洪澤湖大堤滲漏探測與處理技術(shù)探析

簡丹

（南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司淮安分公司，223001，淮安）

洪澤湖大堤滲漏探測與處理技術(shù)探析

簡丹

（南水北調(diào)東線江蘇水源有限責(zé)任公司淮安分公司，223001，淮安）

洪澤湖大堤是流域性重要堤防，存在著堤基有透水層、堤身不密實(shí)、堤后深塘底高程低、堤身內(nèi)部存有歷史決口遺址、埽工及亂石等問題，形成滲漏通道，危及大堤安全。管理部門采取地質(zhì)鉆探、同位素示蹤法、浸潤線觀測SWS工程物探和DB-3Ⅰ型堤壩管涌滲漏檢測等技術(shù)手段，對大堤進(jìn)行滲漏檢測。運(yùn)用射水法混凝土截滲墻、振動沉模防滲墻、高壓擺噴連續(xù)截滲墻以及壓密注漿等加固技術(shù)對堤基和堤身進(jìn)行截滲，取得了較好效果。

堤防；滲漏檢測；截滲墻；建議

洪澤湖為我國第四大淡水湖，是淮河流域重要的調(diào)蓄洪湖泊。洪澤湖大堤是洪澤湖攔洪蓄水的重要控制工程，北起江蘇省淮安市淮陰區(qū)碼頭鎮(zhèn)，南迄盱眙縣馬壩鎮(zhèn)的大張莊。洪澤湖大堤和沿線三河閘、進(jìn)水閘、船閘以及灌區(qū)渠首建筑等水利控制工程設(shè)施發(fā)揮著調(diào)蓄洪、灌溉、航運(yùn)、水力發(fā)電、城市供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖和生態(tài)環(huán)境改善等綜合效益。洪澤湖大堤是蘇北地區(qū)下游 2 600萬人口和 200萬hm2農(nóng)田的防洪生命線，為里下河地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了防洪保安和水資源保障。洪澤湖大堤是一級堤防，國務(wù)院關(guān)于淮河防御洪水方案的批復(fù)規(guī)定，在任何情況下都要 “確保洪澤湖大堤安全”。洪澤湖大堤長70.4 km，堤頂高程19.5 m，目前達(dá)到的防洪標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇。

一、大堤滲透類型及成因

1.洪澤湖大堤歷史及滲漏破壞危險(xiǎn)性

洪澤湖大堤始建于東漢建安五年 （公元200年），后經(jīng)歷代逐步加高、培厚、接長，成當(dāng)今規(guī)模。堤防滲透破壞非常普遍，堤基與堤身滲流對河道堤壩破壞危害最大，發(fā)生數(shù)量多，分布范圍廣，易誘發(fā)重大潰堤險(xiǎn)情。滲透破壞是堤防出險(xiǎn)的主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，堤防由于滲透破壞所造成的險(xiǎn)情占60%～70%。根據(jù)2015年洪澤湖大堤汛前檢查報(bào)告，大堤仍然有部分青坎地堤腳處有滲水流出，共8處470 m。因此必須高度重視洪澤湖大堤的防滲工程建設(shè)與管理，確保大堤安全。

2.洪澤湖大堤產(chǎn)生滲透的原因

（1）堤基有透水層

大堤自 8K+600～59K+150長約50.6 km，是古淮河的故道，地表黏性土之下，廣布有砂性土、粉質(zhì)砂壤土及輕粉質(zhì)壤土層。該段中部是古淮河的河床部位，砂性土層深厚。古河湖水的消長變化以及河流發(fā)育過程中河床的擺動，為黏性土和砂性土的交替 （互層）沉積及河床砂層中黏性土透鏡體的形成創(chuàng)造了條件，同時也形成廣布的漫灘沉積層及支流河岔沉積。堤基存在強(qiáng)滲水通道，抗?jié)B不滿足要求。

