王廷華

(青島市膠州水利工程有限公司， 山東 膠州　266300)

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水利堤防工程施工技術(shù)探討

王廷華

(青島市膠州水利工程有限公司， 山東 膠州266300)

堤防是水利工程建設(shè)中最常見的工程設(shè)施，隨著近些年來先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)不斷融入到水利工程建設(shè)施工中，堤防的建設(shè)施工中也越來越多采用新的理論和方法，技術(shù)的進(jìn)步為堤防工程的高效率建設(shè)奠定了重要基礎(chǔ)。堤防是水利工程中重要的組成部分，堤防的重要性使得其質(zhì)量要求大大提高。而從當(dāng)前的情況看，堤岸工程仍然需要在堤壩的防滲技術(shù)、坍塌治理技術(shù)以及堤岸護(hù)坡技術(shù)等方面進(jìn)行具體深入的研究與分析，旨在能夠促進(jìn)堤防建設(shè)施工技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新，進(jìn)而為我國水利工程的建設(shè)及應(yīng)用效果做出保障。

堤防； 崩塌； 防滲； 施工

千百年來，人類社會的發(fā)展與江河湖海息息相關(guān)，為防范江河洪水自由泛濫成災(zāi)和湖海風(fēng)浪潮水侵襲之患，依水筑堤，將洪水浪潮約束在設(shè)定的水域范圍內(nèi)，以保障江河中、下游沿岸和湖海之濱人民生命財產(chǎn)安全。隨著現(xiàn)代社會的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，江河湖海沿岸地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動日益密集起來，因此新建或者加固堤防愈加迫切。近些年來，隨著國內(nèi)大江大河的干流、主要支流、海堤、重點(diǎn)湖堤的建設(shè)，堤防工程施工技術(shù)也得到了快速發(fā)展。本文將討論幾類常見的堤防結(jié)構(gòu)型式及其工程施工的技術(shù)要點(diǎn)等。

1　水利堤防工程的定義及種類

堤防是一種常見的水利設(shè)施，一般指的是建設(shè)在河流、湖泊、水庫及海岸邊緣的擋水建筑物，也指在行洪區(qū)、分洪區(qū)、圍墾區(qū)周圍建設(shè)的攔水建筑物。堤防最重要的功能之一就是防洪，它也是世界上最早和最廣為分布的水利設(shè)施。筑堤的作用是防御洪水泛濫，目的是為了保護(hù)堤防周邊居民的生命財產(chǎn)安全和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的順利進(jìn)行。堤防修筑后可以將洪水約束和限制在規(guī)定的行洪道內(nèi)，這樣就使得在同等水流量的情況下，水深增加，并且行洪流速增大，海邊的堤防也是抵擋風(fēng)浪、抗御海潮的重要設(shè)施。

堤防的分類可以根據(jù)其修筑的位置不同進(jìn)行具體劃分，一般可以分為江堤、湖堤、河堤、海堤，以及水庫、蓄滯洪區(qū)低洼地區(qū)的圍堤等；也可以按照堤防的功能劃分，一般分為干堤、支堤、子堤、遙堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、圍堤(圩垸)、防浪堤等；按照建設(shè)堤防所用材料可以將其分為：土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墻等[1]。

2　堤防施工中的防滲流技術(shù)

滲流是水利堤防工程常見的現(xiàn)象，防滲和排滲是施工建設(shè)中控制滲流的基本辦法。防滲工程的兩種基本型式為水平防滲和垂直防滲，鑒于堤防所處的特殊環(huán)境來說，由于水流的流量、流速和紊流的變化無常，傳統(tǒng)的防滲方法顯得應(yīng)對不足，如：傳統(tǒng)的堤岸防滲方法是在鄰水的一側(cè)作黏土鋪蓋防滲，這樣的工程措施無法應(yīng)對突如其來的洪水侵蝕，也有用建筑防滲墻的工程型式，具體是在堤防底部用防滲墻切斷很深很厚的砂層，這樣的工程雖然一定程度可以起到防滲作用，但缺點(diǎn)是費(fèi)時費(fèi)力，成本較高，而且會影響河床水體與兩岸地下水體之間的互相補(bǔ)充交換。鑒于傳統(tǒng)防滲方法的缺陷，可以采用在背水側(cè)排滲的措施，具體是指在背水側(cè)的堤防腳進(jìn)行排滲減壓，或者修筑類似壓土平臺設(shè)施。工程施工中可以采用建設(shè)排滲減壓溝、減壓井、淺濾溝或者截滲槽及排水溝、壓土平臺、防滲墻等[2-3]。

