薊運河堤防滲透破壞成因及除險加固措施

高春寶

（河北省玉田縣水務局，河北 玉田 064100）

1 基本情況

薊運河位于海河流域北部的潮白河和灤河之間，發(fā)源于興隆縣大水泉，上游主要支流有州河、泃河。兩河流經(jīng)遵化、平谷、三河、至寶坻張古莊匯流后稱薊運河，還鄉(xiāng)河新道由閻莊匯入薊運河，下經(jīng)寧河、漢沽于北塘匯永定新河入海。水系總長301km，總流域面積10288km2，薊運河干流段長156.8km。1996年入汛后，7月20日～8月10日短短20d時間，玉田縣平均降雨量386mm，整個汛期（6月15日～9月15日）全縣總平均降雨量746.4mm。 從8月5日到12日，由于持續(xù)高水位后又繼續(xù)上漲，使左堤24.3km的險段出現(xiàn)漫溢，觀鳳堆、北興莊等多處滑坡，盛莊子處出現(xiàn)管涌。

2 堤身滲透破壞

堤身的滲透破壞包括3種類型：滲水造成的堤坡沖刷、漏洞和集中滲流造成的接觸沖刷。

2.1 堤坡沖刷

堤坡沖刷系背水堤坡滲水所致。一種是堤坡的出逸比降大于允許比降而產(chǎn)生的滲透破壞，另一種是滲水集中后造成對坡面的水流沖刷。

當背水側(cè)地下水位（或水頭）較高時，持續(xù)高水位會引起堤坡滲水。堤身斷面寬度不夠、堤坡偏陡、堤身透水性強、堤段施工接頭處存在薄弱結(jié)合面等，這些都可能造成出逸點過高、滲流量過大，從而引起堤坡的滲透破壞和水流沖刷甚至滑坡。

2.2 堤身漏洞

堤身漏洞在堤防背水坡及堤腳附近出現(xiàn)，橫貫堤身。產(chǎn)生漏洞的主要原因有：堤身質(zhì)量差，土料含砂量高，有機質(zhì)多；有生物洞穴或其他易腐爛的物料；其他隱患，如舊涵洞、坑窖、棺木等。堤身出現(xiàn)漏洞未橫貫堤身時，也將大大縮短滲徑，加大出口滲透比降，增加了滲透破壞的可能性，同時漏洞中的集中水流還將造成對土體的水流沖刷，使漏洞長度加長，直徑變大，最終貫穿堤身，導致堤防潰決。

2.3 堤身接觸沖刷

當?shù)躺戆l(fā)生集中滲流且沖刷力大于土體的抗?jié)B強度時，在集中滲流處就會產(chǎn)生接觸沖刷破壞。造成堤身集中滲流的主要原因有：穿堤建筑物與堤身間出現(xiàn)裂縫；新老堤身結(jié)合面未清基或清基不徹底；堤防分段建設的結(jié)合部填筑密度低等。由于接觸沖刷的發(fā)展速度往往較快，因此對堤防的威脅很大，必須對其進行除險加固。

3 堤基滲透破壞

堤基的滲透破壞常表現(xiàn)為泡泉、沙沸、土層隆起、浮動、膨脹、斷裂等。一般來講，堤防堤基的表土層一般極少是砂礫層。堤基的滲透破壞一般均為土力學中的流土破壞。

隨著汛期水位的升高，背水側(cè)堤基的滲透出逸比降增大，一旦超過堤基的抗?jié)B臨界比降就會產(chǎn)生滲透破壞。滲透破壞首先在堤基的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)，對近似均質(zhì)的透水堤基，滲透破壞首先發(fā)生的堤腳處。堤基管涌，尤其是近堤腳的管涌，發(fā)展速度快，容易形成管涌洞，一旦搶險不及時或措施不得當，就有潰堤災難發(fā)生的危險。

4 滲透破壞除險方案的選擇

滲透破壞的除險加固從兩方面入手：一方面是提高堤身和堤基本身抵抗?jié)B透破壞的能力，如采取提高堤身密實度、消除堤身堤基隱患、放緩邊坡、貼坡排水、透水后戧或蓋重等措施；另一方面是降低滲流的破壞能力，即降低滲流出口比降和堤身的浸潤線，遵循“前堵后排、反濾料保護滲流出口”的滲流控制原則，并根據(jù)工程地質(zhì)條件、出險情況和堤防的重要程度選擇合理的滲流控制措施。