（2）堤身不密實(shí)，內(nèi)部有亂石、埽工

洪澤湖在長期擋水過程中，歷經(jīng)毀損，決而復(fù)堵，毀而重建，在堤身內(nèi)部留下很多亂石堆、埽工、淤泥等隱患，目前已查明堤身內(nèi)埽工隱患41處，堿水壩遺址26座。另據(jù)記載，大堤沿線尚有歷史決口百余處。大堤經(jīng)過幾百年逐漸加高培厚而成，受當(dāng)時社會環(huán)境和施工技術(shù)的制約，筑堤質(zhì)量較差，堤身填筑土類復(fù)雜不均，大堤密實(shí)度較差，有局部架空現(xiàn)象，往往形成滲水通道。堤身部分大都是人工填土，主要分布在歷史決口的凹槽和筑堤前港汊河道中。顏色除黃色外，局部有灰、深灰色?；疑纬芍饕菦Q口處埽工腐爛污染所致，土質(zhì)較軟，為軟土或淤泥質(zhì)土。據(jù)1966年洪澤湖大堤加固施工記錄記載，堤身隱患清除，開挖后槽土?xí)r，在堤身內(nèi)亂石層的部位就適當(dāng)擴(kuò)大斷面，進(jìn)行清除，有部分亂石層伸入堤身很深，無法清除，則橫向清入堤身3.0 m。由此可見，當(dāng)時堤身內(nèi)部亂石并未完全清除，有可能形成滲水通道。歷史決口搶堵，在堤身內(nèi)形成埽工、亂石等夾雜層，也是形成滲水通道的原因之一。

（3）堤身有減水壩遺址

據(jù)記載，明清兩代為宣泄汛期洪水，曾在洪澤湖大堤筑有26座減水壩。這些減水壩大都由條石、塊石砌筑而成，堤前堤后貫通，如果土與條石接觸部分處理不好，或因沖刷嚴(yán)重廢棄不用，沒處理干凈就會滲水。比較典型的52K+195壩段，防浪林臺與堤基土接觸面滲水嚴(yán)重，上下游連通，湖水通過滲水通道快速下滲，在堤后形成多處集中滲水的泉眼。此外，清朝在45K以南設(shè)置天然減水壩，壩底有拋石、埽工等，也是形成滲水通道的原因之一。

（4）堤身有歷史決口遺址

歷史上由于黃河奪淮影響，洪澤湖大堤經(jīng)常潰決，從明嘉靖三年（1569年）至清咸豐五年（1855年）的287年中，大堤共決口140余次，平均兩年一次。大堤決口后被堵塞，堤身結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，拋石、人工回填土等不密實(shí)、有縫隙，形成滲水通道。20世紀(jì)60年代進(jìn)行的地質(zhì)勘探表明，大堤發(fā)現(xiàn)埽工有260多處，這些埽工上下游連通滲水性強(qiáng)，絕大部分由于年代久遠(yuǎn)已腐爛，形成空隙或空洞，使得大堤多處出現(xiàn)嚴(yán)重洇潮滲水現(xiàn)象。

（5）堤后深塘底高程低，滲徑短

由于大堤決口或減水壩的運(yùn)用遭沖毀，大堤后有多處深塘，最深的深塘為周橋大塘，底高程-16 m，比湖底低26.5 m，于1978年加固時填土至高程8.0 m。其他如菱角塘、周橋大塘、黃罡寺大塘、五壩塘等塘底高程都低于湖底。有的塘底擊穿透水層，如52K+300處，埋設(shè)測壓管鉆探時發(fā)現(xiàn)第6層承壓水與堤后順堤河相連；菱角塘處的鉆探表明第6層承壓水與湖水相通。這些承壓水層一旦穿蓋，容易形成滲水，是大堤安全隱患之一。深塘都是靠近大堤背水側(cè)，距離堤腳近。一般堤段背水坡到順堤河有50～80 m，而深塘貼近堤腳，滲徑偏短，一旦出險(xiǎn)不易覺察，且危險(xiǎn)大。

