透水堤基防渗加固技术及应用

王刚,沈洁

(1.河南黄河勘测设计研究院，河南 郑州 450003；2.黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450003)

0 引言

堤防防渗是堤防一项重要运用指标，其中堤防渗流包括渗流量和渗流稳定。根据堤防保护对象和等级，堤防安全运用标准。堤基的渗流稳定不但涉及堤基自身稳定，也会影响整个堤防的稳定和安全运用。渗透稳定变形破坏包括流土型破坏、管涌型破坏、接触冲刷、接触流土。流土是指在上升的渗流作用下局部土体表面的隆起、顶穿，或者粗细颗粒同时浮动而流失。管涌是指土体中细颗粒在渗流作用下，由骨架孔隙中通道流失。接触冲刷是当渗流沿2种渗透系数不同的土层接触面，或建筑物与地基的接触面流动时，沿接触面带走细颗粒。接触流土是在层次分明、渗透系数相差悬殊的两土层中，当渗流垂直于层面流动时，将渗透系数较小一层中的细颗粒带到渗透系数较大的一层中。

1 堤防防渗性分析

泾河是渭河的第一大支流，局部段落内堤基为透水堤基。堤基底部为河道河滩，为砾石层，厚度约2～6 m，其渗透系数K=2.14×10-2cm/s。下部为白垩系洛河组砂岩，中粗粒结构。其渗流通道主要为路基底部2～6 m的砾石层。

渗流稳定采用平面有限单元分析方法，使用二维平面渗流稳定分析程序对堤防断面进行概化计算。对符合达西定律的二向渗流，且土体与液体压缩性可以忽略的条件下，水头函数满足拉普拉斯方程：

(1)

式(1)中：h为水头函数；x、z为坐标；Kx、Kz为渗透系数。

对地质横断面进行一定概化处理，各土层物质组成、渗透系数相近的作为一个土层处理，各土层的渗透系数采用地质勘察设计报告中提供的建议值，并进行合理性复核。计算中对上、下游计算边界按给定的地层进行适当延伸；临河侧水位取设防水位，背河侧水位取背河侧地面高程，按稳定渗流计算。

根据渗流计算结果，单宽渗流量为1.21×10-4m3/s。渗流主要通过堤基砾石层渗流，需对该段堤基做防渗处理。

2 堤防防渗措施

2.1 防渗措施

施工技术的不断改进和发展，有多种堤基防渗措施，主要包括挖填法、铺盖法、加固截渗法、排渗等方法。挖除法主要是挖除不符合要求的堤基土，并回填复合要求土质，该种方法适用于挖除土层较少，工程量较小时采用；铺盖法一般是在堤前水平铺设，可采用黏土铺设也可采用土工膜铺设；加固截渗法一般是在堤身、堤基内设计垂直防渗墙或者灌浆形成止水帷幕，加固截渗可设置黏土、土工膜、固化灰浆、混凝土、沥青混凝土等；排渗是在当采用防渗和截渗措施后，还达不到渗流稳定要求下，在堤防出水口部位设置排水井进行排渗，从而降低水位，防止发生渗透破坏。

堤基防渗措施的选择主要根据堤基的地质条件，堤防保护对象，堤防防渗性能要求，施工原材料获取的难以程度等综合确定，主要原则是在确保堤基防渗安全的前提下，采用经济、合理的措施对堤基进行处理，使其满足要求。

结合泾河堤基实际情况，其距离主河槽较近，整个河槽滩地均有透水通道，因此不适宜铺盖防渗，挖填法工作量较大，考虑到堤基基础以砂砾石为主，采用高压喷射灌浆加固堤基。

2.2 堤基防渗加固

采用旋喷和摆喷搭接的方式进行处理，旋喷桩与摆喷孔沿连锁墙轴线间隔布置，钻孔间距2 m；连锁墙底高程进入强风化下限深度>1 m；为增加连锁墙的整体性和可靠性，在两道连锁墙之间每隔约8 m增加一个摆喷钻孔，喷射方向垂直于连锁墙轴线，使两道连锁墙有效地联接为一个整体(图1)。

两道高压旋喷连锁墙之间，以及高压旋喷连锁墙与堤身之间采用混凝土加固(图2)，防止在两道截渗墙之间和截渗墙与堤身之间产生渗流。

图2 高压旋喷连锁墙加固防渗断面图

3 结语

堤基防渗对于堤防安全至关重要，随着工程技术的发展，堤基加固技术也在不断拓展，堤基加固主要根据工程等级，结合堤基基础选择既要满足工程需要，又要考虑一定的经济性。

充分结合泾河该段堤基基础，其以砂砾石为主，利用高压喷射灌浆加固堤基，使得灌浆与堤基砂砾石结合，形成连续的截渗墙，达到堤基防渗的目的。