a.排滲減壓溝。堤基的結(jié)構(gòu)多為二元層次的雙層地基，因此，防滲工程施工中，覆蓋土層不厚且為弱透水性時，可以在堤防側(cè)面修筑排滲溝，排滲溝的深度應(yīng)該深入砂層，這樣可以有效消減承壓水頭,控制砂沸管涌事故的發(fā)生，排滲溝的挖溝地點(diǎn)一般位于堤防背水側(cè)坡腳區(qū)域，如圖1所示的防滲溝模型為美國堤防設(shè)計推薦的矩形溝[3]，使用專用的挖溝填實(shí)施工設(shè)備，窄溝寬0.6～1.8m，防滲溝內(nèi)的回填物料主要為達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的粗砂礫石等濾料；在靠近排滲溝底的地方還應(yīng)安置有縫或者穿孔的集水管，要注意的是，為了防止回填濾料流入集水管內(nèi)，可以在施工時，將集水管用30cm厚左右的砂粒濾料包圍[3]。在另外一些堤防的排滲工程中，也可以將排滲溝布置在堤內(nèi)坡之下，再以水平排水褥墊引出滲流，這樣的施工方法降低了堤坡內(nèi)的浸潤線。

圖1　背水堤腳減壓溝

b.減壓井。水利工程建設(shè)堤防時遇到的弱透水土層一般的厚度均大于4m，即便在這種土層覆蓋較厚的情況下，仍有滲水冒砂管涌險情發(fā)生的可能。這時，采取的工程防滲措施是建設(shè)較深的減壓井列，這種減壓井列可以有效消減砂層中的承壓水頭。在減壓井列的位置選擇上，一般選在堤岸坡腳附近較薄的區(qū)域，井間距控制在20cm左右[3]。

施工的時候，也需要注重幾個問題：?鉆孔盡可能不使用泥漿作為護(hù)壁，因?yàn)槟酀{的加入會導(dǎo)致排水減壓效果變差；?要重視鉆孔的土層結(jié)構(gòu)及層位分布情況；?如果井管處于極細(xì)粉砂土層帶中，減壓井管不能使用開孔管，因?yàn)殚_孔管會導(dǎo)致大量泥沙涌進(jìn)井管，使有效下部井管失效。

c.淺濾溝或截滲槽及排水溝。如果在堤防下部的淺層地基中，出現(xiàn)薄層的透水性強(qiáng)于堤身，施工中可以在背水堤的腳下建設(shè)淺濾溝管排水減壓，如圖2所示為一個典型河堤加固工程的示意圖[3]，在開孔或者有縫的集水管外圍填充砂礫濾層，然后覆蓋黏土將其夯實(shí)，防滲效果同樣明顯。采用截滲槽，在迎水側(cè)坡的黏土斜墻截斷淺層夾砂層的工程防滲措施。

圖2　淺濾溝示意圖

d.壓土平臺。水利堤防工程中，在堤后增設(shè)壓土平臺可以有效消除堤防后地面上可能發(fā)生的砂沸管涌險情，這種施工技術(shù)可靠、簡單易行，只需要壓土的自重大于壓土層下部的承壓水頭便可以，這種工程型式在一些取土方便的農(nóng)村堤防以及提取江河泥沙方便的江河堤防中較為適宜，例如：在長江堤防上進(jìn)行的吹填工程以及在黃河流域的放淤作業(yè)等。其壓土寬度用作計算并考慮原有覆蓋土層的厚度變化，如圖3所示[3]，壓土平臺的寬度也應(yīng)足夠長，用以應(yīng)對滲流而產(chǎn)生的砂沸管涌現(xiàn)象。

