某倒虹吸进口导流堤渗漏原因分析

田 鑫

（河北省水利规划设计研究院有限公司，石家庄 050021）

1 倒虹吸概况

某倒虹吸工程由进口渠道、 南段倒虹吸、 中间明渠、北段倒虹吸、出口渠道五大部分组成，其中南、北段倒虹吸分别由进口渐变段、进口检修闸、管身、出口节制闸（或检修闸）、出口渐变段5部分组成，全长4395m［1］。

倒虹吸渠设计流量230m3/s， 加大设计流量250m3/s。 工程等别为Ⅰ等工程，主要建筑物按1级建筑物设计；设计洪水标准为100年一遇，校核洪水标准为300年一遇。倒虹吸建筑物区地震动峰值加速度为0.10g（相当于地震基本烈度7度），按设计烈度7度进行抗震设防。

北段倒虹吸 （以下简称北段） 工程由进口渐变段、进口闸室段、管身段、出口闸室段和出口渐变段组成，全长1055m。 管身长870m，为预应力混凝土箱形结构，倒虹吸管为3孔一联。 倒虹吸管两端设置有导流堤，其中，进口导流堤长283m，两端与明渠防洪堤相连；出口防护堤顺水流方向长度462m。

近年某河行洪后， 发现某河北段倒虹吸进口导流堤出现渗漏现象。经现场查勘，发现中间明渠两端导流堤均出现渗漏，且渗漏情况基本一致，即集中渗漏点出现在倒虹吸管两侧外边缘与导流堤交接处的背水坡坡脚， 导流堤在倒虹吸左侧外边缘处出现渗漏，对导流堤渗流稳定造成一定影响。

2 堤基工程地质条件

倒虹吸基北段进口倒虹吸基础置于Q1中砂，倒虹吸基坑开挖线外堤基位于Q3-4卵石层，如图1。

图1 北段进口导流堤纵剖面示意图

建筑物场区的地下水主要为第四系松散岩类孔隙水，主要赋存于卵石层。该含水层裸露于广阔河床和埋藏于北岸一级阶地黄土状壤土和砂壤土之下，总厚度10～12m。 多孔抽水试验成果，含水层渗透系数为48.73～59.10m/d， 平均渗透系数为55.30m/d，影响半径145.39m，含水层渗透性强。 含水层底板为Q1黏土、壤土、砂壤土、粉砂、中砂等，在勘探深度内可见总厚度达50.4m，其中中砂呈半胶结状态，渗透系数范围值为8.64×10-5～0.33m/d（平均值0.036m/d），渗透性较差；而砂壤土、壤土、黏土渗透系数则更小，故作为相对隔水层。

3 堤身及倒虹吸基坑填土组成

筑堤及基坑回填土自上而下主要有： 倒虹吸管顶高程以上为壤土夹粉砂透镜体， 管身两侧为壤土夹粉砂透镜体， 管底高程以下局部基坑排水沟回填卵石；下伏Q1粗砂。

倒虹吸管底、管身两侧填土要求黏性土，压实度0.98，管顶填土要求黏性土，压实度0.98。

倒虹吸管顶高程以上为壤土夹粉砂薄层；管身两侧为壤土夹粉砂透镜体，填土土质不均匀。 钻孔取样壤土干密度1.58～1.91g/cm3，渠坡探坑取样壤土干密度1.41～1.44g/cm3，击实试验壤土最大干密度为1.9g/cm3；钻孔取样壤土压实度0.81～0.99，组数59组，填土密实度不均匀，压实度大于0.98的有1组，其余均小于设计要求。

4 渗漏原因分析

北段进口闸室与导流堤之间的一级马道上布置有多座电缆井， 通过对电缆井的水位观测、 抽水试验，可对渗漏原因分析提供很大便利［2］。

4.1 地下水流向

北段进口导流堤管身右侧渗水点附近探坑电缆井地下水位如表1。

表1 北段进口导流堤管身右侧渗水点附近探坑、光缆井地下水位

（1）一级马道与明渠。倒虹吸附近明渠水位高程85.918m，由地下水位高程可以看出中间明渠右岸一级马道地下水位高程高于渠水位， 可以排除渠道渗漏的因素。

（2）倒虹吸管身右侧导流堤与闸室间一级马道。倒虹吸右边墙外侧BJ2井水位87.206m， 至闸室东北角BJ3井水位86.437m，一级马道近右岸防洪堤BJ4井水位86.092m，自倒虹吸边墙至防洪堤，地下水位呈下降趋势。另外门库的房角地下有流水的声音，当排干BJ2井，BJ3井水位下降5cm，流水声音消失。综合分析。 倒虹吸管身右侧导流堤与闸室间一级马道地下水流向为自倒虹吸管壁外侧向防洪堤方向。

（3）导流堤坡脚渗水点与BJ2井之间。 导流堤坡脚渗水点探坑TK5在电缆井北侧开挖，上部均为抢险时堆积的沙袋， 厚度约1.4m， 砂袋下面是一层土工布，这层土工布是自堤上铺设的，应为抢险时铺设。此时探坑中未见地下水。掀开这层土工布，其下仍为一层土工布， 这层土工布是沿电缆井北侧边墙铺设上来的，是设计的黏性土与卵石间的反滤层。这时可见土工布与电缆井边墙间充满地下水， 并且逐渐流入探坑， 这个过程显示地下水是由一级马道一侧流入探坑。排干BJ2后TK5探坑也排干，探坑四周未见地下水渗出，当BJ2井水位恢复至0.7m时，地下水自电缆井与倒虹吸边墙的缝隙涌入探坑。