二、大堤滲漏探測

1.地質(zhì)鉆探

1965—1966年，對洪澤湖大堤主要堤段高良澗鎮(zhèn)至蔣壩鎮(zhèn)段22.6 km范圍進(jìn)行全面探查，錐探86 915個孔，進(jìn)尺15 423 m，查出堤身隱患866處；1988—2001年共完成各類鉆孔79個，進(jìn)尺504 m；2001年省工程勘測研究院對大堤樁號 35+250～65+300之間的25個斷面進(jìn)行地質(zhì)勘查和注水試驗(yàn)，各類鉆孔82個，進(jìn)尺1 768 m。2004年4月，對堤后7個深塘進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察，鉆孔 41個，進(jìn)尺508.5 m。這些鉆探結(jié)果表明，大堤堤身及堤基均有不同程度的隱患，地質(zhì)鉆探對了解大堤滲水成因以及制定加固措施提供了幫助。

2.同位素示蹤檢測

2000年，洪澤湖大堤52K堤后發(fā)現(xiàn)有一處強(qiáng)滲水處,測得最大滲水量達(dá)33 L/min。為查明滲水來源、滲漏量以及滲漏路徑，采用了“大壩安全檢測與示蹤診斷技術(shù)”進(jìn)行滲流場檢測。通過天然放射性氚（T）和天然流場中的溫度與電導(dǎo)場的定性測量，以及人工同位素（I）地下水滲流場動態(tài)定性測量，均顯示出冒水處的水體來自上游的洪澤湖，在高程0～5 m處有寬50 m的深層強(qiáng)滲水帶。這種方法可以直觀地知道滲水的來源和滲透路徑。

3.浸潤線觀測

浸潤線觀測是目前大堤工程管理一直運(yùn)用的方法。大堤重點(diǎn)堤段范圍內(nèi)，共埋設(shè)測壓管16組，每組5根。2014年以前采用人工觀測，2015年除險(xiǎn)加固以后增列了自動觀測系統(tǒng)，現(xiàn)已經(jīng)建成，處于調(diào)試試用階段。根據(jù)測壓管水位繪制出浸潤線，再與理論計(jì)算結(jié)果相對照，可以發(fā)現(xiàn)有無滲水可能及溢出點(diǎn)水勢，也是檢測浸潤線變化的主要手段。

4.DB-3Ⅰ型堤壩管涌滲漏檢測

DB-3Ⅰ型堤壩管涌滲漏檢測系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、快速和操作方便的優(yōu)勢。2001年在洪澤湖大堤52K處應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行檢測，在上游即洪澤湖岸邊，錯開布設(shè)3條約100m平行線，堤前防浪林臺、堤頂及堤后也相應(yīng)布設(shè)了3條梯度線，用于追蹤滲漏通道。檢測結(jié)果表明，在靠近堤腳處有一個15m×7m的異常區(qū)域。異常信號強(qiáng)度與冒水處的抽水時間正相關(guān)，這反映出冒水點(diǎn)與上游洪澤湖水有明顯的連通，與同位素示蹤法相互印證，取得滿意的結(jié)果。

5.大堤隱患SWS物探檢測

2004年2月，使用SWS-3型多波列數(shù)字圖像工程勘探與檢測儀，采用高密度多波列地震映像法對34K+ 900～67K+250段大堤進(jìn)行了全線普查，根據(jù)波動場特征圈出可能存在的隱患區(qū)段，然后對可能存在的隱患區(qū)段采取多道順態(tài)面波法進(jìn)行詳細(xì)勘查，發(fā)現(xiàn)異常段累計(jì)達(dá)到16.68 km。

三、防滲措施

圍繞大堤防洪安全，新中國成立后，先后進(jìn)行5次大規(guī)模加固。拆除了原來的直立式條石墻，改建為緩坡塊石護(hù)坡；在堤前增筑50m寬、4m高、23.67 km長的防浪林臺;堤后修建2個15 m寬抗震戧臺，并對堤基和堤身進(jìn)行防滲加固和處理。