圖3　堤防壓土平臺示意圖

e.防滲墻。防滲墻在消減水頭和滲流量方面較上述的排滲與壓滲措施更為有效，垂直方向的防滲板墻在性能上強(qiáng)于水平防滲設(shè)施。如果弱透水覆蓋土層下有深厚強(qiáng)透水砂基，自然是懸掛式板墻為宜，它不影響內(nèi)外水力聯(lián)系，洪水時兩側(cè)廣大地區(qū)砂基有蓄洪滯洪的作用，洪水過后也不阻攔內(nèi)澇的消退；同時對制止和延緩堤后管涌險情的繼續(xù)發(fā)展具有決定性作用。

如圖4所示，防滲板墻的建設(shè)位置，若建設(shè)在堤前坡的①位置，則需要壓實(shí)加厚該區(qū)域的黏土并注意防止水流的沖刷；若考慮到堤身，則可以選取位置②，因?yàn)楹樗贿吘€之下的堤基滲流坡降最大；如果堤防施工不便時，可以考慮堤頂?shù)奈恢芒厶?，堤后坡腳位置④對消減堤后出滲坡降和管涌險情的效果最為明顯[3-5]。

圖4　懸掛式防滲墻位置示意圖

3　堤防設(shè)施的崩塌和防護(hù)技術(shù)

河流的迎流頂沖處常會引起崩岸滑坡，長江中下游江堤3600km中，崩岸長度就有1500km。同樣，流經(jīng)黃土高原的黃河，沿岸黃土的垂直崩塌也很常見。崩岸的發(fā)展自然會危及到大堤的安全，因此防止大江大河的崩岸滑坡也是保證大堤安全的前提。堤岸防護(hù)工程從治河布局方面考慮，主要有平順護(hù)岸工程，以遏制近岸崩塌的可能性；磯頭、壩垛守點(diǎn)工程，謀求逐步連線的護(hù)岸；丁壩群改造岸線工程等。從工程結(jié)構(gòu)上考慮，主要有護(hù)坡式、擋土墻或者板樁墻式和控導(dǎo)水流壩工式。下面介紹幾種常見的護(hù)岸防沖工程施工類型。

a.拋石護(hù)岸堤工程。拋石護(hù)岸工程常用于崩岸搶險，而單純的拋石搶險只是暫時的，但拋石層內(nèi)仍有流速及紊動水流的掏刷，同時還有岸坡地下水滲流的沖蝕，因此需要墊層、濾層或者土工織物保護(hù)拋石層下泥土的穩(wěn)定性，如圖5所示，拋石層厚0.6m，砌石可小到0.4m，其下墊層和土工織物厚0.1～0.15m。水上施工的坡面陡緩由土質(zhì)決定，在拋石的休止角35°～42°之間設(shè)計，拋石護(hù)坡不宜陡于1∶1.3。

圖5　拋石護(hù)岸護(hù)腳及其墊層布局示意圖

單純的拋石河岸和護(hù)坡下的基土是否仍被紊動沖刷，決定于拋石中間的孔隙大小與其下基土的抗沖性，迄今尚無可靠的計算方法，需要試驗(yàn)研究。下面介紹以曼寧公式形式推算的石縫間流速公式：

式中vb——塊石與基土接觸面處的流速；

S——水力坡降；

D50——拋石平均直徑；

n——糙率系數(shù)，n=0.020～0.025。

由上式可以估算[3]，河床粉細(xì)沙將被紊流沖刷，所以拋石護(hù)岸護(hù)坡工程多采用墊層技術(shù)。

b.砌塊和石籠護(hù)坡技術(shù)。人工鋪砌塊石和利用碎塊石料以網(wǎng)筋包裝成石籠或者排墊護(hù)坡，更好地利用了開采的大小石料。

人工鋪干砌塊石護(hù)坡與拋石相比，受到水上施工的限制，表面平整，受流水沖擊較小，但比拋石坡面的波浪爬高大50%左右。砌石方法技術(shù)很多，常見有單層鋪設(shè)護(hù)坡，排放大石塊表面平整，小石塊擠塞縫隙。英國和蘇聯(lián)學(xué)者均提出了各自的計算公式[3]，用以作為工程施工中單層砌塊石護(hù)坡厚度標(biāo)準(zhǔn)。