以上分析得出两点结论： 一是一级马道高程以上部分导流堤堤身未见明显渗漏通道， 从钻孔地下水位低于一级马道高程也可证明这一结果。 二是导流堤坡脚渗水的来源是管壁外侧一级马道下回填卵石。

（4）河道与一级马道之间。河道地下水位87.44m，倒虹吸管身右侧导流堤与闸室间一级马道BJ2井水位87.206m，河道地下水位高于一级马道地下水位，地下水流向为自河道通过导流堤堤基向一级马道渗流。

4.2 渗水原因分析

通过对地下水流场的分析可以看出， 河道地下水自导流堤入渗至倒虹吸管身右侧导流堤与闸室间一级马道， 在右侧管壁附近造成局部地下水位异常升高，地下水一部分在附近的缝隙出溢，一部分沿导流堤与闸室间的一级马道回填卵石向右岸防洪堤方向消散，并在闸室散水边出溢［3］。

4.3 渗漏通道位置确定

BJ2井位于右侧管壁附近，其距离门口东北角的BJ3井仅10m，地下水位已明显下降，由此可断定渗漏通道位于管壁附近， 而一级马道高程以上部分导流堤堤身未见明显渗漏通道， 那么渗漏通道位于一级马道以下的基坑回填土部分。

BJ2号电缆井是方井，直径约0.9m，深度约1.4m，下部30cm淤积砾砂，水深约1m，采用出水量30m3/h的水泵抽水，排干大约需要1h，井排干停泵后，可见井四周有地下水涌入。经过对BJ2井5次抽水，估算该井的补给量为15m3/h， 由于井四周主要以卵砾石为主，地下水补给条件较好， 井中地下水的补给量有增大趋势。 说明右侧管壁附近的地下水补给是充足的。

4.4 渗漏通道产生原因分析

（1）根据初设及施工地质编录，北段出口导流堤段上部以Q3-4卵石为主，其下为Q1中砂及黏土层，揭露厚度7.8m。 闸室基础置于Q1黏土及层， 属弱～微透水层。管身段、斜管段及B2节管身基础位于Q1中砂，属弱透水层。 设计要求倒虹吸管身两侧回填黏性土，堤基截断河床管身两侧回填卵石层与闸室两侧回填卵石层之间的渗漏。本次勘察在管身两侧下部揭露Qs回填卵石，推测为施工基坑回填的卵石，局部卵石低于基坑开挖底高程，推测为基坑两侧排水沟未清理干净所致。管身两侧回填卵石层与上游的进口闸及下游管身两侧回填卵石贯通，卵石具强透水性，形成渗漏通道。

（2）从基坑填土质量看，管身两侧为壤土夹粉砂透镜体，填土土质不均匀。 钻孔取样壤土干密度1.58～1.91g/cm3，探坑取样壤土干密度1.51～1.59g/cm3，击实试验壤土最大干密度为1.9g/cm3，壤土压实度0.81～0.99，填土密实度不均匀。北段进口导流堤背水坡出现的大量塌陷，就是这些因素造成的。 塌陷分布范围集中在管身两侧上部，近坡脚处塌陷最深，近1.4m，土体变形会在土体中形成一些裂隙，并在土体与倒虹吸管身接触面形成裂隙，从而形成渗漏通道。 并且渗漏的发生加剧了塌陷的发展。 渗漏及塌陷位置如图2。

图2 导流堤渗漏点及塌陷位置

5 结语

（1）北段进口导流堤的渗水原因主要为导流堤、管身附近一级马道高程以下有来自河床的渗漏通道，河水或河床地下水通过该通道渗漏过来，在管壁两侧的一级马道造成局部地下水位异常升高， 受回填土及闸室周边混凝土散水阻挡，在较薄弱的土、墙结合面渗出［4］。

（2）北段进口导流堤的渗漏通道：①管身下部为回填卵石，与下游管身基坑回填的卵石层贯通，形成渗漏通道。 ②从基坑填土质量看填土土质不均匀，壤土压实度0.81～0.99，填土密实度不均匀。 北段进口导流堤背水坡出现的大量塌陷， 就是这些因素造成的。塌陷分布范围集中在管身两侧上部，近坡脚处塌陷最深，近1.4m，土体变形会在土体中形成一些裂隙，并在土体与倒虹吸管身接触面形成裂隙， 从而形成渗漏通道。 并且渗漏的发生加剧了塌陷发展。

（3）为确保导流堤安全稳定，针对北段倒虹吸进口导流堤采用明挖回填方案，沿贯穿堤身的管道，以不扰动管线运行为宜， 适度开挖导流堤并进行防渗处理，按原设计要求回填达到相应密实度，并对开挖护坡等设施按设计恢复原样， 实现既顺利处理渗漏问题，又保障管线安全运行目标。