1.堤基防滲加固措施

（1）射水法造孔成混凝土截滲墻

布置在洪澤湖上游防浪林臺上，距離二級坡腳6 m左右，高程14.5 m，長度范圍為51K+976～52K+076。技術(shù)指標(biāo)為截滲墻墻體防滲標(biāo)號S2～S4，墻體混凝土標(biāo)號為C20，厚度0.22 m，整體防滲性K＜1×10-6cm/s,墻底高程-2 m。具體施工步驟為先用射水法造孔，然后用混凝土澆筑。經(jīng)對截滲墻前后測壓管比較，測壓管水位差由原來的1.11 m增大到2.33 m，浸潤線降低9%～11%，滲水量也相應(yīng)減少了34.5%。滲漏沒有完全截止，主要原因是施工工段長度只有100 m，可能發(fā)生繞流。截滲墻施工對于堤基有石塊碎石帶等復(fù)雜情況，一般槽孔難以穿透，達(dá)不到設(shè)計(jì)孔深會影響截滲效果?？傮w來看，截滲墻工程的實(shí)施起到了防滲、降低浸潤線的效果。

（2）振動沉模防滲墻

振動沉模防滲墻施工時采用大功率高頻率振動器，將H形空腹鋼模板振動沉入土體，隨即向空腹內(nèi)灌注水泥漿液，邊振動邊拔模，讓漿液留于槽孔中先形成單板墻，后連續(xù)單板墻以形成最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求的堤防防滲墻。洪澤湖大堤在2001年6月使用該技術(shù)，工程位置在防浪林臺（高程14.5 m）上，墻底高程為-2 m，長度為250 m。墻體厚度16 cm，設(shè)計(jì)防滲能力為K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）。砂漿比重≥1.9 g/cm3,稠度10～12 cm，配合比為水泥∶粉煤灰∶砂∶水∶黏土= 1∶0.87∶3.33∶1.15∶0.74。經(jīng)觀測，防滲墻后測壓管水位比施工前下降了 90cm，浸潤線下降42%。這種施工方法造價較低，施工速度較快，比較適合無亂石、埽工的林臺。

（3）高壓擺噴連續(xù)截滲墻

2011年，經(jīng)國家發(fā)展改革委批準(zhǔn)，對洪澤湖大堤進(jìn)行除險(xiǎn)加固，也稱第5次加固。規(guī)模和建設(shè)主要內(nèi)容為堤身和堤基防滲處理等，其中堤基垂直截滲處理長度15.45 km。

根據(jù)地質(zhì)勘探資料中堤基滲漏通道③2層土的分布，采用高壓擺噴施工技術(shù)，沿大堤上游堤肩堤軸線方向，布置垂直截滲墻，墻體高程在-3 m～+7 m之間，截滲墻墻體厚度≥10 cm,墻體嵌入③2層土垂直高度上100 cm，下50 cm，墻體設(shè)計(jì)防滲能力為K≤A×10-6cm/s（1≤A≤9）。

噴漿工藝采用三重管法。施工工藝為利用鉆機(jī)引孔至設(shè)計(jì)深度，控制噴嘴擺角，利用高壓水切割造槽，壓縮空氣保護(hù)水流射程，經(jīng)過切割、攪拌、置換等工序，水泥漿液填孔槽，水泥土固結(jié)，形成防滲墻。

為了驗(yàn)證這種截滲墻的效果，在54K+300處斷面埋設(shè)了兩根測壓管。根據(jù)觀測記錄分析，截滲墻施工前后測壓管水位有明顯下降，平均下降了30 cm。證明這種截滲墻對③2層透水層滲漏具有阻滲作用。

2.堤身防滲加固措施

壓密注漿主要是為了提高大堤堤身密實(shí)度。第5次加固是在堤身充填灌漿，工程量為臨湖側(cè)15.79 km、背水側(cè)26.495 km。在大堤上游堤肩臨湖面（高程18.0 m左右）布置梅花形鉆孔3排，孔距2 m，排距1 m，孔徑0.5 m,孔深11.0 m，孔底高程在7 m左右。采用孔底注漿、全孔灌注、分排單獨(dú)灌漿方法施工。漿液為水泥黏土漿，水泥黏土占總重比例為15%和5%。一般孔1～2 m3，最大單孔灌漿量達(dá)到32.85 m3，可見此處堤身空隙較大，不密實(shí)。通過壓密注漿施工，堤身得到密實(shí)，增強(qiáng)了堤身防滲性能。

