堤防除险加固实用技术

 

 

第一章 堤防除险加固的前期工作

 

为 了搞好堤防的除险加固，应做好几项前期工作。首先应收集掌握除险加固所需的基本资料，以便为堤防的安全评价和除险加固措施的选择提供科学依据，避免盲目 性。在此基础上，有针对性地开展堤防的安全复核工作，并做出是否险工险段以及是否进行除险加固的判断，最后制定合理的除险加固办法，以防患于未然。此外， 对汛期采取的临时抢险措施，必须分别具体情况进行善后处理，这也是汛后堤防除险加固必须做好的一项工作。

 

除险加固所需的基本资料

 

    为 了开展堤防的除险加固工作，应对已有的工程资料进行收集，必要时应有针对性地进行工程地质勘察工作。所需资料包括：①工程及水文地质资料；②工程监测、检 查及隐患探测资料；③堤防建设和出险情况的历史资料。这是进行堤防安全复核的重要依据，也是进行堤防除险加固工程设计和选择施工方法的科学基础。

    一、工程及水文地质资料

    为 了进行堤防的安全复核以及除险加固工程的设计和施工，首先应收集有关的工程及水文地质资料，包括工程的级别、工程的重要性、环境条件、堤身和堤基等有关材 料的物理力学性质指标、堤身和堤基的地层分布等有关资料。必要时还应该有针对性地进行工程及水文地质的勘察工作，查明主要地质问题并获取有关资料。所涉及 的工程及水文地质资料主要有：

    （一）土的物理力学性质指标

    ⒈土的物理性质指标

    常用的土的物理性质指标主要有：颗粒组成、比重（Gs）、湿密度(ρ)、干密度(ρd)、含水率(ω)、界限含水率(塑限含水率ωP、液限含水率ωL)、孔隙率n、有效孔隙率ne、饱和度Sr、不均匀系数Cu等。这些均为堤防安全复核计算和除险加固设计时可能用到的资料。

    ⒉土的力学性质指标

    常用的土的力学性质指标主要有：渗透系数（k）、抗渗强度、抗剪强度指标（凝聚力c、内摩擦角Ф）、压缩系数等。这些指标主要用于渗流及渗透稳定计算、抗滑稳定分析与沉降计算中。

    （二）土的水理性质及水质分析

    对黄土和分散性粘土应了解其湿陷特性、崩解和湿化特性等。这些特性对工程有重要意义。

    水质分析的目的主要是为灌浆材料、防渗墙材料以及减压井的防化学淤堵设计提供资料。

    （三）堤防的工程及水文地质剖面

    堤 防的工程及水文地质剖面是进行堤防安全复核和除险加固设计所必需的资料，应根据工程及水文地质勘察资料并经概化后得到。主要包括堤身和堤基的土层分布、分 层厚度，地下水的分布、运动规律及边界条件等，加上通过试验得到的各土层的物理力学性质指标就构成了完整的工程及水文地质剖面图。根据我国江河堤防的实际 情况，堤防险工险段的堤基结构大体上分为三类。

    当相邻两层渗透系数之比小于5倍时，可简化为一层土，采用加权平均的渗透系数作为计算依据，这种简化对渗流计算成果影响很小。当相邻两层土的渗透系数相差100倍以上时，弱透水层可视为相对不透水层。由于岩石地基在堤防中极其少见，根据江河大堤经常遇到的地层结构及水文地质特性，堤防地基大体上可分为三种类型。

单层透水地基：地基中各土层的渗透系数相差在5倍以内。黄河大堤的大部分堤段都可以概化成这种地基。

双层地基：表层为弱透水的土层，下卧强透水的砂砾层，再下面的地层的渗透系数比砂砾层小100倍以上。长江干堤的许多堤段属于此类地基。

多层地基：不能概化为单层透水地基或双层地基的其它地基情况都可概化为多层地基。

    二、工程监测、检查及隐患探测资料

    堤 防工程受自然因素的作用和人为活动的影响，工作状态和抗洪能力都会发生不断的变化，产生工程缺陷或出现其它问题，如不能及时发现和处理，一旦汛期出现高水 位，将产生险情，往往会措手不及，造成防汛的被动局面。因此，应对重要堤防进行监测、检查和隐患探测方面的工作，对威胁堤防安全度汛的隐患要及时进行处 理，确保工程安全渡汛。堤防的监测、检查和隐患探测资料是进行堤防安全复核的重要依据之一，是除险加固工作需要收集和掌握的资料。

安全监测资料

    安全监测是通过设置观测标点和传感器并进行定期观测，根据观测资料对工程进行安全评价的一种方法。

    安全监测主要包括：沉降及水平位移观测、渗压观测、水下地形观测、裂缝（滑坡）监测等方面的内容。

    （二）安全检查资料

    堤防安全检查是对堤防进行安全评价的一个重要手段，分为堤防外部检查、和堤身隐患检查。

    1.堤防外部检查

    堤 防外部检查一般分为经常性检查、定期检查和特殊（临时）检查。经常性检查是指由工程管理人员按照岗位责任制要求进行的工程检查。定期检查主要是指由基层管 理单位按规定进行的工程全面普查，一般每年汛前、汛后各组织进行一次“徒步拉网式”的工程普查。特殊检查是指当工程处于非常运用条件下（如特大暴雨、飓 风、地震、持续高水位等）进行的检查。

    外部检查的主要内容有：堤身雨淋冲沟、陷坑、动物洞穴、裂缝、渗漏、滑坡、崩岸。堤基的薄弱环节，如取土坑、池塘、坑道、未封堵的钻孔、违章水井等。堤防穿堤建筑物及与堤身结合部的变形、裂缝、渗漏、淘空等缺陷。

    2.堤身隐患检查

    堤身隐患是削弱堤防抗洪能力，造成汛期抢险的主要根源。不论是汛前检查，还是平时管理中的维修养护，都应将它视为重点。

    堤防经常发生的隐患主要有：生物洞穴、植物腐烂形成的空隙，堤内暗沟、暗管、废井、坟墓，堤身填筑隐患（冻土块、大块土、工段接头、新旧堤结合面、裂缝）等。

    （三）隐患探测资料

    堤防安全检查除沿堤进行实地查看和调查访问外，还应采取一些必要的探测措施，以及早发现和消除堤身隐患，达到确保堤防工程安全的目的。常用的探测方法有：人工或机械锥探、电法探测。

    锥探可以根据锥头的进入速度（阻力）、声音等，凭感觉判别是否存在隐患，同时还可以向锥孔内灌入细沙或泥浆，进行验证的同时也对隐患进行了处理。

    电法探测是地球物理勘探的一种方法。它是根据地下岩土层在电学性质上的差异，借助一定的仪器装置量测其电学参数，通过分析研究岩土电学性质的变化规律，结合有关岩土层资料，推断地下一定深度范围内的隐患存在情况。表1—1给出了几种常用的探测仪器及功能。

表1－1 常用的几种电法探测仪

单位	使用仪器	探测内容
中国水利水电科学研究院	SDC-2型大坝渗漏探测仪	堤坝基础渗漏探测、灌浆加固效果检验、堤坝隐患普查、安装测压管定位以及其他工程地质勘探
黄委会 物探大队	SD-1型瞬变电磁仪、浅层地震仪或动态信号接收分析仪、MIR-1C/MIS高密度电阻率连续电测系统	堤坝软弱土层、堤身裂缝、堤身洞穴、渗漏等隐患的普查及重点探查
山东 黄河河务局	ZDT-I型智能堤坝隐患探测仪	同上
江西九江市 水科所	TTY-1型便携式智能堤坝隐患探测仪	同上

    三、堤防建设和出险情况的历史资料

    根据我国堤防工程的实际情况，由于工程地质勘察资料一般较少，因此，堤防建设和出险情况的历史资料，不但是进行堤防安全复核的重要依据，也是进行除险加固设计和施工所必须的资料。

    堤防建设资料包括复堤、改建、扩建、加固等方面的设计与施工技术资料。

    对历史险情应重点了解：出险时间、出险类型、出险位置、出险范围、出险程度、出险水位及历时等有关资料。

 

第二节 堤防的安全复核

 

    通过对堤防进行安全复核，可以分清隐患的危险程度，做出是否险工险段以及加固处理先后次序的判定，从而做到有目的、有计划地清除隐患，保证堤防安全运行。因此，堤防的安全复核是除险加固工作的一项重要前期工作，做好这项工作有着十分重要的意义。

    堤防的安全复核，通常应从三个方面着手：以现有的规程规范为依据进行安全复核；以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核；以多年运行状态为依据进行安全复核。

    一、以现有规范规程为依据进行安全复核

    根据堤防工程技术规范规程的要求，对堤防进行安全复核的主要内容有：堤顶高度、堤坡的抗滑稳定性、堤坡的渗透稳定、地基的渗透稳定、堤岸的稳定等。

    1.堤顶高度

    堤顶设计高程应按设计洪水位加堤顶超高确定。若达不到规范要求，则视为不安全，应进行堤身的加高和培厚。

    2.堤坡的抗滑稳定

    抗 滑稳定复核分为正常情况和非常情况。正常情况下抗滑稳定复核的内容有：①设计洪水位下的稳定渗流期或不稳定渗流期的背水侧堤坡，设计洪水位骤降期的临水侧 堤坡。非常情况下的复核内容为：多年平均水位时遭遇地震的临水、背水侧堤坡。复核计算一般可用瑞典圆弧滑动法或改良圆弧滑动法。若复核的安全系数不满足规 范要求，则应进行除险加固。

    3.堤坡的渗透稳定

    通过渗流计算得到背水堤坡渗流出逸段的渗透比降，若大于允许比降或渗透水流产生堤坡冲刷，则应设置贴坡反滤等保护措施。堤坡最易产生渗透破坏的地方是渗流出逸点，其抗渗临界比降可根据第三章的公式（3—2）确定，再除以安全系数就是允许比降值。

    4.堤基的渗透稳定

    通过渗流计算确定堤基表土层的渗流出逸比降，若大于堤基表土层的允许比降，则应采取盖重或减压措施。

    在没有反滤保护的情况下，无粘性土的允许比降参见表3—2。粘性土的允许比降可按第三章的公式（3—1）先求得流土的临界比降，然后除以安全系数得到。

    5.堤岸的稳定

    受风浪、水流等作用，在可能发生冲刷破坏危及堤岸稳定的堤段，应采取防护措施，防护措施可按有关规定因地制宜地确定。

    二、以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核

    监测、检查和隐患探测资料是进行安全复核的重要依据之一。根据这些资料，进行必要的分析判断，就可以对堤防存在的一些问题做出安全评价，据此对工程进行除险加固处理，确保工程安全。

