堤防隐患
堤防隐患可概括为洞穴、裂缝、暗沟、渗漏、近堤坑塘五大类,其中洞穴包括动物(獾、狐、鼠、白蚁等)洞穴、人为洞穴(如防空洞、废窖等)、腐木(树根或抢险软料腐朽)洞穴等;裂缝按成因分为干缩裂缝、沉陷裂缝、滑坡裂缝,按方向分为纵向裂缝、横向裂缝和龟纹裂缝;暗沟是由于筑堤不够密实、土块堆垒或裂缝遇水冲扩而造成的内部连通性孔洞;渗漏主要是由于堤身或堤基土料抗渗性差,存在松土层、透水带、老溃口、古河道,堤身单薄,填筑(包括不同材料接合处)不够密实,岩基裂隙发育或岩溶严重等造成的,包括堤身渗漏、土石接合部渗漏基础(堤基)渗漏和接缝渗漏(也称接触渗漏)。
检查以上隐患,除进行表面迹象(如近堤坑塘、内部裂缝与地表裂缝的贯通、洞穴或暗沟在地表的洞口或塌陷、渗漏出逸处的各种迹象)观察外,对于隐患在堤身堤基内或水下的准确位置、埋藏深度、规模大小、构成材质等具体情况应采用探测方法查明,常用探测方法有机械钻探、人工锥探、人工开挖探测、人工用探杆探试或下水探摸、仪器探测(如电法探测)、结合渗流或测压管水位观测成果进行分析推测等。
人工锥探
用直径12~19mm带有锥头的圆钢作为锥杆(长度根据需要确定或分段连接),由人工(一般至少4人)锥入堤身或堤基内,根据锥入时的感觉、发出的声音、锥进速度等差异,初步分析判断是否存在隐患或可能存在隐患的种类、位置、隐患厚度等;锥探后应对锥孔灌黏土泥浆封孔,根据灌入量的多少也能验证隐患是否存在和判断隐患规模。
仪器探测
用电法探测仪器探测堤防隐患的步骤主要包括:①布设测点。普查时沿临水侧和背水侧各布一条测线,详查时适当加密测线,测点间距以2m为宜。②读取各测点的电阻值并现场记录,技术人员应在探测现场对探测数据进行分析、判断,以排除干扰误差,必要时应接着做补充探测,以保证探测资料的真实、准确与完整。③资料分析。对外业探测记录资料进行分析检查,由普查数据绘制成沿堤防的电阻率剖面图(标明大堤桩号、探测位置),由详测数据绘制成电阻率色谱图,根据电阻率的变化幅度来分析判断隐患异常点,根据异常点的分布形态、参考堤防的地质和建设与管理及历史探测资料进行隐患的定性分析和定量估算。
堤防隐患处理方法
1.洞穴隐患处理
对于浅层洞穴可进行开挖回填处理,开挖、清理杂物及腐殖质、分层回填、夯实或压实;对于深层洞穴可进行灌浆处理。
2.裂缝隐患处理
首先区分滑坡裂缝和非滑坡裂缝,然后分别进行处理:对于滑坡裂缝应按滑坡征兆进行处理,防止裂缝进水、清除附加荷载、削缓上部坡度、固脚阻滑、防冲防护、反滤排水;对于非滑坡裂缝一般采用开挖回填法或灌浆法进行处理。
3.暗沟隐患处理
对于埋藏较深的暗沟,可通过灌浆进行处理;对于位置明确的浅层暗沟或已导致表面塌陷的暗沟,可进行开挖回填处理。
局部不够密实时,可采用抽水洇堤的处理方法,通过对不密实处的充水浸泡,能够使堤身内的疏松土质变得密实,该方法施工简单、操作方便、便于掌握;但虚土润湿后堤身内部可能出现裂缝或空隙,需要再用压力灌浆进一步充填加固。
4.渗漏隐患处理
1)堤身渗漏处理
堤防设计时,均质堤防应通过选择筑堤土料和断面尺寸,保证施工质量来满足防渗要求,非均质堤防可通过采取防渗措施(如黏土心墙、黏土斜墙)或防渗与反滤排水措施(如贴坡排水、棱体排水等)来满足防渗要求。