4.1 堤身

堤身滲透破壞包括滲水 （散浸）、漏洞和集中滲流3種類型。根據(jù)其不同特點，應選擇各自適宜的除險加固措施。

4.1.1 滲水除險方案的選擇

滲水往往會導致背水坡的脫坡、沖刷、流土，甚至形成漏洞和陷坑，應根據(jù)其產(chǎn)生的原因和危害程度，采取相應的工程措施進行除險加固。

（1）對威脅背水坡抗滑穩(wěn)定的嚴重有害滲水，可采用填筑壓實法、機械吹填法或放淤固堤法加寬培厚堤身或做透水后戧，也可以在臨水坡外邦或增建防滲斜墻，或采用劈裂灌漿、錐探灌漿、垂直鋪塑等做垂直防滲。

（2）對不至于威脅堤坡抗滑穩(wěn)定，但可能產(chǎn)生堤坡沖刷、流土破壞的滲水，可采用貼坡反濾、透水后戧的方法進行除險。

4.1.2 漏洞和跌窩除險方案

堤身漏洞和跌窩往往由生物洞穴產(chǎn)生，汛前較難發(fā)現(xiàn)，但這種險情在汛期往往發(fā)展很快，加之堤身斷面有限，對堤身的危害很大，汛期搶險困難，釀成潰口者有之。為防患于未然，汛前應首先對漏洞和跌窩隱患進行巡視、探查。對洞穴應采取開挖回填的方法進行除險，如果開挖回填困難可以采取充填灌漿的辦法進行處理。

4.1.3 集中滲流除險方案

（1）對堤身與穿堤建筑物基礎接觸面的集中滲流，可采用高噴或靜壓注漿在臨水側(cè)做垂直防滲，也可以在接觸面采用靜壓注漿的辦法進行處理，必要時在背水側(cè)做反濾保護。對堤身與穿堤建筑物側(cè)墻間的集中滲流，可以采用接觸面靜壓注漿的方法進行處理。

（2）對新老堤身結(jié)合的水平層面產(chǎn)生的集中滲流，可采用臨水側(cè)開挖回填封堵或接觸面充填灌漿的方法進行處理。

（3）對堤防分段建設的結(jié)合部產(chǎn)生的集中滲流，可采用臨水坡截滲或結(jié)合部擠密灌漿的方法進行處理，必要時在背水坡采取反濾保護措施。

4.2 堤基

（1）對于臨水側(cè)鋪蓋、背水側(cè)表土層或壓滲蓋重缺陷等造成的險情，應首先采取回填的方法恢復鋪蓋和表土層的完整性。臨水側(cè)鋪蓋回填的范圍為鋪蓋的有效長度范圍以內(nèi)，背水側(cè)表土層或蓋重的回填范圍應根據(jù)險情和地形地質(zhì)條件、滲流計算以及堤防的重要程度等確定，可在距堤腳50～200m之間選擇。臨水側(cè)用粘性土或土工布材料，背水側(cè)用滲透系數(shù)比原土層大的材料進行回填，但應滿足反濾要求。

（2）對背水側(cè)地基覆蓋層較薄且透水層較深的情況，可以采用壓實填筑法或吹填法增加蓋重，也可以采用在背水堤腳外適當位置設置減壓溝或減壓井的方法。同時也可以考慮蓋重和排水減壓溝井聯(lián)合使用的形式，以達到根治地基滲透破壞的目的。

（3）對覆蓋層較厚且下臥強透水層較深的地基，宜采用蓋重措施進行處理，蓋重宜采用比覆蓋層滲透系數(shù)大的透水材料，也可以在背水堤腳外適當位置設置減壓井，達到減小揚壓力和除險的目的。

（4）對地基下臥透水層不深、隔水層較淺的情況，首先應考慮采用垂直封閉式防滲措施，也可以采用蓋重或蓋重結(jié)合減壓溝井的方法。

（5）對多層地基且存在淺層弱透水層的情況，宜采用壓滲蓋重或結(jié)合減壓措施進行除險。

（6）透水地基。淺層透水地基宜采用封閉式垂直防滲措施進行處理，并與堤身防滲體連成統(tǒng)一的防滲體系；相對不透水層埋藏較深、透水層較厚時，可以采用背水側(cè)壓滲蓋重進行處理。當臨水側(cè)有穩(wěn)定灘地時，也可以采用臨水側(cè)鋪蓋進行防滲處理。

［1］國家防汛總指揮部辦公室組編.防汛手冊［K］.北京：中國科學技術出版社，1992.

［2］GB50286—98，堤防工程設計規(guī)范［S］.

［3］董哲仁.堤防除險加固實用技術［M］.北京：中國水利水電出版社，1998.

［4］國家防汛抗旱總指揮部辦公室.防汛搶險知識讀本［M］.北京：科學普及出版社，1998.

［5］本書編委會.土工合成材料工程應用手冊［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1994.

［6］胡一三.中國江河防洪叢書黃河卷［M］.北京：中國水利水電出版社，1996.

［7］SL260—98，堤防工程施工規(guī)范［S］.

［8］SL/T225—98，水利水電工程土工合成材料應用技術規(guī)范［S］.