    1.根据沉降观测或检查结果进行安全复核

    一般认为，沉降量不超过堤高的3%就不会有危险。如有异常，应检查分析原因。如属堤身正常固结沉降所致，则汛前应进行加高培厚。若因堤基变动或因堤身受外力作用所引起，则应采取相应的除险加固措施。

    2.根据渗流观测和检查结果进行安全复核

    一般来说，在同样水位情况下，如果渗流量没有变化，或逐年减少，渗水即属正常。若渗流量随时间增加，甚至发生突然变化，则属异常渗流，应分析成因，根据不同情况采取相应除险措施。

    3.根据水下地形观测和检查结果进行安全复核

    如果靠近堤脚附近的河床被刷深，或险工、矶头所抛护底护脚块石断面发生变化，说明有“根石走失”现象，表明有崩岸的可能，应根据不同情况，采取相应加固措施。

    4.根据裂缝（滑坡）监测和检查结果进行安全复核

    当发现堤身裂缝，经分析有可能是滑坡引起，或将造成滑坡时，应及时采取除险加固措施。

    ⒌根据其它检查资料进行安全复核

    如发现穿堤建筑物及与堤身的结合部发生错位、集中渗流，堤基有取土坑塘等薄弱环节，应分析成因并对可能造成的后果进行分析评价，做出是否需要进行除险加固的判断。

    ⒍根据隐患探测资料进行安全复核

    对探测到的生物洞穴、植物腐烂造成的空洞、暗沟、暗管、废井、坟墓、堤身填筑隐患（冻土块、大块土、工段接头、新旧堤结合面、裂缝）等，应根据其危害程度，经分析论证后采取相应措施进行除险加固。

    三、以多年运行状态为依据进行安全复核

    经 过汛期考验，尤其是经过历时长、水位高的洪水考验，堤防隐患大多暴露出来，这相当于一个破坏性质的原型试验。由于堤防的工程地质资料一般较少，因此，以多 年运行状态为依据进行安全复核显得特别重要也特别实用。首先，对汛期暴露出来的险情多发区、险情严重区必须进行除险加固，除险加固的顺序应根据险情的危害 程度决定，险情的危害程度可以根据险情发生的实际情况和表现来判断。另外，还可以通过出险情况的反分析，推断可能的更高洪水位下的堤防渗流状态、渗透稳定 性、抗滑稳定性等，并做出安全复核，决定处理与否。

    （一）渗流性质评价

    堤防渗流分正常渗流和有害渗流两种。

    1.正常渗流的判别方法

    渗流均匀地从土体表面逸出，不带出土颗粒且不产生局部隆起，呈清水，不冲刷土体表面，相同水位下渗流量不随时间增大，出逸点不高且渗流量不大，则属正常渗流。

    对土质堤防，堤身边坡一般在1:3左右，对没有压渗平台的断面情况，正常渗流的出逸点应在堤身高度的三分之一以下。

    2.有害渗流的判别方法

    有下列现象之一即属有害渗流：渗流成股逸出，渗水浑浊，带出沙粒，产生隆起变形，冲刷土体表面，相同水位下渗流量随时间不断增大或渗流量过大，出逸点过高等。

    （二）堤身渗透稳定及填筑质量复核

    对在汛期曾经产生有害渗流的堤段均应进行除险加固。

  另 外，可以根据汛期堤身的渗水情况对堤身的填筑质量进行评价。这可以根据渗流量的大小、是否产生集中渗流、出逸点的高低、背水坡产生出逸的时间等进行综合判 断。若超过正常范围，则表明堤身存在隐患。可能的原因有：堤身填筑隐患（冻土块、大块土、工段接头、新旧堤结合面、裂缝）、生物洞穴、植物腐烂形成空隙 等。

    （三）堤坡抗滑稳定复核

    首先，对汛期出现过滑坡的堤段应进行除险加固。其次，对出现滑坡征兆（如堤身纵向裂缝、堤脚隆起等）的堤段，应根据堤坡渗流情况进行抗滑稳定复核，若不满足规范要求，则也应进行除险加固。

    （四）穿堤建筑物集中渗流的安全复核

    在穿堤建筑物与堤身的结合部，如果发现有集中渗流，则极易造成接触冲刷。这种险情的危害极大，汛后必须对其进行除险加固。

    （五）堤基渗透稳定的安全复核

    1.地基水文地质条件的评价

    我们国家的主要堤防基本上都是建造在单层或双层地基上。从产生渗透破坏的难易程度上可大致分为三类：

    （1）必然产生渗透破坏的堤基。① 砂土地基且下层渗透系数大于表层10倍以上。此时在表层砂土下的地下水微具承压状态，因此表层砂土的出逸比降较大，加之砂土无粘性，若无反滤保护则极易发生砂沸，进而产生大的管涌洞。② 双层地基且临水侧表土层缺失，背水侧有近堤脚的深塘，如果强透水层较厚，则背水侧表土层下的扬压力很大（如图3—17，可达净水头的60%），加上深塘内的表土层较薄且往往松软，极易被顶穿而产生渗透破坏。如果表土层下是细砂或粉细砂层，则往往会产生大的管涌险情。

    （2）易于产生渗透破坏的堤基。① 比较均一的砂土地基，若背水堤脚无反滤保护措施，也易发生砂沸，以粉细砂地基最明显。② 双层地基，临水侧表土层连续但背水侧有近堤脚的坑塘，或者背水侧表土层连续但临水侧表土层缺失。

    （3）比较安全的堤基。双层地基，临水侧和背水侧的表土层均呈连续分布且较厚、较长。

    2.堤基渗透稳定的安全复核

    对堤基渗透稳定的复核应首先根据汛期表现进行，这是最直接有效的办法。

    （1）渗透稳定的堤基。经过设计洪水位或超设计水位运行，背水侧堤脚只出现渗流，堤基未出现翻水冒砂和地面隆起等渗透破坏现象，则地基是渗透稳定的。

    （2） 渗透稳定不满足要求的堤基。汛期在近堤脚附近发生渗透破坏的堤基，表明均不能满足渗透稳定的要求，必须进行除险加固。但应该根据渗透破坏产生的位置、原因 和程度（承压水头、涌砂量、渗流量等）的不同，采取不同的除险措施。①对经历过设计洪水位的考验，但由于背水侧存在坑塘等薄弱环节引起的堤基渗透破坏，只 要用反滤料填平坑塘就基本可以满足堤基渗透稳定的要求。②对背水侧没有坑塘等薄弱环节，但在设计洪水位以下就发生近堤脚渗透破坏的堤段，则必须采取系统有 效的渗流控制措施进行除险加固。若堤基管涌的位置距堤脚很远，则随着管涌流量的增加，渗流出口处的比降将逐渐降低，管涌流量达到一定程度后，渗透破坏将不 再发展，从而达到新的平衡状态。因此，管涌位置的危险范围可以根据堤基砂层的允许比降近似确定。堤基砂层的允许比降范围可取0.05～0.1，重要堤防取0.05，一般堤防取0.1。

    举例说明，若堤基砂层的允许比降为0.05，对没有垂直防渗的情况，则管涌的危险范围可由下式近似确定：

J平均=h1/L=0.05式中：J平均为堤基平均水力比降；L为管涌发生点到临水侧堤脚的距离；h1为江水位与管涌点地面水位的差值；由上式可知，若h1＝10m，则L＝200m。若堤底宽为80m，则管涌点到背水侧堤脚的距离为120m。就是说，在距背水侧堤脚120m的范围内为管涌危险区，如果管涌点再远，则对大堤安全的威胁程度将显著降低。

 

第三节 抢险工程的善后处理

 

    汛 期抢险是防汛紧急时期所采取的应急措施，受各种条件的制约，一般用料不大讲究，方法比较粗放，具有抢修快、标准低的特点，有些也可能处理不当，技术上很难 达到规范合理。因此，汛期过后，对达不到长期运用标准的抢险工程，必须进行善后处理。对某些情况，缮后处理本身即可达到除险加固的目的。对另外一些情况， 善后处理则是除险加固前必须的前期准备工作。

    ⒈裂缝抢险的善后处理

    在 汛期，在裂缝产生原因不完全清楚的情况下，有可能判断失误而采取了不当的抢险措施，也有可能采用各种临时代用料进行封堵。汛后，应对裂缝的产状、分布、规 模以及产生的原因作进一步的分析研究。经过论证确认裂缝已经稳定和愈合，不需重新处理的，须经上级主管部门批准。汛期采用临时代用料没有彻底处理的，或处 理不当的，应根据裂缝的产状、规模及其成因采取合理的处理措施。属于滑坡引起的裂缝，在本文第四章中叙述；属于不均匀沉陷引起的裂缝，见第五章。其它原因 引起的裂缝，如为纵向表面裂缝，可暂不处理，但应注意观察其变化和发展，并应堵塞缝口，以免雨水进入。较宽较深的纵缝，则应及时处理。横向裂缝不论是否贯 穿堤身，均须处理，详见第三章。龟纹裂缝一般不宽不深，可不进行处理，较宽较深时可用较干的细土予以填缝，或用水洇实。对纵向横向裂缝，可用灌注法、开挖 回填法、横墙隔断法处理。

    ⒉渗水抢险的善后处理

    渗 水抢险常用背水坡开挖导渗沟、做透水后戗和临水坡做粘土防渗层的方法，汛后应对这些措施进行复核。凡是处理不当或属临时性措施的均应按新的设计方案组织实 施，在施工中要彻底清除各种临时物料。若背水坡采用了导渗沟，对符合反滤要求的可以保留，但要做好表层保护。不符合设计要求的，汛后要清除沟内的杂物及填 料，按设计要求重新铺设。若抢险时误用比堤身渗透系数小的粘土做了后戗台，则应予清除，必要时可重做透水后戗或贴坡排水。

    ⒊管涌抢险的善后处理

    管 涌抢险，多数是采用回填反滤料的方法进行处理，有时也采用稻草、麦秆等作临时反滤排水材料。对后者，汛后必须按反滤要求重新处理。对前者则应根据情况分别 对待：若汛期无细砂带出，也没有发生沉陷，表明抢险工程基本满足长期运用要求，可不再进行处理；若经汛期证明不能满足反滤要求者，汛后则应按设计要求进行 处理。