若堤防在运行期间出现堤身渗漏问题,可在临河采取截渗措施,如堤防加宽、修做黏土前戗、铺设土工膜或复合土工膜、增设黏土斜墙等,也可在背河采取透水后戗、机淤固堤及防止渗透变形的反滤排水措施。
(1)修做前戗或后戗:堤防抗渗性差、堤身单薄、渗流出逸点位置较高、堤坡坡度较陡时,可用修筑前后戗的方法进行加固。临河前戗用黏性土修筑(也称为黏土前戗),戗顶高出设计洪水位0.5~1.5m,戗顶宽一般为5~10m,以使浸润线出逸点降至背水坡脚以外为宜,戗坡一般与大堤临水坡相同;背河后戗用透水性较强的土料修筑(也称为透水后戗),戗顶至少高出浸润线出逸点0.5m,戗顶宽度不小于3~6m,边坡为1∶3~1∶5。
(2)堤身铺设土工膜或复合土工膜截渗:确定铺设范围,将临河堤坡清基、整平、压实、拣除尖锐杂物,顺堤坡铺设土工膜或复合土工膜,土工膜或复合土工膜的幅与幅之间要采用搭接、粘接、缝接或加热焊接等方法进行连接,用符合要求的土料修做保护层。
(3)放淤固堤:包括自流放淤和机淤固堤(也称为吹填固堤)。自流放淤是利用自流水流(如引水、汛期漫滩洪水)挟带的泥沙淤填低洼处,具有简便、经济的优点,但往往受地势、水位、水流含沙量等条件限制。机淤固堤是利用简易吸泥船、挖泥船、泥浆泵等机械设备将浑水输送到指定区域,经沉沙排水而实现淤背加固。机淤固堤施工时,船位应选择在弯道环流顶点的下游侧,沙量丰富、土质疏松、水浅溜缓,并尽量靠近岸边(但要离开坝岸15m以上)的新滩,以便于抽吸开挖和利用含沙量较高的底层水流及时还沙、缩短水上管道长度、利于固定船只和施工安全;输沙管道铺设应尽量短而顺直、避免急弯,要使接头严密,要将管线最高点尽量布置在船只附近(如堤肩处)并安装真空安全阀,输沙管道出水口距大堤坡脚或淤区围堤的距离应不小于5m;淤区围堤应分层填筑夯实或压实,断面大小要满足蓄水沉沙的要求并适应修筑能力,一般高2~3m、顶宽2~3m、边坡1∶2~1∶3;排水管道或设备要有足够的排水能力,保证及时排水;机淤固堤标准(如淤筑高程、淤筑宽度)应根据渗流稳定计算,并结合实际情况确定,淤筑高程一般在设计洪水位以上0.5m;淤筑完成后应进行黏土包边盖顶,并进行植草植树防护。
2)堤基渗漏处理
对于单层或浅层透水地基(包括古河道、老溃口),临河可采取截渗措施(如黏土截水槽、水平黏土铺盖、水平或垂直铺设土工膜或复合土工膜、垂直防渗墙、板桩、防渗帷幕等),背河可采取盖重加固措施(如透水后戗、机淤固堤)或反滤排水措施(如砂石反滤层等);对于多层透水地基,临河可采取水平截渗铺盖(黏土铺盖、土工膜或复合土工膜截渗),背河可采取机淤盖重、反滤排水或排渗减压措施(如排渗沟、减压井)。
(1)截水槽:在堤轴线或临水堤脚附近的堤基面上顺堤开挖梯形槽并回填黏土(也称为抽槽换土),形成黏土截渗体,以截断浅层透水层或延长渗径,也用于处理堤身与堤基的接触渗流。
(2)黏土铺盖:堤基渗漏时,可用黏土将堤防临河一定范围内的透水堤基表面覆盖起来,形成黏土截渗体,以阻截水流沿堤脚附近的入渗,从而延长渗径、减轻渗漏;修筑黏土铺盖前应将堤基表面清基整平,修筑时按筑堤标准分层铺土、压实,黏土铺盖之上还要修做保护层。
