堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件研究

佴永平+王飞+孙晓敏

摘 要：在堤防加固工程中，防渗墙是应用非常普遍的防渗处理手段。本文主要对不同结构形式防渗墙的渗流控制效果影响因素进行研讨，从实际的案例入手，研究堤防加固工程中防渗墙的防渗效果及应用条件。

关键词：堤防加固工程 防渗墙 应用条件

在堤防加固工程中，防渗墙在防渗处理上起到非常重要的作用，同枢纽工程相比较而言，由于堤防工程具有堤线较长的特点，在进行防渗墙的防渗效果以及应用条件中，必须要让防渗墙能够达到堤防工程的安全标准。

1.防渗墙结构形式

一般情况下，堤防加固工程的防渗墙通常分为全封闭式、局部封闭式与悬挂式。这几种防渗墙因为各自的特性而处在不同的区域：通常悬挂式处于较强的透水层中；局部封闭式穿过较强透水层，进入相对弱透水层，同时产生系统的防渗结构机制，这个较弱透水层属于防渗依托层，在结构形式底面存在较强透水层；全封闭式处于较弱透水层中，但是其防渗墙底面所在相对弱透水层以下没有相对较强弱水层。在堤防加固工程中，假如堤身自身质量不合格的话，防渗墙可以先从堤顶开始进行设置；假如堤身自身质量非常稳固的话，防渗墙可以从堤外脚进行全面设置。

2.不同结构形式防渗墙的防渗效果

2.1悬挂式防渗墙防渗效果

本文主要是从双层结构堤基入手，弱透水覆盖层的厚度为2m的粉质壤土，透水层为50cm，外滩宽度综合考量了40m以及300m几种情况。从40m计算断面来看：首先，将防渗墙进入至透水层的深度同透水层厚度相互之间的比例当成是防渗墙的贯入比例，然后在不同贯入比的情形下核算渗流场。尽管防渗墙下游周边的渗流场分布有一些变化，自由面也有一些降低的趋势，然而总体而言，防渗墙的影响范围非常受限，堤后的渗流状态变化不显著。

其次通过有关的数据核算结果显示，平台脚的垂直出逸比随着防渗墙贯入比例变化曲线而发生变化，通常也将该曲线称作是贯入比—比降曲线。在40m以及300m外滩宽度情况下，悬挂式的防渗墙都会降低平台脚的垂直出逸比降，一旦其贯入比例较小，那么对于平台脚的垂直出逸比降影响程度也相应减少。反之，如果贯入比例提高的话，平台脚的垂直出逸比降低程度也会出现相应的增加。只有贯入比处于极限的情况下，其平台脚的垂直出逸比降才会出现相应的减少，另外堤基渗流状态也会有所变化。具体见图1。

2.2局部封闭式的防渗墙防渗效果

在这个结构形式的防渗墙中，非常重要的因素在于其具有非常稳定防水依托层以及防渗墙构成的防渗结构。其中，防水依托层的稳定性在很大程度上依赖于本身的渗透性以及厚度。另外弱透水覆盖层的渗漏性同厚度，与防渗依托层等相关方面及外滩宽度，都影响半封闭式的防渗墙防渗效果。从防渗依托层的影响来看，在防渗依托层厚10m、表层较弱透水层厚4m、渗透系数为1×10-5cm/s、外滩宽40m的条件下，对不同渗漏系数防渗依托层所设置的局部封闭防渗墙前后的渗流模拟试验（具体见图2）中可以清楚看出，防渗依托层的渗透性对平台脚的垂直出逸比降具有非常重要的影响。如果渗透性很低，其出逸比降也会出现降低。如果防渗依托层的渗漏系数变为1×10-3cm/s，其他条件不发生变化，对不同厚度的半封闭式的防渗墙渗流场的布置进行模拟试验（具体见图3），从中可以看出，防渗流层厚度在不断提高的同时，平台脚的垂直出逸比会出现降低的情况。这可以充分看出，防渗墙防渗效果同防渗墙依托层厚度有密切关系。