    ⒋漏洞抢险的善后处理

    汛期，在堵塞漏洞时可能采用了棉被、稻草、麦秆等其它临时物料，汛后应予清除并按设计要求重新封堵漏洞。

    ⒌滑坡抢险的善后处理

    对汛期出现的滑坡，汛后应进一步查明滑坡原因及滑坡的规模，对抢险措施不当或不能满足要求的抢险工程，应按新的设计方案重新进行处理。对基本满足要求的抢险工程，适当修整加固后可直接变为永久加固工程。

    对临水侧滑坡，如系堤身原因引起，则在堤身加固中一并处理，如属崩岸引起，则应在崩岸处理中一并考虑。

    ⒍崩岸抢险的善后处理

    汛后应查明崩岸性质、范围和该堤段的工程地质条件，对已采取的抢险措施进行复核，如果在固岸抢险时使用了木料、竹笼、芦苇枕、稍枕等临时代用料，则应进行清除并重新按设计固岸，对不满足设计要求的其它情况也应按新的处理方案组织施工。

    7.风浪抢险的善后处理

    汛后应根据堤防的等级和具体堤段的险情，进行防浪设计，并对已采用的防浪措施进行评价，因地制宜地筛选设计方案。凡不符合选定方案的各种临时措施，均应拆除、清理，尤其是打入堤身的竹桩、木桩以及其它易腐物质，要认真彻底清除。

   ⒏漫溢抢险的善后处理

    汛 期加高堤防多采用土料子堤、土袋子堤、桩柳（木板）子堤、柳石（土）子堤等手段，这些子堤在汛末退水时即应拆除。在汛后进行堤防加高培厚时，若子堤用料是 防渗性能好的土料，则可用于堤防的加高培厚；若是透水料则可放在背水坡用作压浸台或留作防汛材料堆放，其它杂物如树木、杂草、编织袋等，均应清除在堤外。

    ⒐陷坑（跌窝）抢险的善后处理

    汛后应对陷坑产生的原因进行分析，判断其是堤防隐患引起的还是堤防质量引起的，并对汛期采取的填堵措施进行评价，按照陷坑产生的原因，采用相应的加固补强措施。汛期采用的各种应急措施，凡不满足设计要求的，应予清理、拆除，按新的设计方案处理。

    ⒑溃口抢险的善后处理

    汛期封堵决口时，用料一般非常复杂，如沉船、汽车、钢筋笼、钢管、编织袋装土石、大块石、木料、粮食、大豆、等等，若汛后要在原址复堤，则应将这些物料彻底清除，并按设计重新复堤。

    ⒒城市堤防的汛后清理

经过城市的堤防，汛后需进行全面清理。在进行堤防的加固处理时，要在确保防洪安全的前提下，除考虑其重要性和堤防等级外，要与城市规划相协调，做到绿化、美化、方便群众，为发展旅游业创造条件。

 

第二章 堤防漫溢除险和复堤

因自然与人类活动的影响等原因，不少江河湖堤防（此处不包括海堤）的防洪标准很低。从抗御1998年大洪水的实际看来，很多堤防面临着漫顶的现实威胁，出现了靠子堤挡水1～2m的超常状态，险情极为严重。在正常情况下，堤防要解除漫溢的威胁，堤顶必须达到有关规范规定的设计高程。堤身加高，堤坡和堤顶相应也要加培。

    堤防溃决的复堤、因崩岸退堤还滩、堤线的裁弯取直等，需要在新的地基上，进行新堤的设计和施工。

第一节 堤顶高程的复核

    堤顶高程应由推定的设计洪水位h1加上一定的堤顶超高y所确定。凡是堤顶高程尚未达到两者之和的堤防，原则上都应加高培厚堤身，使之达标。所以，为了进行堤防漫溢破坏的除险工作，首先就要复核堤顶高程，检查其是否满足规范规定的要求。

    一、堤防工程防洪标准的推定

    堤防工程防护对象的防洪标准应按国家标准《防洪标准》确定。堤防工程的防洪标准应根据防护区内防洪标准较高防护对象的防洪标准确定。堤防工程的级别应符合国家标准《堤防工程设计规范》的规定，见表2－1。

表2－1 堤防工程的级别

防洪标准 [重现期（年）]	≥100	<100,且≥50	<50,且≥30	<30,且≥20	<20,且≥10
堤防工程的级别	1	2	3	4	5

    对于特别重要的堤防，其防洪标准经专题论证后，要报主管部门审批确定。蓄、滞、行洪区的堤防工程的防洪标准，应根据江河流域规划要求专门确定。

    以 洪水的重现期表示的防洪标准，所对应的是洪峰流量值。不同河段应该通过洪水的频率分析，计算出相应重现期的设计洪水洪峰流量值，实测当时河段的纵横断面， 并分析选用糙率值，通过推水面线的方法，得到该河段沿程的设计洪水位值。对于选用的糙率、断面等，必须通过非设计流量下实际水面线的反复校核。

    以重现期表示的设计洪水位，一般可以保持一个相当长时期的稳定。如果河道糙率或断面发生了很大变化（如淤积、裁湾等），必须采用上述步骤，重新推算沿程新的设计洪水位，以免对堤防安全造成威胁。

    当江河水系复杂，分流、顶托组合因素很多，难以用某一重现期的设计洪水来推定设计洪水位时，在一些流域规划中，往往以实际发生的某次洪水的最高水位，或者在此基础上酌量提高后作为设计洪水位，在经上级主管部门批准后，也可作为堤顶高程设计洪水位复核的依据。

    二、堤顶超高的计算

    由于风浪和各种不确定性因素确定的影响，在设计洪水位上必须再加上一定的超高，以策安全。

堤顶超高：                 y=R+e+A                            (2-1)

    1.波浪爬高R： 在风浪的作用下，波浪爬高常会引起堤防的漫溢险情。波浪爬高可按《堤防工程设计规范》所介绍的方法计算。

    湖堤及内陆河堤设计波浪的计算风速，可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍。

    2.风壅水面高e： 风沿水域吹过所形成的水面升高，即风壅水面超过静水面的高度，在有限风区的情况下，可按下式计算：

e=KV2F/(2gd).cosβ                     (2-2)

式中 e为计算点的风壅水面高度，m；K为综合摩阻系数，取K=3.6×10－6；V为设计风速，m/s，按计算波浪的风速确定；F为由计算点逆风向量到对岸的距离m；d为水域的平均水深m；β为风向与堤轴线的法线的夹角，度。

    3.安全加高A： 在设计堤顶高程时，要有一定的安全加高值，是因为水文分析中观测资料系列的有限性，河道冲淤变化，主流位置改变，堤顶磨损和风雨侵蚀。安全加高值不含施工予留的沉降加高。该值应根据堤防国家标准《堤防工程设计规范》，工程的级别和防浪要求按表2－2的规定分析确定。

表2－2 堤防工程的安全加高

堤防工程的级别		1	2	3	4	5
安全加高(m)	不允许越浪的堤防工程	1.0	0.8	0.7	0.6	0.5
	允许越浪的堤防工程	0.5	0.4	0.4	0.3	0.3

    4.堤顶超高的取值：江河湖泊堤防原则上应按上述方法计算堤顶超高。在堤防加固设计中，堤顶超高计算值可能变幅很大，直接使用有困难，往往按堤的等级、材料及河段特性，分段给出规定值。如长江中游堤防特别重要的一类堤超高2.0m；二类堤超高1.5m；一般的三类堤超高1.0m。

第二节 漫溢除险与复堤的布置

    一、除险加高布置

    经分析论证确定堤防加固高度后，应根据安全可靠，因地制宜的原则选择加固断面的结构型式。

    我国绝大多数堤防为粘性土均质堤。若无特殊原因，一般多选择与原堤防相同的土料加固堤身，结构简单，施工便利，有利于新老土层间的结合。

    若原筑堤粘性土料短缺，且堤防加高高度大，所需粘性土料方量大，则可选择复式断面结构型式，以少量粘土作防渗斜墙，以砂砾石或砾卵石作支承体。也可采用土工膜作防渗斜墙。若当地碎石料或煤矸石料丰富，亦可用碎石料或煤矸石料作支承体。

    堤防加高的断面型式选择应通过技术经济比较后确定。

    （一）按均质堤型加高

    1.背水面培厚加高

    背水面培厚加高型式具有土源相对丰富、施工方便的优点，但也应注意防止新、老堤土结合面成为渗流薄弱面。

    (1）料场选择的原则

    土料的渗透系数不大于10－4cm/s；

    土料的粘粒含量应与原堤土相当或略低，土料的渗透系数应与原堤土相当或略大。粘粒含量比原堤土高出较多，渗透系数小得较多的粘土，不应采用，因其不利于堤体渗水的排出；

    土料天然含水率尽量接近最优含水率；

    重要堤防的料场应离堤脚300m以外，或者也可在距堤脚200m左右处取压盖平台的吹填固结土，但必须尽快吹填补齐；

    若堤防附近无合适土源，则料场选择还应考虑运距、交通方便、造价等因素。

    （2）堤身布置

    堤身培厚加高的布置见图2－1。堤顶宽度根据防汛、交通等实际需要确定，一般3级以上堤防不宜小于6m，堤坡可拟定为1：3，经稳定计算后确定（详见第四章）。堤高大于6m者，背水坡应设戗台，其顶宽不小于2m，戗台的顶高程应在设计水位时的渗流出逸点以上。浸润线与渗流出逸点计算，见第三章。原堤防临水坡应按加高设计坡度整坡，背水坡则应挖成台阶状，按1：3.0的坡连接。

图2－1 背水面培厚加高的均质堤断面示意	图2－2 临水面培厚加高的均质堤断面示意

    2.临水面培厚加高

    当河道整治需要或背水坡有其他工程设置无法培厚时，可考虑在临水面培厚加高堤防，断面布置如图2－2所示。若需在临水面滩地取土，为了保护滩地的天然铺盖作用，取土范围应在距堤脚50m以外，取土深度不超过1.5m。土料的渗透系数应小于或相当于原堤土料的渗透系数。原堤防背水坡应按加高设计坡度削坡，临水坡应挖成台阶状，按大于1:3.0的坡连接，以利于新、老堤身的结合。培厚加高后的临水坡的稳定复核计算，应考虑设计水位降落时的反向渗透力及土体结合面浸水后的抗剪强度的降低。汛期退水时应加强对临水面培厚加高堤段的观察。