漿砌塊石，其結(jié)構(gòu)是將瀝青膠黏物、水泥砂漿等灌入塊石的縫隙中，這樣就可以將塊石連接塊成護(hù)面整體結(jié)構(gòu)，漿砌塊石的特點(diǎn)是抗沖擊能力強(qiáng)，開采的大小石塊均可以使用到工程中。如果需要做不透水處理，施工中應(yīng)該保留一部分冒水孔。具體的施工技術(shù)方法為：使用較干灰漿灌入所有縫隙，只需露出塊石表面即可；然后將較稀的灰漿注入塊石間的所有縫隙中；最后使用手工填塞灰漿逐一勾縫，這樣既達(dá)到了牢固的要求，而且整體美觀。

石籠護(hù)坡，常以鐵絲、鋼筋、聚合物筋等編成網(wǎng)狀箱、籠、排墊等形狀充填石塊，即為石箱、石籠、石排等，有柔性透水優(yōu)點(diǎn)，常用于防沖及浪擊的護(hù)岸、護(hù)底、護(hù)坡工程。如圖6所示，石籠一般尺寸為長3～4m，寬1～3m，厚0.3～1.0m，大面積薄的石排(小于0.5m)作為排墊時可編好網(wǎng)狀先鋪在坡面上，然后充填石塊、碎石，再封閉上口。石籠的破壞多是石塊受到來回?fù)u動，割斷網(wǎng)筋或者鐵絲銹蝕[3]。

圖6　石籠岸坡示例(單位：m)

除了上述幾種護(hù)坡施工技術(shù)外，還有塊體鋪面護(hù)坡、種草植樹護(hù)坡、充填混凝土護(hù)坡、現(xiàn)場澆鋪混凝土板護(hù)坡、瀝青護(hù)坡、丁壩挑流防護(hù)堤岸和重力墻護(hù)岸等幾種施工技術(shù)手段。

4　結(jié)　語

水利工程中堤防扮演著非常重要的角色，而堤防的建設(shè)關(guān)系到河流、湖泊、水庫以及海岸周圍群眾的生命安全，就堤防自身而言，其設(shè)計和技術(shù)方法的運(yùn)用也會關(guān)系到整個水利工程的質(zhì)量水準(zhǔn)和服務(wù)年限。因此，在進(jìn)行堤防的設(shè)計和施工時，必須依照相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行，采用合理的方案進(jìn)行施工，對堤防工程的防滲技術(shù)、坍塌治理技術(shù)以及堤岸護(hù)坡技術(shù)問題掌握到位，保證工程的質(zhì)量。

[1]趙祥.堤防改造方法 [J].水利水電科技進(jìn)展，2012(4).

[2]毛月紅.河道堤防工程設(shè)計[J].甘肅水利水電技術(shù),2010(1).

[3]毛昶熙.堤防工程手冊[M].北京:水利水電出版社，2009.

[4]王振方，周春海，周淑杰.化學(xué)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在水庫工程維修中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2006 (7): 45-47.

[5]李曉麗，荊亮.水庫土石壩滲漏控制措施分析[J].科技咨詢導(dǎo)報, 2007 (21):11-12.

Discussion on water conservancy levee engineering construction technology

WANG Tinghua

(QingdaoJiaozhouWaterConservancyEngineeringCo.,Ltd.,Jiaozhou266300,China)

Levee is the most common engineering facility during the construction of water conservancy projects. Since the advanced science and technology are constantly integrated into the construction of water conservancy construction in recent years, more and more new theory and methods are adopted in levee construction. Technological progress lays an important foundation for the efficient construction of levee project. Levee is an important part of water conservancy project. The quality requirement is greatly improved due to the importance of the levee. However, current situation shows that levee project still should be studied and analyzed concretely and deeply in the aspects of levee antiseepage technology, collapse control techndogy, levee protection technology, etc., thereby aiming at promoting levee construction technology improvement and innovation, and guaranteeing the construction and application effect of water conservancy projects in China.

levee; collapse; anti-seepage; construction

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.002

TV871.1

A

1005-4774(2016)10- 0005- 04