堤防除险加固中的几个问题

csccbjs

2010年12月04日 15:49:26

2楼

一、管涌除险
（一）关于垂直防渗
（二）关于背水侧压盖的宽度
（三）关于减压井
二、崩岸治理

[ 本帖最后由 csccbjs 于 2010-12-4 15:51 编辑 ]

☆北★都☆

2010年12月05日 15:27:25

3楼

堤防除险加固中的几个问题
我国堤防总长25.8万km，其中重要堤防6.57万km。江河堤防的主要特点是：①多为双层或多层透水堤基，加上人为坑塘多，高洪水位时管涌险情严重，同时崩岸现象普遍，长江中下游3600km干堤中就有1500km受到崩岸的威胁。②堤防历史悠久，为历年不断加高而成，填筑质量差，隐患多，汛期渗水、漏洞、跌窝、脱坡险情众多。表1为1998年大洪水期间长江干堤险情的统计结果，较大险情中管涌占52.4%，崩岸占8.0%。需要指出的是，崩岸在非汛期也经常发生。堤防工程实践表明，管涌和崩岸是威胁堤防安全的第一、二号杀手。
98年大洪水后，中国政府投入了大量资金用于堤防工程建设，包括管涌除险、崩岸整治、堤身加高培厚及隐患处理、护坡等。但是，在工程建设中，对设计中的一些问题存在不同看法。

一、管涌除险
在近期管涌除险中，填塘和盖重得到普遍应用，另外，在不少堤段采用了垂直防渗措施。排水沟也有一些应用，减压井使用则较少。在设计中对下面几个问题存在一些不同看法：
（一）关于垂直防渗
随着垂直防渗技术的不断发展，其造价不断降低，从而使垂直防渗用于堤基防渗成为可能。根据中国国情，先后研究开发了射水法、锯槽法、两钻一抓等薄墙施工技术，设备造价约60万元人民币，墙体造价仅为每平方米200元人民币左右，可应用于一般的砂砾堤基。多头小直径搅拌造墙技术在长江干堤加固中应用最多，造价低廉。1999年长江干堤建造防渗墙长度120.7km，总面积160万m2，墙体深度一般为15～20m，最深为37m，从渗流控制角度分类，包括悬挂式、半封闭式和全封闭式三种形式。
对封闭式防渗墙，由于墙体截断了渗流的途径，计算结果(如图1所示)和观测资料均表明，堤内表土层下面的承压水头大幅度降低，管涌除险效果非常明显。但是，防渗墙在截断外水渗流的同时，也截断了非汛期堤内地下水向江河排泄的途径，在一定程度上破坏了原来地下水的自然平衡关系，大量使用封闭式防渗墙可能会产生一些不良的水环境后果，对此应进行深入研究。

对透水层较厚、隔水层较深的双层堤基，采用封闭式垂直防渗墙施工难度大且造价太高，因此采用了悬挂式防渗墙。从渗流计算结果看（图2），建造悬挂式防渗墙后，背水侧堤脚表土层下面的水头由8.00m降到7.96m，出逸比降由1.63降为1.62,防渗效果非常差。因此，绝大多数同志对悬挂式防渗墙持否定态度。

对多层地基且存在浅层弱透水层的情况，采用了半封闭式防渗墙。如图3所示,从渗流计算结果看，修建半封闭式防渗墙以后，背水侧堤脚表土层下面的水头由5.72m降到4.65m，出逸比降由1.16降为0.95,防渗效果不甚理想。另外，浅层隔水层的连续性对墙体防渗效果影响较大。因此，对半封闭式防渗墙的渗流控制效果也存在疑问，建议在地质资料比较充分的前提下，设计时通过充分论证后采用。