    斜墙土料宜选择粘粒含量小于15～30％的亚粘土或粘粒含量小于30％～40％的粘土。支承体宜选择最大粒径小于60mm级配较好的砂砾石。

    粘性土斜墙底部应伸入原堤身1m，斜墙底宽约2～3m，具体可按接触渗径大于（1/4～1/3）的水头计算，顶宽1m，应高出设计水位0.5m。

    砂砾石堤体的背水坡也应设置贴坡排水与反滤层。反滤层的设计将在本节第二部分中介绍。

    2.土工膜斜墙复式堤

    以土工膜斜墙防渗、以砂砾石作支承体的复式加高断面如图2－4所示。若采用单层PE或PVC膜，厚度约为0.4mm左右；若采用两布一膜型复合土工膜，膜厚约为0.2～0.3mm，膜两边的土工织物分别为200～250g/m2。

    土工膜可埋置在原堤顶开挖的槽内，槽的形状尺寸见图2－5所示，膜与原堤土应紧密贴合，接触渗径应大于承受水头的1/4～1/3。复合土工膜也应以单层膜的型式埋置在槽中，否则，带有透水织物的那一面就不能保证应有的接触渗径。土工膜在堤顶应与防浪墙相连接。若不设防浪墙，则可向背水面平铺50cm作封顶，土工膜上面为保护覆复层。土工膜的技术要求将在本章第三节中介绍。

    城市堤防加高，往往因场地所限，采用防洪墙型式加高土堤。防洪墙一般有钢筋混凝土挡土墙和浆砌石挡土墙两种型式，图2－7为南京市长江某堤段城市防洪墙加高断面①。墙高一般不大于5～6m为宜，防洪墙布置在临水堤肩处，墙背水侧中下部填土作为堤顶路面，上部1.2～1.5m作为防浪墙，也可挡水。防洪墙的稳定和强度应按挡土墙复核。

(a)钢筋混凝土防洪墙加高土堤 (b)钢筋混凝土防洪墙加高浆砌石防洪墙

    2.以混凝土墙加高防洪墙

    防洪墙一般采用临水面加厚加高。可在原浆砌石或砼防洪墙的临水面向内设置锚筋，直径约16mm，深度约60cm，间距约50cm。然后在原防洪墙临水面现浇钢筋混凝土防洪墙，具体尺寸可根据实际情况按挡土墙计算确定。图2－7（b）为钢筋混凝土防洪墙加高浆砌石防洪墙。

    二、除险复堤布置

    复堤往往是堤防除险加固的一项重要工作。由于河道的裁弯取值，崩岸的退堤还滩和汛期溃口的复原，都需要进行复堤工作。

    （一）断面选择与布置

    1.断面结构型式选择

    复堤断面的选择应循守安全经济、尽可能就地取材、尽可能与两端堤防断面结构一致的原则。

    若堤线附近粘土或粉质粘土充足，可选择均质断面。

    若堤线附近粘土或粉质粘土较少，可选择复合断面，以透水性较大的土石料作为堤支承体，以粘性土、土工膜作为防渗体。防渗体的型式一般有心墙和斜墙两种，防渗体材料与型式的选择需经技术经济比较及与地基防渗型式统筹考虑确定。

    心墙防渗体受地基不均匀沉降及地震作用等影响损害小，但其施工与支承体有干扰，工期相对长。

    斜墙防渗体施工程序简单，速度快，在地基较好、地震烈度小的地区具有优越性，一旦防渗体受损害也易修复。

    粘土等塑性材料与土工膜等柔性材料适应地基不均匀沉降的能力强于混凝土等刚性材料。

    各种结构型式的堤身断面见图2－8。

①. 有防洪墙

②. 有防浪墙

③. 无墙

(a)均质堤断面单位：cm,高程：m； (b)土心墙堤断面示意；(c)土斜墙堤断面示意

(d)土工膜心墙堤断面示意；(e)土工膜斜墙断面示意

    2.断面轮廓布置

   （1）堤顶高程

    堤顶高程的确定见本章第一节。堤顶路面填筑物，如碎石、沥青、混凝土等不计入堤顶高程。当堤顶设置稳定坚固的防浪墙时，墙顶高程即为设计堤顶高程，但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上。一般土堤还应有堤高的3％～8％作为预留沉降量。溃口段的堤高应从溃口最深处算起。

    （2）堤顶宽度

    规范规定，1、2级堤防顶宽不宜小于6m，应根据防汛、管理、交通、施工、构造及其它要求确定。湖北、江西、江苏等地的重要长江干堤，堤顶宽在8m以上，荆江段准备加宽至12m。黄河一些平工堤段顶宽8~10m，险工段顶宽10~12m。

    应按实际需要间隔一段距离，在顶宽以外设置回车场、避车道、器材物料存放场，具体尺寸应根据各堤段实际需要确定。

    （3）堤坡与戗台

    堤坡应根据堤基、堤身结构与防护、土料及施工条件经稳定计算后确定，对于地基较好的粘土、粉质粘土均质堤，堤坡约为1:3，复式断面的堤坡约为1:2-1:3；对于软基，堤坡约为1:3-1:5，甚至更缓。

    堤高超过6m者，应在堤的背水面设置戗台，戗台高程应在设计水位时的渗流出逸点以上，顶宽应在2m以上。实践证明，戗台对增加堤身稳定，排除散浸险情具有明显作用。

    浸润线与渗流出逸点计算见第三章。稳定计算及安全系数的选取见第四章。堤顶与堤坡的防护结构见本章第四节。

    （4）粘性土防渗体

    防渗心墙或斜墙应高出设计水位0.5m，顶宽b按构造和施工要求应不小于1m，底宽B不小于设计水头的四分之一，即

式中 H为防渗体底部所承受的设计水位时的水头，防渗体应与地基防渗土料或地基防渗体结合紧密，应有足够的接触渗径。

    （5）土工膜防渗体

    土工膜防渗常采用斜墙型式，其与堤体施工无干扰，铺设简便，施工速度快。若采用复合土工膜，可直接铺设在砂砾石或砾卵石堤坡上，其上面可直接铺砼板或块石护坡，也可在复合土工膜与护坡之间铺设15～20cm厚的砾卵石过渡层。若采用单层土工膜，则必须在砾卵石堤坡上铺厚20cm的砂砾石垫层，再铺单层土工膜，其上必须依次铺各厚15cm的砂砾石，砾卵石或碎石作为保护过渡层，最后铺设砼板或块石护坡。土工膜与砂砾垫层，土工膜与保护层或护坡之间的稳定安全系数可用式（2－5）或（2－6）计算，Kgs值应大于1.5。

护坡或保护层透水性良好时:   Kgs=fgs/tgα	(2-5)
护坡或保护层透水性不良时:   Kgs=(g'/gm)(fgs/tgα)	(2-6)

式中 Kgs、fgs分别为土工膜与护坡或保护层之间的抗滑安全系数和摩擦系数；α为临水面堤坡角度；g'、gm分别为护坡或保护层的浮容重和饱和容重。

    采用土工膜作心墙，若选择复合土工膜，则可直接置于堤体中，若在砾卵石堤体中采用单层土工膜，则需在膜两侧各填筑厚25cm的砂砾过渡层。

    防渗体与堤体之间或地基土与堤体之间颗粒粒径相差较大时，以及砂砾堤坡的渗流出逸处，易发生渗透破坏，应设置反滤层。反滤层通常可采用颗粒型或土工织物型反滤层。

    颗粒型反滤层的层数与粒径大小需通过以下反滤设计确定。

    对于被保护土为无粘性土时的第一层反滤料应满足下式：

对于被保护土为粘性土时的第一层反滤料应满足下式：

对于d85<0.074mm的粉土和粘土料:   D15≤9d85                             (2-9)

对于d<0.074mm的颗料含量占40％～85％的砂质粉土和粘土，以及不均匀系数Cu较大的其它防渗土料

D15≤0.7mm                        (2-9)

式中 D15为反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15％；d85为被保护土的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的85％；d15为被保护土的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15％；d为被保护土的粒径。

    将该反滤层作为被保护土，而将堤体砂砾石料或堤坡块石排水作为反滤层，若满足式（2－7）和式（2－8），则只需设这一层反滤层。若不满足，则需设第二或第三层反滤层，直至满足式（2－7）和式（2－8）。

    按构造与施工要求每层反滤层的厚度为20cm。

    当堤防的防渗体、地基土为粘土而堤支承体为最大粒径小于60mm的砂砾石时，它们之间可不专门设置反滤层。

    土工织物型反滤层的设计见本章第四节第二部分。

    （二）复堤段与两端堤防连接

    1.两端堤防的连接方式

    （1） 应将两端堤防的连接面挖成台阶状，两台阶之间以1:3～1:5以上的坡衔接，以利于分层压实。

    （2）连接面可做成以临水坡堤角为支点向新堤段转角5°～10°形成的微斜面，有利于水压力作用下新老堤连接面的稳定，同时接触面的渗径也有所增加。

    （3）溃口两端，应从清基后的刷深地基向上－坡到堤顶成为连接面。

    2.不同结构断面的连接

    （1）新堤土料防渗心墙或斜墙在连接段部位的断面应扩大为非连接段断面的3倍，与均质断面相连。

    （2）新堤土工膜防渗斜墙应一直铺设至连接段末并再延伸6～8m。

    （3）两端均质堤防的连接面应挖成台阶状并以1:3～1:5的坡衔接，以利于分层压实。

    3.与培厚加高堤段的连接

    （1）复堤段新堤应与两端培厚加高堤段的堤轴线保持一致。

    （2）先完成两端培厚加高断面。

    （3）再按上述连接方法进行堤段的连接。

    （三）堤线选择的原则

    退堤还滩和裁弯取直段的堤防需要新建，该段堤线的选择十分重要，一般应遵循以下原则：

    1.应与河势流向相适应，并与大洪水的主流线大致平行，宜保留适当宽度的滩地。

    2.尽量避开软弱地基，古河道，强透水层地层，应选择土质较好的地基填筑堤防。

    3.堤线力求平顺，不同堤段间应以平缓曲线相连接，不宜采用折线或急弯。

    4.同一河段两岸堤防的间距或一岸高地与一岸堤防间的距离应大致相等，不宜突然放大或缩小。

    5.堤线所在范围应尽可能拆迁量少。

第三节 堤身填筑技术要求

    无论是在新堤线上建新堤防，还是培厚加高原堤防，都应按堤防工程施工的有关规范进行施工，严格控制堤身填筑质量，改变以往堤防工程施工质量难以控制和保证的局面。

    一、清基

    1.新堤或培厚部分的地基

    （1）应将表层的石块、淤泥腐殖土、杂填土、泥炭以及杂物等清除干净，并将堤基平整压实，清基范围应超出设计边线50cm。

    （2）堤基如有房基、孔洞应彻底清除，所有坑洼应按堤身要求分层压实填平。

    2.溃口地基

    在将溃口的抛填物全部清理干净，直至地基，并将地基表层厚30cm的土挖除。

    3.特殊地基

    软基、强透水地基应进行专门处理，见第五章。

    二、土料及材料的选择与设计

    （一）均质堤土料

    筑堤材料就地取材，因材设计，沼泽土、富含未完全分解有机质的土料不宜采用，采用膨胀性土，分散性粘土应作专门论证，一般粘土、亚粘土都可作为筑堤土料，优先选用粘性含量15％～30％，塑性指数10～20，天然含水率接近填筑最优含水率的亚粘土。要求不含砂、植物根茎、砖瓦、垃圾等杂物，浸水变形量小，渗透系数不大于1×10－4cm/s，按重量计，水溶盐含量不大于3％，有机质含量不大于5％。