3.堤后防滲措施

堤后滲水堤段順堤腳方向，開挖導(dǎo)滲溝，內(nèi)置砂石過濾層，并把導(dǎo)滲溝滲水引向順堤河；在集中滲水點(diǎn)設(shè)置減壓井。這些措施用以降低浸潤線逸出點(diǎn)高度。

四、結(jié)語與建議

洪澤湖大堤管理部門運(yùn)用多項(xiàng)滲漏探測技術(shù)，對大堤進(jìn)行滲漏等隱患探測，取得了第一手?jǐn)?shù)據(jù)，為工程除險(xiǎn)加固方案提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐；采取的防滲、截滲加固措施效果明顯。尤其是52 K～53 K之間的古減水壩遺址的防滲加固措施，有效地減少了滲流量，增強(qiáng)了大堤的穩(wěn)定性。洪澤湖大堤是重要的流域堤防，進(jìn)一步研究大堤滲漏原因，加強(qiáng)滲漏檢測與觀測，研究最適合大堤防滲要求的施工技術(shù)工藝和方法，對于保障大堤安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

因此建議進(jìn)一步采取最新科技手段進(jìn)行大堤滲漏探測;利用剛建成的大堤安全自動檢測系統(tǒng)（測壓管數(shù)據(jù)），對大堤已經(jīng)采取過加固措施的堤段進(jìn)行分析，滲漏是否存在或是否在允許安全范圍內(nèi)；對重點(diǎn)古減水壩遺址、堤后深塘、歷史決口遺址等堤段再進(jìn)行滲漏檢測復(fù)核，確認(rèn)是否存在有滲漏及滲漏量對大堤安全的影響；36 K～45 K之間的大堤背水面坡腳常處于順堤河水面以下的堤段，需進(jìn)行特別檢測，找出目前仍在滲漏、洇潮的原因，有滲漏地點(diǎn)滲水來源及危害分析；在平時管理和開發(fā)利用順堤河岸線資源過程中，注意堤后不能挖深，防止挖穿承壓水頂蓋，造成湖水和順堤河連通，影響大堤穩(wěn)定；在大堤重點(diǎn)段上游（洪澤湖）研究，進(jìn)行防滲鋪蓋設(shè)計(jì)和施工，減少滲透途徑的可能性；對大堤其他隱患（堤身不密實(shí)、軟土堤基、空洞）等采取各種手段進(jìn)行進(jìn)一步檢測，以確保大堤安全；在進(jìn)行全面探測的基礎(chǔ)上建立 “數(shù)字化大堤”,為現(xiàn)代化管理提供支撐。

[1]國務(wù)院.國務(wù)院關(guān)于淮河防御洪水方案的批復(fù)(國函〔2007〕48號)[S].2007.

[2]夏細(xì)禾，劉百興，熊進(jìn)，等.長江堤防防滲工程施工研究及其應(yīng)用[M].北京：中國水利水電出版社,2004.

[3]朱興華,張友明.千年古堰洪澤湖大堤[M].北京：人民日報(bào)出版社,2007.

責(zé)任編輯 軒 瑋

Leakage detection and treatment technology for Hongze Lake Dyke//

Jian Dan

Hongze Lake Dyke is regarded as the major embankment of the river basin.The dyke has been suffered from seepage passage caused by permeable layer,low density of embankment body,existed low pond and elevation,historical site of outbreak inside of embankment,fascine works and stone riprap.Technical approaches namely geological drilling,isotopic tracer method,saturation line observation engineering geophysical exploration, and dike piping leakage detection have been adopted for detection of leakage.Technologies of water jetting construction of concrete cutoff wall,vibratory sink mold wall,high pressure spray for the impervious wall and compaction grouting have been employed for seepage prevention that has achieved great success.

embankment;seepage inspection;seepage interception wall;suggestions

TV543

：B

：1000-1123（2017）08-0053-03

2016-11-22

簡丹，工程師，主要從事水利工程管理方向研究。