穿堤涵闸发生渗透变形的原因与加固技术分析

2018-08-23雷思

建材与装饰 2018年37期

雷思

（安乡县安造大垸水利管理委员会湖南常德 415000）

在我国，堤防工程主要修建于冲积型地基，此种地基整体上呈现出双层结构，在强透水层的上方有弱透水层覆盖。当覆盖层厚度较薄且水位相对较高时，坡脚周围易产生渗透变形的现象。对于穿堤涵闸，它在河堤中具有重要作用，是特殊部分之一，同时也是工程当中的薄弱环节，汛期时，与堤坝相比，更易产生渗透破坏。

1 穿堤涵闸产生渗透变形的主要原因

根据以往工程实践，穿堤涵闸产生渗透变形的主要原因包括下列几个方面。

1.1 涵闸的建造减弱了堤防自身防渗功能

在建造涵闸的过程中，因对进水口和出水口进行开挖，不但降低了堤身强度，使渗径变短，而且还会使覆盖层揭露，对地基土造成不同程度的破坏，打破原本的渗透水压力和土体自重保持的平衡关系，继而使穿堤涵闸产生一定程度的渗透变形。此外，在建造涵闸的过程中，如果涵洞外壁的填土未能达到密实，或未采取有效的截流措施，则极易造成渗透变形，引起集中渗流现象[1]。

1.2 勘测设计不到位，导致防渗设施存在先天缺陷

工程施工前的勘测设计不到位，对地质条件的了解不够充分。当前很多穿堤涵闸都始建于90年代，因工程规模并不大，所以在建造涵闸以前很少进行深入的地质勘探，未能充分了解地质条件，进而无法有针对性的进行渗流控制设计。另外，对涵闸自身渗流特点也缺少深刻的理解与认识，渗流控制的设计难以满足实际要求。相较于开敞式水闸，穿堤涵闸为典型的窄长构造物，其两侧渗流会对闸基渗流造成明显影响；与此同时，穿堤涵闸还属于地下建筑物，如果堤身产生渗流，则也会对闸基的渗流造成影响，所以闸基渗流并不属于有压流。然而，当前还没有针对穿堤涵闸的专门渗流计算要求与规范，一般是视作开敞式水闸，按渗流系数来确定纵向上的防渗长度，在对地下轮廓进行合理布置，通过直线比例法等的应用，或对阻力系数法进行改进，验算渗透的坡降情况，此时，并未对两侧发生的绕渗给足重视，所用防渗板向两侧的展布不足，根本无法向两侧进行延伸，此渗透控制设计无法达到预期效果。此外，涵闸进行垂直防渗时，由于防渗体所在位置不科学，难以发挥预期作用[2]。

以某穿堤涵闸工程为例，它处于强透水层之上，为对闸后管涌的问题进行有效处理，在闸前的地板下，修筑一条防渗帷幕，其长度为64m，但实际的防渗效果却未能达到预期，在汛期出现一定程度的管涌。由于此闸基砂层实际埋藏深度较浅，加之防渗帷幕结构又设置在坡脚处，所以河水极易通过帷幕的顶部，到达强透水层的内部。

1.3 施工不当，使闸基留下渗透变形隐患

涵闸工程施工中，对基坑进行开挖施工前，没有对基坑中的地下水进行降水，或采用排水措施进行排水，导致在开挖的过程中造成流砂，在流失了大量的细颗粒以后，闸基局部被完全掏空，使闸基留下渗透变形隐患。此外，为有效增强闸基自身承载能力，现场施工人员经常在底部加铺一道碎石，如果没有采取直截流措施，则碎石层会在底部形成若干条渗流通道。

1.4 老化损坏

在工程持续运行多年以后，洞身上的止水设施将严重老化，进而失效，或堤身上的荷载不均匀，导致闸基出现差异沉降，致使止水断裂。因洞身止水失去应有的功能，在汛期时，堤身的渗水会携带大量泥沙以射流状不断向洞中渗透，在开闸防水的过程中，洞中水流由开始向洞外发生渗漏。以上两种情况仅会造成土体冲蚀，产生集中渗流的通道。

2 穿堤涵闸防渗加固技术

2.1 反压工程

目前，很多穿堤涵闸都在背水侧布置了反压闸，在汛期时，反压闸和穿堤涵闸充水，抵消因水位产生的较大水头。然而，因反压闸设于渠道，其底部弱透水层的覆盖较薄，局部甚至无覆盖层，所以反压闸可以承受的水头是有限的，汛期时，反压闸仍然可能产生渗透变形，对此，应在渠道上新建反压坝。通过反压措施的应用，能保证度汛安全，但并不能完全消除渗透变形隐患，同时反压坝还是重要的抢险设施，为避免对灌溉等造成影响，在主汛期以后，应将反压坝拆除。基于此，当洪水频率较高时，建设反压工程需要的费用远远高于穿堤涵闸，同时还可能对穿堤涵闸造成影响，因此反压工程仅适用于部分工程，主要作为备用措施[3]。

2.2 防渗帷幕

当强透水层的厚度较薄，且埋藏深度相对较浅时，采用防渗帷幕将强透水层完全截断（图1），这样除了能起到良好的防渗作用，成本低廉，而且工程量相对较少，可在很短的时间内成型。然而，防渗帷幕不能在有深厚强透水层的闸基中使用，由于防渗帷幕如果要完全截断强透水层，则会很大的施工难度，质量难以保证，而且还会增大造价；同时，采用悬挂式结构，其防渗结构并不显著。为使防渗帷幕能和涵闸的外壁充分结合，并为施工提供方便，建议采用高压喷射的方法进行施工。在进行防渗帷幕施工时，还应对渠段周围施做反滤护砌。考虑到防渗帷幕主要作用为降低渗透压力，在渗流出口周围依然有很大的渗透坡降，所以要在出口处采用减压井，以此降低水头，避免绕渗[4]。

图1 防渗幕墙

2.3 接长涵洞

在水位相对较低的一端采用接长涵洞，同时予以回填，除了能使渗径延长，还能压渗，功效与盖重压渗相似。此渗透控制措施，在由于透水层较厚而难以进行垂直防渗的涵闸中十分适用。然而，当强透水层的实际埋深相对较浅时，其防渗长度应足够，而涵洞如果过长，则不仅会增大造价，而且还会对检修及清淤造成影响。因此，建议在涵洞出口处进行减压处理。