填筑压实干密度ρds：

ρds=ρ·ρdmax                              (2-11)

式中 ρ为压密度，1级堤防不应小于0.94；2级和高度超过6m的3级堤防不小于0.92； 3级以下及低于6m的3级堤防不小于0.90；ρdmax为标准击实仪击实试验最大干密度（g/cm3），同时得出最优含水率wop。

最优含水率wop与最大干密度ρdmax可由两种方法得出，一是由标准击实试验得出，应尽量采用此法；二是通过以下公式计算，作为设计参考。

wop=wp+BIp                                                                (2-12)

式中 wp为塑限含水率（％）；IP为塑性指数（%）；B为稠度系数，可采用0.2。

ρdmax=Gs(1-Va)/(1+Gswop)                                        (2-13)

式中 GS为土粒比重；Va为压实土的含气率，粘土为0.05，亚粘土0.04-0.03。

    得出ρdmax值后，由式（2－11）可得到填筑压实干密度ρds，亦即设计要求达到的干密度。

    如 采用较轻的碾压机具，则应根据与施工碾压机具相应的击实试验或碾压试验曲线确定填筑干密度和最优含水率。一定压实功能下的最大干密度与最优含水率对应，若 实际填土含水率与填筑最优含水率有较大偏差，则在同样的压实功能下，就达不到设计填筑压实干密度，所以实际填土含水率与填筑最优含水率的差值，应不小于3％。填筑含水率是土堤填筑施工前控制填筑质量的重要指标之一，填筑干密度是检查、控制填筑质量的主要指标之一。

   （二）复式堤防渗体土料

     防渗体土料应选择粘粒含量不大于30～40％、渗透系数不大于1×10－5cm/s的粘土，应不含杂质，水溶盐及有机质含量应分别小于3％和5％，天然含水率应接近填筑最优含水率。

    （三）复式堤砂砾料

    应选择耐风化，水稳性好，颗粒级配较好（连续性好，不均匀系数较大），透水性好，不易发生渗透变形，含泥量小于5％的砂砾石或砾卵石。

    砂砾石、砾卵石填筑的设计指标用相对密度Dr表示，一般Dr 应达到0.65，即中密程度。其碾压设备尽量采用振动碾。以相对密度Dr表示的填筑干密度ρd为：

ρdmax=ρmaxρmin/((1-Dr)ρmax+Drρmin)                   (2-14)

式中ρmax、ρmin──分别为由试验得到的最大干密度与最小干密度。

    （四）复式堤防渗土工膜

    土工膜有单层土工膜与复合土工膜之分，常用的膜料材质是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）。单层土工膜即仅有裸露的该层PE或PVC，复合土工膜则在PE或PVC的两侧或一侧粘合非织造针刺土工织物（俗称无纺土工布或无纺布），形成两布一膜或一布一膜的复合土工膜。

    应 优先选择复合土工膜，并且优先选择两布一膜型复合土工膜。因为两侧的无纺布不仅对中间的防渗膜起保护作用，而且沿其平面具有一定的排水功能，此外，无纺布 与土料的摩擦角一般大于膜与土料的摩擦角。虽然复合土工膜的价格比单层土工膜稍贵，但从结构布置简单，施工便利、经久耐用的等方面综合考虑，采用复合土工 膜是经济合理的。

    堤防采用的PE或PVC膜料厚度范围为0.2～0.8mm，起保护、排水作用的无纺布的选取范围为150～400g/m2。若采用复合土工膜，宜选择膜厚0.25～0.4mm，两侧无纺布各为200～300g/m2；若采用单层土工膜，宜选择厚度0.5～0.8mm。

    三、土料填筑的技术要求

    （一）堤身压实参数的选定

    在堤防除险加固工程正式开工以前，应尽量按选择的施工机械安排压实试验，通过试验选定铺土厚度、土块限制尺寸、含水率的适宜范围、压实方法和压实遍数。

    在无试验资料时，铺土厚度和土块粒径的限制尺寸可参照表2－3选用。

表2－3 铺土厚度和土块粒径的限制尺寸

 

 表2－4 某些土坝用拖拉机压实的施工参数

土类名称	拖拉机型号	履带单位压力（KPa）	铺土厚度（cm）	碾压遍数（遍）	压实平均干密度（g/cm3）
砂砾料	C－80	48	40	12	1.72～2.09
砂砾料	D7、D8、HD14	43～53	50	6	＞1.72
亚粘土	C－80	48	30	9～10	1.65
亚粘土	C－80	48	25	6～10	1.62～1.65

    （二）土料填筑的技术要求

    1.含水率的处理

    （1）低含水率的洒水处理

    当土料的含水率比施工填筑最优含水率低，可在取土时用雾状水给土料加水，然后将土料堆置在另一处，搁置一定时间，使含水率均匀，即可用于填筑。

    （2）高含水率的人工翻晒处理

    选择适当的场地，用齿耙将土耙碎，坚硬粘土用铁铣切成厚1～2cm薄片，每层深10～20cm，挖后使其相互架空晾晒，待表层稍干即打碎成小于2～3cm的土块，继续翻晒。表层稍干用铁铣翻动一次，如此反复，直至含水率降低到施工控制含水率范围为止。

    2.卸、铺料

    粘性土料宜用进占法或后退法卸料。砂砾料卸料高度不宜过大，如发生颗粒分离，应混合均匀。

    铺土压实应从最低部位开始，按水平分层向上铺土填筑，不得顺坡铺土填筑，铺土应按选定或由压实试验确定的厚度进行控制，当靠近边坡铺土时，应超出设计边线一定余量，人工铺料宜为10cm，机械铺料宜为30cm。

    土料的铺填与压实工序应连续进行，以免土料被晒干而影响填筑质量。对表面已风干的土层，如间隔时间较长，在其上再填新土前应作表面刨毛和洒水湿润。

    3.压实

    （1）机械压实

    采用机械压实时，碾压机具的行走方向应平行于堤轴线，不宜垂直堤轴线方向碾压。若以履带式拖拉机或拖拉机带碾滚作为压实机械时，则可采用进退错距法压实工艺，碾迹套压宽度宜大于10cm。若以铲运机、自卸汽车等作为压实机械时，可采用轮迹排压法工艺，轮迹套压宽度宜为3～5cm。分段分片碾压时，相邻两个工作面碾迹的搭接宽度，平行堤轴线方向应大于0.5m，垂直堤轴线方向宜为3～5m。相邻工作面有高差时应以斜坡相接，坡比1:3～1:5，且应湿润、刨毛，对机械碾压不到的死角，应辅以夯具进行夯实。若填土出现“弹簧土”、层间光面、层间中空、松土层或剪切破坏等现象，应根据具体情况及时处理，或挖除，或刨松后重新碾压，经检验合格后才能铺填新土。

    对砂砾料压实的洒水量，宜为填筑方量的20％～40％，中细砂压实时的洒水量，应按其最优含水率控制。

    （2）夯实

    采用人工硪夯和机械夯压实时，应采用连环套打法夯实；夯压夯迹1/3，行压行迹1/3，使平面上夯迹双向套压。分段、分片夯压时，夯迹搭接的宽度应不小于10cm。

    （3）雨季、负温（气温零度以下）时填筑

    在 多雨季节填筑时，应根据雨情预报，在降雨前及时压实作业面表层的松土，作业面可做成中央凸起向两侧微倾状，以排泄雨水。对于粘土斜墙或心墙，宜用薄塑料膜 覆盖。降雨时及雨后，堤面禁止车辆通行，也不得践踏堤面。粘性土在雨后填筑前应先晾晒或去掉表层土，待含水率达到要求后，再创毛，铺设新土。

    冬季施工遇负温天气应停工，特殊情况下允许气温不低于－5℃时施工，但应采用重型机械碾压，并采取一些保温措施，必须保证压实时土料温度在0℃以上。因此，应取正温（气温零度以上）土料，且不得夹带冻土和冰雪。装土、铺土、碾压、取样等工序都应快速流畅。一旦发现施工过程中出现土料冻结现象应立即停工。此外，负温下填筑对土料的含水率应作严格控制，粘性土的含水率不得大于塑限的90％，砂料含水率不得大于4％。

    （4）压实干密度、含水率的现场检查

    粘性土可取土样以烘干法测出压实干密度、填筑含水率，砂砾石可通过挖坑置水法测出干密度或相对密度，取样部位与数量可根据规范和具体情况定。力求分布均匀、有代表性，按不同堤段划分的施工单元的压实质量合格标准应按表2－5执行。

表2－5 土堤施工的单元工程压实质量合格标准

堤型		筑堤材料	干密度合格率（％）
			1、2级土堤	3级土堤
均质堤	新筑堤	粘性土	≥85	≥80
		少粘性土	≥90	≥85
	老堤 加高培厚	粘性土	≥85	≥80
		少粘性土	≥85	≥80
非均质堤	防渗体	粘性土	≥90	≥85
	非防渗体	无粘性土	≥85	≥80

    4.新、老堤段与新、老堤身的结合处理

    新、老堤结合或老堤培厚加高的新老堤身结合在施工中应高度重视，处理不当往往在汛期造成渗漏、滑坡等重大险情。

    老堤端或老堤身连接面应严格清除草根、树根及其它杂物，应按设计要求挖成台阶状，并以大于1:3的坡衔接。在老堤身连接土层面上洒水并刨毛后沿水平层面铺设新土，沿水平层面进行碾压。铺土厚度、土料含水率、碾压遍数、压实干密度都必须严格控制。

    堤身全断面填筑完毕后，应削坡清理拍打平实。

    5.颗粒型反滤、排水的铺设施工要求

    （1）铺设前，应有足够的备料，每10m至少设样桩一排。

    （2）铺筑应自底部向上逐级铺填，不得从高处顺坡向下倾倒。分段铺筑时，各层工作面之间应留出足够距离，使呈阶梯状，不得发生层间错位、缺断；陡于1:1坡比的反滤层施工时，应采用挡板支护铺筑。砂砾料应适当洒水，层面应拍打平实。