历年的管涌险情表明，当堤基表土层夹有浅层粉细砂层时，一旦发生近堤脚管涌将是非常危险的。对这种堤基情况，防渗墙深度不大，但可以截断浅砂层，因此应是比较合理的。
对垂直防渗，尽管其造价比以前有较大幅度降低，但是与水平防渗相比仍高出很多，因此，越来越多的同志认为，采用垂直防渗应慎之又慎，需要进行详细的技术经济比较，以免造成浪费和不良后果。
（二）关于背水侧压盖的宽度
当背水侧地形条件允许时，压盖是一种非常好的方法。它一方面可以避免在压盖范围内发生管涌，另一方面，即使在压盖范围以外出现管涌，也加大了管涌离堤脚的距离，从而降低了管涌的发展速度和管涌的危害程度。　　
根据现行堤防设计规范，当

时就需要进行压盖。式中：K为安全系数
（1.5～2.0），h为表土层下面的承压水头，ρw为水的密度，Gs为表土层的颗粒比重，n为表土层的孔隙率，t为表土层的厚度。但是，当表土层较薄且透水性很差时，按照该方法计算出的压盖宽度会很长，有时可能要超过200m甚至更多。此时，一种办法就是在压盖的末端设置减压沟（井），以缩短压盖宽度，这种方法一般应用较少。另一种方法是根据历史上管涌的分布情况来确定压盖宽度，这种方法在实际设计中经常采用，但是有时管涌可能在距堤脚数百米的地方发生，这就给设计带来困难，存在不确定性。从已完成的工程看，压盖宽度从40m到200m不等，压盖宽度过大将增加征地、拆迁和工程投资，因此对这一问题尚需要进行深入研究。
在压盖的施工方面，机械吹填是压盖施工的一种好方法，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，近几年在长江和黄河上取得了非常好的效果。
（三）关于减压井
如图4所示，单从渗流计算结果看，减压井的减压效果非常显著，是管涌除险的一种非常有效的措施，几乎适用于所有管涌堤基的除险。但是，传统减压井的最大问题是淤堵，在竣工运行初期，减压井的效果一般都很好，但随着运行时间的延长，减压井的排水量往往逐渐减小，减压效果也越来越差。另外还存在汛期排水引起的内涝问题。在近两年的管涌除险工程中很少采用减压井方案。

关于减压井的淤堵，研究表明包括机械的、化学的甚至生物的，并与减压井过滤器的位置、结构、材料以及地下水质等密切相关。目前有关单位正在进行长效减压井的研究工作，包括人工合成材料井管、过滤器以及滤芯可更换式减压井结构等，并有望取得较好的成果。对减压井的内涝问题，设想在减压井出口加装阀门加以解决，当水压力达到一定程度时才起用减压井，这样既可以避免堤基管涌，同时也最大限度地减少了排水引起的内涝问题。
二、崩岸治理
长江中下游干堤的砂性土层普遍暴露于江水中，受河湾迎流顶冲的影响，3600km干堤就有1500km受到崩岸的威胁，在98年大洪水期间发生崩岸高达330处。1998年10月14日，湖北省咸宁大堤北门口在3小时之内岸滩后退达100m。崩岸治理是长江堤防建设的长期任务。
目前，崩岸抢险和治理普遍采用抛石防护的方法，抛石量为每延长米岸线100～200m3，方量极大，许多崩岸段已经多次进行抛石防护，因此人们难免对传统的抛石方法产生了疑问，认为应该对崩岸发生的机理开展深入研究，开展以下几项工作：①在以往的抛石护岸工程中，抛石与堤基土层之间没有反滤层，在水流作用下粉细砂地层可能发生冲刷而导致抛石结构不稳，影响防护效果，需要针对长江水深流急的特点，对水下铺设土工织物反滤层的施工技术进行研究。②非汛期时地下水向江河补给，渗流的作用不应忽视，加上水位的变化，需要对非稳定渗流以及对岸坡稳定的影响等开展研究工作。
在崩岸治理新技术方面，研究开发了四面六边透水框架护岸技术，防护效果明显且造价低廉，仅为抛石护岸造价的三分之一。软体排护岸技术也得到应用，初步解决了在长江水深流急情况的水下施工问题，防护效果很好，造价与抛石相当。大体积土工合成材料充沙管袋技术也得到应用，该技术在国外防护工程中应用很多。