2.3全封闭式的防渗墙防渗效果

当防渗墙本身的防渗性能同厚度都符合堤防加固工程标准的情况下，全封闭式的防渗墙防渗效果才能够起到良好的效果。所以在具体的设计阶段中，必须明确嵌岩的适合深度，基岩的完整性等方面的内容。假如基岩本身的渗透性非常低的话，渗流场分析结果就会充分显示出全封闭结构防渗墙的防渗效果非常良好，却很难计算出嵌岩深度的科学指标参数。假如基岩面部平整的话，在核算嵌岩深度时，应该最大限度防止防渗墙在轴线方向上同基岩接触不充分，导致破坏防渗结构的完整性。

3.不同结构形式防渗墙的应用条件

3.1悬挂式防渗墙

一般情况下，悬挂式防渗墙主要处理由堤身裂缝、土质不均匀性等方面所引发的问题。实际上，只有当防渗墙贯入比例达到极限的情况下，堤基渗流状态才会出现明显的变化。从渗流控制的方面来分析，悬挂式防渗墙能够用在堤身加固上。假如用在堤基防渗处理上，应该按照地区的实际情况，再经过详细的分析得出具体数据后，才能明确防渗墙的适合深度。

3.2局部封闭式防渗墙

从局部封闭式防渗墙应用条件来看，首先，局部封闭式防渗墙应该同多元结构堤基协同构成科学的防渗结构机制，才可以全面发挥堤防安全状态的效果；其次是防渗依托层的深度在很大程度上影响了防渗墙的深度、工程量以及其他方面的内容。如果深度愈深，不但工程量会加大，连可以选取的施工方法也会受到影响，降低施工效率。因此防渗依托层的深度是防渗墙全面应用主要考量因素。选择半封闭式防渗墙方法时，必须要在适合的深度中寻找到防渗依托层。最后防渗依托层的厚度以及渗透性是判定半封闭式防渗墙技术有效的关键因素。弱透水覆盖层的特点、防渗依托层下伏强透水层的渗透性等等，对于局部封闭式防渗墙防渗效果具有相当大的关联性。

3.3全封闭式防渗墙

全封闭式防渗墙设计在于寻找到弱透水层和隔水层，并将其当成防渗底板。防渗底板的深度，在一定程度上影响了防渗墙的深度。防渗底板完整性以及较低渗透性是确保全封闭式防渗墙防渗效果的决定性因素，上述这些因素必须在工程勘探设计过程中进行明确。

4.堤防加固工程中防渗墙的具体应用

本文选取的工程实例是安徽淮河的堤防加固工程。该工程牵涉到安徽省4个市区和5个县区的堤防，总长度为121.751km。本工程主要目的是在淮河流域防洪规划的基础之上，明确防洪标准，利用加固堤防，保障堤防防洪安全。该工程应用了本文介绍的几种结构形式的防渗墙，另外在具体施工过程中，加强对于工程不同环节的质量监督以及监理，确保工程的总体质量。最后按照验收结果表明，安徽淮河的堤防加固工程的防渗墙的防渗效果符合实际的标准和需求，工程的总体质量也较好。

5.结语

不同堤防加固工程应根据自身的地质、水文以及其他方面因素进行综合考量，选择最适合的防渗墙。本文主要的重点在于防渗效果的变化规律以及防渗墙的设计原理和应用条件，因此具体工程的渗流状态必须从实际的情况进行系统全面的评价。

参考文献：

[1]张瑜.基于Fluent的堤防工程渗流场数值分析[D].太原理工大学，2013（5）：13-22.

[2]潘荣升.高压喷射注浆帷幕机理及其应用研究[D].中南大学，2012（1）：10-24.

[3]董永立.塑性混凝土在大坝防渗工程中的应用研究[D].南京理工大学，2012（1）：15-24.endprint