    （3）已铺工段不准人车通行，防止污染和损坏。

    （4）雪天应停止铺筑，雪后复工应防止冰块冻土积雪混入料内。

    四、土工膜拼接铺设的技术要求

    土工膜是十分有效的新型防渗材料，但其防渗是否达到应有效果，关键在于施工质量，因此必须重视以下技术要求。

    1.斜墙土工膜的垫层清理

    新填砂砾石坡面经过削坡拍实后可直接铺设防渗土工膜，但应将坡面上的尖锐杂物清理干净，以免刺破土工膜。

    如土工膜铺在老堤身坡面上，坡面经削坡后还有草根、芦苇根时，需喷洒除草剂，以防芦苇等植物生长顶穿土工膜。

    2.土工膜铺设与拼接

    铺设前应仔细检查土工膜有无破损，如发现破损应修补或裁除。

    土工膜应以长度方向沿堤轴线铺设，以减少接缝。如果用复合土工膜，则应要求厂家在整幅复合膜的四周留出10cm宽的拼接带，即在该10cm宽范围内，织物与防渗膜是分开的，以便膜与膜的拼接。

    如防渗膜为聚乙烯，可采用焊接法拼接，如防渗膜为聚氯乙烯，则可采用焊接法（应注意劳动保护）或胶接法拼接。拼接前均需将拼接带部位擦拭干净，以保证接缝密合质量。

    焊 接可采用热楔型双缝焊接机，其焊接温度与行走速度均可调节，为保证焊接质量，应根据大气温度，风速的变化，调节焊接温度与行走速度。温度过高或行走速度过 慢，会使拼接部位膜熔透破坏；反之，则接缝焊接不牢。因此，每天早、晚与中午应通过试验调置不同的温度与速度。双焊缝可通过向焊缝间充气检查质量，可在缝 端设压力表，充气压力一般为200KPa，气带隆起5～10分钟不瘪，说明焊缝质量满足要求，若发现漏气，漏气处即为漏焊或焊接不牢处，应及时补焊。

    采用胶接法拼接聚氯乙烯膜，可选用PVC胶，应边清洁接缝部位，边涂胶，边贴合，并用砂袋慢慢拖压，使接缝贴合牢固。春秋季节应固化12h，冬季应固化24h。胶接缝的质量检查可掰开接缝部分观察其接缝颜色是否一致，一般漏胶部位均可被发现，发现后应立即补胶。

    焊接、胶接质量还可通过抽样作拉伸试验，一般拼接强度不低于母材强度，有的要求不低于母材强度的80％，抽样部位与数量可根据具体情况决定。

    复合土工膜在中间的防渗膜拼接以后，土工织物可用手提缝纫机缝合。

    3.土工膜的周边固定

    土工膜与地基的连接必须安全可靠。若地基为粘性土，则可将土工膜埋在浆砌石趾墙的槽中，土工膜必须与粘性土贴合紧密，接触渗径应达到承受水头的1/4～1/3。 若地基设置混凝土竖直防渗墙体，且防渗墙体表面平整，可用螺栓和钢条将土工膜锚固在混凝土墙体上。若墙体不平整，则需用混凝土在墙体上浇筑一截平整的连接 段，将土工膜锚固在连接段上。锚固连接处应填盖粘土，或浇筑混凝土，一方面延长接触渗径，另一方面可防止锚固件的锈蚀。

    斜墙土工膜与堤顶防浪墙的连接也应可靠，若与混凝土防浪墙连接，可采用上述螺栓锚固的方法；若与浆砌石防浪墙连接，可埋入墙底50～60cm。

    心墙土工膜可在设计水位以上0.5m向背水面折90°作成封顶，以路面基土压实。

    图2－11 为南京市某段长江大堤，以复合土工膜防渗，其底部与土基连接，顶部与浆砌石防浪墙连接。

图2－11 以土工膜做防渗的南京市某段长江大堤断面   （本图由南京水利规划设计院提供）

    4.保护层的铺设

    可在复合土工膜上直接铺块石或混凝土预制板护坡或现浇混凝土护坡，但石块和混凝土预制板应小心轻轻地放置在复合土工膜上，以免砸破土工膜。

    在单层膜上铺砂砾料作保护层，应清除其中的尖锐杂物，以免刺破土工膜。

第四节 堤顶与边坡的防护

    为了消除汛期风浪对堤顶和堤坡的冲刷险情，应对堤顶和堤坡未设坚固防护设施的堤段进行防护加固。

    一、堤顶防护

    1.堤顶路面

    对3级以上或高度大于6m的堤防，应考虑堤顶对风浪溅顶的抵抗能力，应结合交通要求修筑水泥混凝土或沥青混凝土路面。路面应与临水坡的护坡紧密连接。路面宽度可根据防汛与交通的需要定。路面应向两面倾斜，坡度以2％～3％为宜，以排除路面积水。

    2.堤顶防浪墙

    设防浪墙抵御风浪经济合理。其结构型式应选择混凝土或浆砌石型式。堤顶面以上墙的高度不宜大于1.2～1.5m，埋置深度应在50cm以上，形状尺寸可根据需要拟定，间隔20m左右设置变形缝。防浪墙应与堤身防渗体相连接。

    防浪墙应进行强度和稳定核算，可查阅有关挡土墙计算手册。

    汛期中损坏的防浪墙应按上述要求维修或重建。

    二、边坡防护

    （一）边坡防护的型式与选择

    1.灌砌石、浆砌石护坡以及干砌石护坡

    汛期遭受很大风浪袭击的大江大河大湖堤防应选用灌砌石或浆砌石护坡，其不仅坚固耐冲刷，而且具有消浪作用。

    干砌石的消浪作用好，但其整体性较差，抵御一般较大风浪的工程级别3级以上或堤高超过6m的堤防可采用干砌石护坡。其也可用于暴雨强度大堤段的背水坡护坡。

    2.混凝土护坡

    混凝土护坡抗冲刷能力强，但消浪作用差，抵御较大风浪的堤防可选用混凝土护坡。当在混凝土护坡面上设置数排混凝土消浪墩时，可抵御大风浪的袭击。

    3.模袋混凝土护坡

    遭受很大风浪袭击和较大流速水流冲刷的重要堤段，当地又缺乏块石资源，可选用模袋混凝土作为临水坡护坡。其抗风浪冲刷、水流淘刷的能力强。整体性好，强度高，且消浪作用好。

    4.草皮护坡

    通常可选用草皮作为背水坡护坡。不经常过水的季节性河流或临水坡前有较高、较宽滩地的一般性堤段可采用草皮作为临水坡护坡。

    5.其它护坡

    水泥土护坡消浪作用差，强度较低，耐久性也差，所以可供抵御一般风浪的一般堤段采用。干砌石框格内铺卵石护坡可用于背水坡护坡。

    （二）护坡构筑与修复的技术要求

    1.护坡垫层

    砌石型护坡、混凝土护坡与堤土之间应设置砂砾、碎石垫层，厚度约15cm左右。

    采用非织造土工织物（常称无纺布）作为隔离反滤层常常是经济合理的，并且施工简捷。但是土工织物规格的选取必须满足反滤准则与透水性准则要求。

    反滤准则为：

    粗粒土：O95≤d85                                        (2-15)

    粘粒土：O95≤210μm                 (2-16)

式中 O95为织物的等效孔径（mm），由干筛法求得；d85为被保护堤土的特征粒径（mm），小于该粒径的土重占总土重的85％；μm为长度单位，微米，即1×103μm＝1mm。

透水性准则为：

以孔径和粒径表示： O90>d15                                        (2-17)

以渗透系数表示：     kg>10ks                                       (2-18)

式中 O90为织物的有效孔径（mm），由于筛法求得；d15为被保护堤土的特征粒径（mm），小于该粒径的土重占总土重的15％；kg为土工织物的渗透系数（cm/s）；ks为被保护堤土的渗透系数（cm/s）。

    所选用的土工织物必须同时满足上述两项准则。土工织物宜用300g/cm2左右的重量规格。

    此外织物隔离反滤层还需满足稳定要求：

Kgs=fgs/tgα	(2-19)
Kgr=fgr/tgα	(2-20)

式中 Kgs、Kgr分别为织物与堤土、织物与护坡间的抗滑稳定安全系数；fgs、fgr分别为织物与堤土、织物与护坡间的摩擦系数。

    计算所得的Kgs和Kgr均不得低于堤防设计规范所规定的值。

    土工织物长边宜顺河铺设，宜用手提缝纫机缝合。如用搭接法，则搭接长度应大于30cm，上游侧搭在下游侧上面，上坡侧搭下坡侧上面。铺设中发生或发现破损，应作缝补或裁除处理。

2.护坡厚度与防滑齿槽

    砌石护坡的厚度应不小于30cm，混凝土护坡的厚度应大于10cm。干砌石的块径不小于30cm。砌石型护坡、混凝土护坡应在堤脚设置浆砌石防滑齿槽，深约90cm，厚约70cm。高度大于4m的堤防，应在浆砌石护坡或混凝土护坡中间适当位置增设防滑齿槽，其尺寸与堤脚齿槽相当或略小。

3.护坡与堤顶的连接

    砌石型护坡、混凝土护坡在堤顶必须与防浪墙以分缝形式紧密贴合，缝内充填防水材料。未设防浪墙的堤防，护坡应与堤顶防溅路面紧密连接。否则应做牢固封顶，宽度1m。

4.整体护坡的排水与分缝

    浆砌石护坡与现浇混凝土护坡应设置排水孔，孔径应大于5cm，间距2～3m，呈梅花形布置。此外还应设置变形缝。缝距根据当地气候、地质等条件选定，缝内充填防水材料。

5.砌石构筑要求

砌石护坡砌筑时，不得破坏垫层或反滤设施，并应自下而上错缝竖砌，大面朝下，紧靠密实，大块封边，表面严整。小石嵌缝应在工段完成后或远于工作面5m处进行，严禁出现通缝、叠砌、浮塞、小石集中充填、半坡起砌、架空等现象。

6.浆砌与灌砌要求

浆砌石护坡宜采用150＃硅酸盐水泥砂浆，砂料宜用中细砂，应采用坐浆法砌筑，浆厚宜3～5cm，随铺浆随砌石，砌缝需用砂浆充填饱满，砌缝内砂浆应采用扁铁插捣密实，不得先堆砌石再用砂浆灌缝。勾缝宜采用200＃水泥砂浆。砌筑完应使砌体表面湿润，做好养护工作。

