滲透變形對(duì)堤防穩(wěn)定的影響范文
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《資源環(huán)境與工程雜志》2014年第S1期
1堤防(壩)滲流破壞的幾種形式
具體到堤防(壩)的破壞來(lái)說(shuō)，筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出大致有以下幾種破壞形式:(1)沿壩體或地基局部阻力較小的部位產(chǎn)生集中沖刷，土粒不斷隨滲透水流流失，最后形成連通管道或上部壩體的下沉、裂縫，造成堤防(壩)破壞。如砂層地基的承壓水，頂穿下游表層弱透水粉質(zhì)壤土或淤泥土土層的薄弱部位形成集中滲流，發(fā)生流土泉涌現(xiàn)象并繼而向地基的上游發(fā)展成為連通管道(圖1-a)。易被滲流集中沖刷的薄弱部位，常常出現(xiàn)在壩體中未壓實(shí)的土層、壩基中的強(qiáng)透水夾層、壩體與內(nèi)埋管道的接觸面以及壩體與基巖和邊墩的接觸面等處。(2)在堤壩本身或地基的滲流出口處發(fā)生管涌，土中的細(xì)顆粒不斷被滲流攜出帶走，直至坡面破壞或形成內(nèi)部連通管道(圖1-b)。(3)背水坡腳大面積發(fā)生小泉涌及砂(土)沸現(xiàn)象，使坡腳軟化或受滲流作用而浮起，壩腳因失去支承力而引起大滑坡。或者滲流在下游壩坡的出逸，使局部坡面被軟化而產(chǎn)生局部滑動(dòng)(圖1-c)。(4)臨水坡在壩(庫(kù))水位驟降時(shí)，內(nèi)部孔隙水壓力不能馬上消散而發(fā)生大滑坡(圖1-d)。上述(2)-(4)的破壞形式，屬于滲透力引起的流土或管涌變形問(wèn)題，可以由滲透力學(xué)原理加以計(jì)算。而第(1)種，堤防(壩)的破壞主要取決于局部地質(zhì)條件的變化，不能由計(jì)算確定，而是勘探、設(shè)計(jì)及施工中要注意的問(wèn)題。
2堤防(壩)滲流破壞的防治
土的滲透變形破壞是堤防(壩)破壞的主要原因之一。防治堤防(壩)破壞的基本思路是四個(gè)字:上堵下排。其基本措施包括:采用不透水材料或者完全阻斷土中的滲流路徑，或者增加滲透路徑，減少水力坡降;也可在滲流出逸處布置減壓、壓重或反濾層防止流土和管涌的發(fā)生。其常用措施有以下幾種:
2．1垂直防滲垂直防滲可用粘土、混凝土、塑性混凝土、土工膜等材料。它既可以作為壩體和堤身的防滲體，也可以作為透水地基的防滲體。最常用的是混凝土和塑性混凝土連續(xù)墻。如筆者親歷的滁州市城西水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程(2010年通過(guò)竣工驗(yàn)收)，因壩下游測(cè)壓管水位一直偏高，嚴(yán)重威脅著大壩的安全，初次采取的加固措施是壩身高噴灌漿和壩基劈裂灌漿，但是，初次加固后，壩基揚(yáng)壓力仍然偏高，后經(jīng)地質(zhì)勘察查明了壩基揚(yáng)壓力偏高的根本原因在于壩基下存在著一層強(qiáng)透水的砂礫石層及細(xì)砂層(如照片1)。查清原因后，改用混凝土防滲墻截滲措施，防滲效果良好，目前下游測(cè)壓管水位已恢復(fù)正常，確保了大壩的安全使用及滁州市人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。還有小浪底土石壩的地基防滲和三峽二期圍堰的堰體和地基防滲都使用塑性混凝土垂直防滲墻，達(dá)到了理想的防滲效果。根據(jù)實(shí)際需要，垂直防滲墻可完全隔斷地基的透水層，徹底解決地基土的滲透變形問(wèn)題，也可不完全隔斷透水層，做成懸掛式的，起延長(zhǎng)滲徑、降低下游逸出坡降的作用。
2．2水平鋪蓋上游做水平防滲鋪蓋主要目的是延長(zhǎng)滲流途徑、降低下游逸出坡降。水平鋪蓋防滲層一般使用粘土鋪蓋，要求土料的滲透系數(shù)k＜10－5cm/s，鋪蓋厚度0．5～1．0m，容許垂直水力坡降為4～6。也可用土工膜作水平防滲鋪蓋。
2．3下游壓重下游鋪設(shè)壓滲蓋重可以有效防止土粒被滲透力所懸浮，壓重一般采用透水堆石。
2．4排水減壓井對(duì)于雙層地基，即上層相對(duì)不透水，下層透水。為防止堤壩坡腳處上層土下部受較大的向上水力坡降而發(fā)生流土，可用透水材料作成減壓井，通過(guò)反濾層使下層中水安全排出，降低土的水力坡降。
2．5下游排水體為避免堤壩的背水坡滲流出逸處發(fā)生滲透變形，可采用棱柱式排水、褥墊式排水或貼坡式排水，可使?jié)B出點(diǎn)降低，避免沿坡滲流引起的沖刷。例如本省的花涼亭水庫(kù)大壩即是采用的粘土心墻加下游棱柱式排水，以降低滲透水力比降的。
2．6土層綜合加固處理如土層凍結(jié)法、高噴灌漿法等。具體處理方法的使用可參閱有關(guān)地基處理的書籍。
3結(jié)語(yǔ)
在實(shí)際工作中，若堤(防)壩出現(xiàn)險(xiǎn)情，應(yīng)首先依據(jù)土質(zhì)類型大體判斷滲透變形的類型，然后科學(xué)搶險(xiǎn)，總的原則是先治標(biāo)，再治本，標(biāo)本兼治。
作者：呂錦偉單位：安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院