(3)土工膜或复合土工膜截渗:堤基渗漏时,可在堤防临河一定范围内的透水堤基表面水平铺设土工膜或复合土工膜,也可在堤防临河堤脚附近垂直铺设土工膜(也称为土工膜防渗墙)。水平铺膜前应对堤基表面进行清基、整平、压实,并拣除尖锐物,铺设时应做好搭接、粘接、缝接或加热焊接,铺设后要修做保护层。垂直铺设土工膜的施工工序有开槽、铺膜、膜两侧填土等。开槽时,一般需用黏土泥浆固壁,以防止槽壁坍塌,开槽深度满足设计要求(最好截断透水层);铺设时,直接选用幅宽满足深度要求的土工膜或将窄幅提前连接(粘接、缝接、焊接)加宽,将土工膜滚卷成捆放入已开槽内,边开槽、边破捆铺设,处理好接头的粘接、缝接或焊接;在已铺设土工膜两侧用松散无尖锐物的土料回填;若堤防设有其他防渗体,要将土工膜与其他防渗体衔接,以形成封闭防渗。
(4)垂直防渗墙:根据修筑材料不同,垂直防渗墙主要有黏土防渗墙、混凝土(水泥混凝土、水泥黏土混凝土)防渗墙、土工膜防渗墙(即垂直铺设土工膜)等。其中,将较薄的防渗墙称为轻型防渗墙,轻型防渗墙又分为定喷(定向高压喷射灌浆)墙和射水法防渗墙。混凝土垂直防渗墙的施工工序主要是开槽及水下浇筑混凝土。一般是利用钻机钻挖成圆孔,钻挖时需用黏土泥浆护壁,并可套挖成槽孔,或利用射水装置及成型器挖成槽孔,然后进行水下混凝土浇筑,逐次钻挖浇筑则可形成柱列式或板槽式防渗墙,以截断堤基透水层或延长渗径。
(5)防渗帷幕:顺堤(坝)走向对堤(坝)轴线或临河坡脚附近一定宽度的堤(坝)基进行密孔灌浆,岩基灌注水泥浆或化学浆,砂砾石堤基灌注水泥浆或水泥黏土浆,浆液凝固后可形成连续的防渗墙体(称为防渗帷幕),以此截断透水层或延长渗径。
(6)排渗沟、减压井:当多层透水堤基渗水严重,甚至背河易出现管涌、流土、沼泽化、承压水等现象时,为排出渗水、降低浸润线和减小渗透压力、防止发生渗透变形,可在背河坡脚(坝趾)附近设置穿入透水层内一定深度的排渗沟或减压井。排渗沟分为明沟和暗沟,做成沟后安设排水暗管,然后用土料将沟回填起来,排渗沟底部坐落在透水层上,沟底及两边坡铺设反滤层,反滤层之上修做干砌石保护层,将渗水汇集于沟内再集中排(流)出;减压井可以穿入透水层内更大深度,贯穿透水层的为完全井,穿入透水层一部分的为不完全井,一般设置单排井,井距15~30m,井管直径不宜小于15cm,进水井管周围填充反滤料,造孔下井管,在井管周围回填沙子,或提前用反滤材料(如棕皮、钢丝网)裹护进水滤管,井管集水后可自流或抽出。
3)接缝渗漏处理
接缝渗漏包括堤身与堤基接触面、堤身与岸坡接触面、堤身或堤基内不同材料接合面(统称为土石接合部)等处的集中渗漏。修堤时,可通过采取清基、光滑面倒毛、设置截水槽、回填黏土、提高回填土质量、穿堤建筑物与堤防接合部设置止水(如沥青麻布、油毛毡等)或修建刺墙等措施有效预防接缝渗漏。若堤防运行期间出现接缝渗漏,一般采取临河截渗措施(如黏土前戗、延长接缝处的防渗体、覆盖土工膜截渗等)、背河反滤导渗措施(砂石反滤铺盖、贴坡排水、透水后戗、机淤固堤等),或对位置准确的浅层接缝渗漏进行中部开挖截堵(中堵截渗)。
5.近堤坑塘处理
近堤坑塘可采用挖运土回填(人工、机械)或用船只、泥浆泵机淤填筑的方法进行处理,临河坑塘应回填黏性土,背河坑塘应回填透水性土料。