灌砌石护坡宜采用200＃混凝土灌注，应灌透并用振捣器振密。

7.模袋混凝土护坡的要求

    模袋混凝土护坡的厚度不小于15cm，一般可与堤岸 防护一并使用。其抗滑稳定安全系数计算公式为（参见图2－12）：

Kcs=(L3+L2cosα)fcs/sinα                                   (2-21)

图2－13 模袋的一些补充抗滑措施

表2－6 充填混凝土的设计配合比（南京水利科学研究院）

                 注：骨料最大粒径25mm，坍落度21±2cm，砂率0.55。

    8.草皮护坡要求

    草皮护坡应选用适宜当地生长的草种，应铺植均匀，草皮厚度应不小于3cm，并应加强养护，提高成活率。

    9.坡面排水要求

    如堤防地处暴雨强度较大地区，应在堤顶、堤坡设置排水沟系统。顺坡面的排水沟间距50～100m，沿堤轴线的集中排水沟，应设置在戗台内侧和堤脚附近。沟宽不小于30cm，以利于清淤，沟深50cm左右，可采用预制混凝土槽或浆砌石槽。

    （三）护坡的修复

    1.干砌石护坡

    干砌石护坡大多因原垫层级配不合理，块石间缝隙过大，在风浪冲击和淘刷下，垫层料流失导致护坡塌陷破坏。修复时应补充满足设计要求的垫层料，厚度不小于15cm。块石筑砌时应自下而上进行，且应使石块立砌紧密。对较大的三角缝，应采用小片石填塞嵌紧，防止松动，砌缝应交错压砌。修复后的干砌石护坡厚度应不小于30cm。

    2.浆砌石护坡

    应先补充垫层料，并将松动的石料拆除，用近似方形的块石坐浆砌筑。水泥砂浆用150＃，个别不满浆的缝隙，再由缝口填浆后捣实，使砂浆饱满。对于较大的三角缝隙可用手锤嵌入碎石，砌石达到稳、紧、满的要求，缝口用200＃水泥砂浆勾缝。

    当堤防高度大于4m时，为防止局部砌石破坏导致上部护坡的大块滑动、坍塌，可结合砌石修复，在坡面适当高度增设浆砌石防滑齿槽。

    3.混凝土护坡

    破损十分严重的混凝土护坡应拆除，先按设计要求补填砂石料垫层，重新浇筑200＃混凝土护坡，厚度应大于10cm。略有破损的混凝土护坡，可将破损部位凿毛，清洗干净，然后用同标号或高一级标号的混凝土填补。如原来混凝土护坡厚度不够，需要加厚，可在混凝土板面上再浇加厚混凝土盖面，分缝、排水的设置应与原混凝土护坡同。

    （四）植树消浪

临水侧堤脚3～5m以外，应尽量种植防浪林带，长江、淮河等大江大河及洞庭湖、鄱阳湖防浪林带宽约50m，应选择适合当地生长且耐水性好的树种，如柳树、水杉、垂柳等。

 

第三章 堤防渗透破坏的除险加固

 

渗透破坏在堤防工程中非常普遍，据98年长江防洪抢险的统计资料，由渗透破坏造成的险情约占险情总数的70%。除去漫溢险情，则溃口性险情几乎全部是渗透破坏所致。防洪抢险及除险加固的实践表明，渗透破坏是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患。

    要 做好渗透破坏的除险加固工作，需从以下几个方面入手：首先要了解渗透破坏属于哪种类型，并分析其形成的原因；然后根据渗流控制原则和具体的工程地质条件， 选择经济合理的除险措施；为保证除险效果，需要对所选择的工程措施进行复核；最后对所选择的工程措施进行精心设计和施工，达到根除渗透破坏的目的。

第一节 渗透破坏的成因和分类

    只要堤防的临水侧和背水侧存在水头差，堤防就有渗流产生。随着汛期水位的升高，堤身内的浸润线逐步形成并不断抬高，堤基和堤身内的渗透比降也逐渐增大。当渗流产生的实际渗透比降J大于土的临界渗透比降JC时，土体将产生渗透破坏。堤防的内在隐患会加速渗透破坏的发生和发展。

一、渗透破坏的土力学分类和判别

    渗透破坏也称渗透变形。由于渗流条件和土体条件的不同，渗透破坏的机理、发展过程及后果也不一样。从渗透破坏发生的机理角度，可以将渗透破坏分为四种类型：

   1.流土

    在渗透力作用下，土体中的颗粒群同时起动而流失的现象称为流土。这种破坏形式在粘性土和无粘性土中均可以发生。粘性土发生流土破坏的外观表现为：土体隆起、鼓胀、浮动、断裂等。无粘性土发生流土破坏的外观表现是：泉眼（群）、砂沸、土体翻滚最终被渗透托起等。

    2.管涌

    在渗透力的作用下，土体中的细颗粒（填料颗粒）沿着土体骨架颗粒间的孔道移动或被带出土体，这种现象叫管涌。它通常发生在砂砾石地层中。

    3.接触冲刷

    渗流沿着两种不同介质的接触面流动并带走细颗粒的现象称为接触冲刷。如穿堤建筑物与堤身的结合面和裂缝的渗透破坏等。

    4.接触流土

    渗流垂直于两种不同介质的接触面运动，并把一层土的颗粒带入另一土层的现象称为接触流土。这种现象一般发生在颗粒粗细相差较大的两种土层的接触带，如反滤层的机械淤堵等。

    对粘性土，只有流土、接触冲刷或接触流土三种破坏形式，不可能产生管涌破坏。对无粘性土，则四种破坏形式均可发生。对无粘性土，管涌和流土的判别可以按照表3—1进行。

表3－1 无粘性土管涌和流土的判别

土  类	土颗粒组成特点	渗透变形形式
正常级配砂砾石	Cu<10	流土
	10<Cu<20	流土或管涌
	Cu>20	管涌
缺少中间颗粒的砂砾石	Pz<25％-30%	管涌
	Pz>30％	流土

注：Cu为土的不均匀系数，Cu=d60/d10；Pz为小於颗粒级配曲线上断裂点A的粒径含量；

d60为过筛重量占60%的颗粒直径，d10为过筛重量占10%的颗粒直径。

二、土的抗渗强度

    土的抗渗强度表明了土体抵抗渗透破坏的能力，包括抗渗临界比降和允许比降。允许比降JB由临界比降JC除以安全系数得到。土的抗渗强度决定于土的性质和渗流条件（渗透破坏形式）两个方面。

    1.流土

    流土首先发生于渗流出口，不可能在土体内部直接发生。当渗流自下向上运动时，一旦渗透力克服了重力的作用，则土体就会产生流土破坏，此时土体的临界比降可以通过原状土室内试验求得，也可以由下式近似确定：

JC=(ρs/ρw-1)(1-n)                                         (3-1)

    式中：ρs为土颗粒的密度，ρw为水的密度，n为土体的孔隙率。

    由公式（3-1）求得的JC偏小，大约小于试验值的15%～25%，这主要是因为在该式中没有考虑土的抗剪强度的影响（包括内摩擦角和凝聚力两个方面），因此也是偏于安全的。表3-2给出了无粘性土不发生流土破坏的允许比降经验值，细砂取小值，较粗的砂土取大值。

    2.管涌

    管 涌可能发生在渗流出口，也可能发生在土体内部。由于颗粒移动中的堵塞作用，可能会有管涌中断现象发生，有的是暂时性中断，而后继续发生，有的是永久性中 断，即发生了自愈情况。还有一种情况，由于土体中细颗粒填料较少，它的带出不影响土体骨架颗粒的稳定，当细颗粒被带完后，只出清水，不出浑水，管涌终止。

    由于计算管涌临界比降的公式目前还不成熟，因此管涌临界比降一般通过室内试验测定。根据经验，对水流向上的垂直管涌，允许比降一般为0.1～0.25，水平管涌的允许比降为垂直管涌的允许比降乘以摩擦系数tgφ。表3—2给出了无粘性土不发生管涌破坏的允许比降的经验值。

表3－2 无粘性土抗流土或管涌破坏的允许坡降JB的经验值

 

表3－3 各种土基上水闸设计的允许渗流坡降

地基土质类别	允许渗流坡降		地基土质类别	允许渗流坡降
	水平段Jx	出口Jo		水平段Jx	出口Jo
粉 砂 细 砂 中 砂 粗 砂 中细砾 粗砾夹卵石	0.05～0.07 0.07～0.10 0.10～0.13 0.13～0.17 0.17～0.22 0.22～0.28	0.25～0.30 0.30～0.35 0.35～0.40 0.40～0.45 0.45～0.50 0.50～0.55	砂 壤 土 粘壤土夹砂礓土 软 粘 土 较坚实粘土 极坚实粘土	0.15～0.25 0.25～0.35 0.30～0.40 0.40～0.50 0.50～0.60	0.40～0.50 0.50～0.60 0.60～0.70 0.70～0.80 0.80～0.90

  4.接触流土

    接触流土的抗渗临界比降应通过室内试验获得。

  5.堤坡的抗冲刷能力

    当渗流从堤坡上出逸而产生渗水（亦称散浸）后，渗水对堤坡具有一定的冲刷作用，有可能产生渗透破坏。其中最易产生破坏的地方是出逸点。堤坡抗冲刷破坏的临界比降可以用下式估算：

Jc=γ'/γw(tgφ-tgβ)cosβ+c/r                               (3-2)

    式中：γ'为土的浮容重；γw为水的容重；tgφ 为土的摩擦系数；φ为土在水下的内摩擦角；c为土的凝聚力；β为堤坡的坡角。

    出逸点处的渗流比降为J=sinβ，设土的浮容重为1，忽略凝聚力c，当J=Jc时由式（3-2）得到：

tgβ=0.5tgφ                             （3-3）

    因此，堤坡不产生冲刷破坏的条件是tgβ<0.5tgφ，即坡角的正切必须小于饱和土内摩擦角正切的一半，或者说坡角约等于土的休止角的一半，这是无粘性土堤坡不产生局部冲刷破坏的一个最低要求。

7.软弱夹层的抗渗强度

    软弱夹层的渗透破坏不同于无粘性土，也不同于粘性土，而是介于两者之间。其渗透破坏的特征为：

    (1)泥夹碎片层，当结构发生破坏时，沿层面出水，出口细粒跳动，形成小洞眼，直至出现渗透通道;

