防加固工作任务集中、繁重的形势。
但是,安全论证必须从以下几个方面切实进行才能保证这种变通不至于失控。
(1)根据堤防工程的规划和堤顶高程测量资料判断堤身是否满足拦挡设计洪水位和安全超高的要求;(2)根据堤身断面测量资料(顶面宽度、堤身内外坡坡比、戗台和内外平台情况)及填土的性质、密实度等勘探试验成果判断堤身的挡水防渗能力,并结合堤基地质条件分析堤身和堤坡的稳定性;(3)根据堤身堤基的勘探资料分析堤身堤基的渗透稳定状态和堤基的抗浮稳定状态;(4)根据工程区所属地震分区和堤基地质条件判断是否存在振动液化问题;(5)要尽可能收集和利用历史险情资料和原型观测资料,以便充分论证加固设计;(6)要尽可能进行土堤堤身生物洞穴及其防治历史情况的调查,对于近几年未曾挡水的堤段,这一点尤为重要;(7)要根据河势和水流条件分析无外滩或外滩较窄时基础淘刷可能对堤身稳定造成的影响;(8)对防浪林、防风林的完好情况,防汛公路及其它防汛和管理设施的情况也应该做出调查和评价。
2 堤防加固设计应考虑的最主要因素在堤防工程加固设计应考虑的诸多因素中,最主要的莫过第31卷第1期人 民 长 江Vol .31,No .12000年1月Yangtze River Jan ., 2000DOI :10.16232/j .cn ki .1001-4179.2000.01.004于作用水头。
对于堤防工程来说,作用水头可以定义为洪水水位与堤内坑塘水位或一定范围内地势最低点高程的差值。
堤防在汛期实际承受的作用水头是随洪水水位的升降而变化的。
通常防汛技术人员密切关注的是洪水水位,但对具体堤段起决定作用的实际上是作用水头。
当采用围井抽水反压作为防汛抢险措施时,目的就是降低作用水头来改善堤防的安全状态。
堤防加固设计所要考虑的是对应于设计洪水位的作用水头,它从下述方面影响堤防工程的加固设计。
(1)作用水头决定了设计水位条件下堤身所承受的水荷载,在不同的作用水头下,其水位下降过程对堤防的影响也是不同的。
长江中下游一些地段的堤防是在岗地上填筑的,有的地段由于城镇的开发已将堤内地面填筑到与设计水位相近的高程(如安徽省安庆市区部分堤段)。
这些情况下,堤防的设计作用水头很低,堤身的净高相应地也很低(可能在3m以下)。
此时,堤身的设计标准可以适当降低,如堤坡不一定要达到1∶3的坡比;如果不作为防汛道路,堤顶宽可以降低要求;堤内外不一定要设置平台等。
而有的堤段由于地势低,或堤内有坑塘,设计水位条件下的作用水头很高,如湖北松滋江堤两利闸和罗家潭断面的作用水头分别为8.8m和9.1m,湖北荆南长江干堤双石碑断面的作用水头为8.1m。
这样高的作用水头不仅决定了堤身要高,而且堤身和堤坡稳定的复核计算更显必要;堤身、堤基渗流控制的要求更加突出,加固工程量更大。
(2)作用水头决定了堤身中的浸润线和出逸点高程,以及堤身堤基中的水压力分布和出逸比降。
以表层为弱透水覆盖层的二元结构地基为例,作用水头越大,则出逸比降就越大,抗浮稳定系数越低。
当出逸比降超过覆盖层的允许比降,或抗浮稳定系数小于设计要求的抗浮稳定安全系数时,就必须采取措施进行加固处理。
换句话说,当地层土性不变时,作用水头不同,为保证堤防安全运行所要求的覆盖层厚度就不同。
作用水头是决定堤防是否需要加固处理,以及加固处理方案和加固工程量的首要因素。
即使本阶段堤防已达到规划要求的安全运行条件,如果下阶段规划又提高了设计水位,那时又要根据新的作用水头对堤防进行安全评价和必要的加固设计。
3 堤防加固设计的正确思路水利工作者对防汛抢险技术措施进行了高度概括———“上堵下排”。
这4个字同样可以用于指导堤防加固设计。
当堤身断面尺寸不够时,在有外滩的情况下,应该尽量通过外培(汛期常称为“外帮”)来进行加固,土料应具有较高的粘性,并按规范要求控制密实度,使土堤形成类似斜墙坝的结构,以利于防渗。
当堤身土质不均,甚至存在有较多的裂缝、生物洞穴时,常采用锥探灌浆来提高堤身土体的均匀性和防渗能力,此时,灌浆孔的布置应该是侧重于堤身的迎水面到堤内肩的范围内,背水面可以不布置灌浆孔,除非是为了堵死背水坡上的生物洞穴入口。
可以在堤身迎水面斜铺防渗材料(如土工膜),也可以在堤外肩附近布置垂直防渗墙以提高堤身的防渗能力。
当堤外滩较宽,河泓未深切,堤基表部的弱透水覆盖层在堤外脚附近变薄、甚至被坑塘切割时,可以采用堤外粘土铺盖作为加固处理措施。
当堤基浅部存在相对强透水层,且在施工深度范围内稳定地分布有一定厚度的弱透水层时,也可以对堤基布置垂直截渗措施,位置可以是堤外平台上或堤外肩处。
上述都属于“上堵”的措施,概念上非常明确。
对于“下排”的理解则要复杂一些。
汛期常采用的导渗沟措施,堤防加固设计中采用的减压沟、减压井措施,典型地体现了“下排”的思想。
但这些措施都要有重要的配套措施—反滤,使不至于在排水减压的同时导致土体被渗透水流带走、造成流土或管涌等渗透破坏现象。
从这个意义上讲,“下排”应该理解为“滤水保土”。
在堤内可以采取的加固措施还有内平台和盖重(包括填塘固基)。
这两种措施与“下排”的概念不完全吻合,而是包含有“压”的意思在里面,通过增加覆盖层的厚度,一方面延长渗径,降低出逸比降;另一方面增加覆盖层的重量以改善覆盖层的抗浮稳定状态。
但平台和盖重会迫使其末端(布置区外)的出逸比降和堤身出逸点高程增加,增加的程度与所用土料有关。
堤内平台和盖重的渗透性越低,其末端的出逸比降和堤身出逸点高程就增加得越显著。
在进行加固方案的论证和具体设计时,应明确堤内平台和盖重采用砂性较重的土料,且不应该象堤身和堤外平台一样要求碾压,竣工后其渗透性应不至于比原地表土层的渗透性低。
在为达到抗浮稳定安全需要而调整设计参数时,应尽量通过调整平台和盖重的厚度、而不是以浮容重来达到目的。
因此,设计过程中确定料场和进行土方平衡时,应该将堤身和堤外填筑土料与堤内平台和盖重土料分开,施工要求也应该区别对待。
这一点是至关重要的,否则会造成意想不到的不利结果。
4 堤防加固设计中应兼顾的一些其它因素4.1 已建堤防工程的历史性、应急性和群众性大多数已建堤防具有很长的历史,如安徽省安庆市广济江堤始建于1803年,湖北省荆南长江干堤始建于晋、唐代,湖北省荆江大堤始建于东晋;堤防工程往往是在大汛或大灾之后和第2年汛期来临之前抢修的,施工期非常短;由于堤线长,投资大而又分散,堤防工程有很多是靠受益区的人民群众投工投劳修建起来的。
上述特点决定了大多数已建堤防工程与现代水利工程的区别:未经过基础处理,甚至未清基,有的直接建在古河道或软土地基上;土料多为就近挖取,选择性很低;填土质量没有控制标准;现有堤身是在不同时期加高培厚后形成的,土料性质、填筑质量不均。
这些因素使得勘探试验成果的代表性低,离散程度大。
这就是有时在一些勘探资料显示堤防安全状况较好的堤段也发现了险情的原因所在。
所以,堤防加固设计时要充分考虑历史险情,对于设计水位高于历史最高水位记录的堤段,加固设计中应充分留有安全裕度。
4.2 堤防工程汛期运行的要求堤防加固工程,尤其是堵口复堤工程,虽然其实质上是永久性工程,质量必须满足长期运行的要求,但又要在汛期立即投入运行,在这一点上它类似于施工围堰等临时性工程。