    (2)含泥沙砾层，当结构破坏时，渗流出口有细粒移动并呈浑水，直至破坏。软弱夹层的抗渗强度应通过试验得到。

    三、堤防渗透破坏的成因和分类

    堤 防工程中对渗透破坏的分类主要是从宏观现象考虑。比如，由于堤基的渗透破坏在后期多表现为集中渗流对土体的冲刷，并往往冒水翻砂，形如管中涌水（砂），因 此在堤防工程中统称为管涌（亦称泡泉），这是宏观上的体验。其实，堤防工程中常说的管涌基本上都是土力学中的流土破坏。

    （一）堤身渗透破坏的成因和分类

    堤身的渗透破坏包括三种类型：渗水（散浸）造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。分述如下：

    1.堤坡冲刷

    堤坡冲刷系由背水堤坡渗水所致。一种是堤坡的出逸比降大于允许比降而产生的渗透破坏，另一种是渗水集中后造成对坡面的水流冲刷。

    应 当说，对背水侧地下水位（或水头）较高的情况，当发生持续高水位时堤坡渗水是必然的。关键是出逸点不应过高，渗流量不应过大，以免造成堤坡的渗透破坏和水 流冲刷，甚至导致滑坡，对这种有害渗水必须采取措施进行除险。造成出逸点过高的主要原因有：堤身断面宽度不够，堤坡偏陡；堤身尤其是后加高的堤身透水性 强，或填筑层面明显，导致堤身的水平向渗透系数偏大；新老堤身、堤段施工接头处存在薄弱结合面。如清基不彻底或根本未清基，堤段结合部压实不密等；堤身裂 缝并被雨水灌入；堤身存在其它隐患。如洞穴、冻土块等。

    2.堤身漏洞

    堤防背水坡及堤脚附近出现横贯堤身的流水孔洞称为漏水洞。由于漏水洞中的集中水流对土体的冲刷力很强，因此对堤防的危害性极大。

    产生漏洞的主要原因有：堤身质量差，土料含砂量高，有机质多；有生物洞穴或其它易腐烂的物料；其它隐患，如旧涵洞、坑窖、棺木等。

    即使漏洞没有贯穿堤身，也将大大缩短渗径，从而加大了出口渗透比降，增加了渗透破坏的可能性，同时漏洞中的集中水流还将造成对土体的水流冲刷，使漏洞长度加长，直径变大，最终贯穿堤身，导致堤防溃决。因此，对堤身漏洞隐患必须进行除险加固。

    3.堤身接触冲刷

    当 堤身发生集中渗流且冲刷力大于土体的抗渗强度时，在集中渗流处就会产生接触冲刷破坏。造成堤身集中渗流的主要原因有：穿堤建筑物与堤身间出现裂缝；新老堤 身结合面未清基或清基不彻底；堤防分段建设的结合部填筑密度低等。由于接触冲刷的发展速度往往较快，因此对堤防的威胁很大，必须对其进行除险加固。

    （二）堤基渗透破坏的成因和分类

    堤 基的渗透破坏常表现为泡泉、沙沸、土层隆起、浮动、膨胀、断裂等，通常统称为管涌。一般来讲，堤防堤基的表土层一般极少是砂砾层，因此，堤基的渗透破坏一 般均为土力学中的流土破坏。产生的原因是，随着汛期水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降就会产生渗透破坏。渗透破坏首 先在堤基的薄弱环节出现，如坑塘或表土层较薄的位置。对近似均质的透水堤基，渗透破坏首先发生的堤脚处。堤基管涌，尤其是近堤脚的管涌，发展速度快，容易 形成管涌洞，一旦抢险不及时或措施不得当，就有溃堤灾难发生的危险。因此，对管涌堤段必须进行除险加固。

    另外，如果堤身直接座落在砂砾石强透水层上，或座落在强风化的岩基上，则在堤身与堤基的结合面也可能发生接触冲刷或接触流土破坏。

第二节 渗透破坏除险方案的选择

    堤防除险加固的实践表明，渗透破坏是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患，选择有效、合理、经济的除险加固方案是一项技术性很强的工作，是堤防渗透破坏除险加固工作的关键环节。

    渗 透破坏的除险加固应从两方面入手：一方面是提高堤身和堤基本身抵抗渗透破坏的能力，如采取提高堤身密实度、消除堤身堤基隐患、放缓边坡、贴坡排水、透水后 戗或盖重等措施；另一方面是降低渗流的破坏能力，即降低渗流出口比降和堤身的浸润线，这方面应遵循“前堵后排、反滤料保护渗流出口”的渗流控制原则，并根 据工程地质条件、出险情况和堤防的重要程度选择合理的渗流控制措施。“前堵”就是在临水侧采取防（截）渗措施，如防渗铺盖、防渗斜墙和垂直防渗幕（墙） 等，“后排”即在背水侧采取导渗和排水减压措施，如导渗沟、排水褥垫、排水减压沟、减压井等。

    一、堤身渗透破坏除险方案的选择

    堤身渗透破坏包括渗水（散浸）、漏洞和集中渗流三种类型。根据其不同特点，应选择各自适宜的除险加固措施。

    （一）渗水除险方案的选择

    渗水往往会导致背水坡的脱坡、冲刷、流土甚至形成漏洞和陷坑，应根据其产生的原因和危害程度，采取相应的工程措施进行除险加固。

    1.对威胁背水坡抗滑稳定的严重有害渗水，可采用填筑压实法、机械吹填法或放淤固堤法加宽培厚堤身或做透水后戗，也可以在临水坡外邦或增建防渗斜墙，或采用劈裂灌浆、锥探灌浆、垂直铺塑等做垂直防渗。

    2.对不至于威胁堤坡抗滑稳定，但可能产生堤坡冲刷、流土破坏的渗水，可采用贴坡反滤、透水后戗的方法进行除险。

    （二）漏洞和跌窝除险方案的选择

    堤 身漏洞和跌窝往往由生物洞穴产生，汛前较难发现，但这种险情在汛期往往发展很快，加之堤身断面有限，对堤身的危害很大，汛期抢险困难，酿成溃口者有之。为 防患于未然，汛前应首先对漏洞和跌窝隐患进行巡视、探查。对洞穴应采取开挖回填的方法进行除险，如果开挖回填困难可以采取充填灌浆的办法进行处理。

    （三）集中渗流除险方案的选择

    1.对堤身与穿堤建筑物基础接触面的集中渗流，可采用高喷或静压注浆在临水侧做垂直防渗，也可以在接触面采用静压注浆的办法进行处理，必要时在背水侧做反滤保护。对堤身与穿堤建筑物侧墙间的集中渗流，可以采用接触面静压注浆的方法进行处理。

    2.对新老堤身结合的水平层面产生的集中渗流，可采用临水侧开挖回填封堵或接触面充填灌浆的方法进行处理。

    3.对堤防分段建设的结合部产生的集中渗流，可采用临水坡截渗或结合部挤密灌浆的方法进行处理，必要时在背水坡采取反滤保护措施。

    二、堤基渗透破坏除险方案的选择

    修 建于双层和多层地基、透水地基、岩石地基上的堤防，经渗流计算，堤基、背水坡或堤后地面渗流出逸比降不能满足规范要求，或者汛期曾经出现过严重渗漏、管涌 或流土破坏险情时，应采取除险加固措施。所用措施包括：填塘固堤、临水侧防渗铺盖、地基垂直防渗、背水侧压渗盖重、排水减压沟井、水平排水褥垫等。应根据 具体情况选择一种或多种措施来达到除险加固的目的。应该指出的是，防汛抢险的实践表明，堤基管涌大部分发生在坑塘等薄弱环节，因此，应首先考虑填塘措施进 行除险。堤基渗透破坏除险方案的选择主要根据地基的工程地质情况确定：

    （一）双层或多层地基

    这种地基在堤防工程中非常普遍，渗透破坏险情多且治愈困难。

    1.对 由于临水侧铺盖、背水侧表土层或压渗盖重缺陷（池塘、人为挖坑、天然缺失等）造成的险情，应首先采取回填的方法恢复铺盖和表土层的完整性。临水侧铺盖回填 的范围为铺盖的有效长度范围以内，背水侧表土层或盖重的回填范围应根据险情和地形地质条件、渗流计算以及堤防的重要程度等确定，可在距堤脚50～200m之间选择。临水侧用粘性土材料，背水侧用渗透系数比原土层大的材料进行回填，但应满足反滤要求。

    2.对背水侧地基覆盖层较薄且透水层较深的情况，可以采用压实填筑法或吹填法增加盖重，也可以采用在背水堤脚外适当位置设置减压沟或减压井的方法。同时也可以考虑盖重和排水减压沟井联合使用的形式，以达到根治地基渗透破坏的目的。

    3.对覆盖层较厚且下卧强透水层较深的地基，宜采用盖重措施进行处理，盖重宜采用比覆盖层渗透系数大的透水材料。也可以在背水堤脚外适当位置设置减压井，达到减小扬压力和除险的目的，参见图3－17。

    4.对地基下卧透水层不深、隔水层较浅的情况，应首先考虑采用垂直封闭式防渗措施（参见图3－16）。也可以采用盖重或盖重结合减压沟井的方法。

    5.对多层地基且存在浅层弱透水层的情况，宜采用压渗盖重或结合减压措施进行除险参见图3－22。也可以考虑采用半封闭式垂直防渗措施（参见图3－18），但必须在勘察资料充分并经渗流计算充分论证后方可采用。

    （二）透水地基

    1. 浅层透水地基宜采用封闭式垂直防渗措施进行处理，并与堤身防渗体连成统一的防渗体系。

    2. 相对不透水层埋藏较深、透水层较厚时，可以采用背水侧压渗盖重进行处理。当临水侧有稳定滩地时，也可以采用临水侧铺盖进行防渗处理。

    （三）岩石地基

    1.对强风化造成岩基或堤身渗透破坏的情况，可以采用地基帷幕灌浆的方法进行处理，对临水侧有外滩的情况也可以使用铺盖防渗，必要时可在背水堤脚附近采取反滤保护措施。

    2.当岩溶或其它原因使岩基渗水量过大，以致危机堤防安全时，可采用模袋灌浆或充填灌浆堵塞漏水通道，必要且有条件时可加设防渗铺盖。

　

第三节 渗透破坏除险方案的复核

 

    为了达到技术上可靠、经济上合理的目的，需要对除险方案进行复核。

    一、除险方案复核的任务

    对初步选定的除险方案必须进行复核。复核的主要任务是：论证除险方案的效果；通过比较，选择经济合理的除险方案。

    （一）除险效果的复核

    对初步选定的除险方案，通过渗流计算分析，了解堤身和堤基的水头（水压力）、渗透比降、渗流量等水力要素，据此进行渗透稳定和抗滑稳定复核，论证是否能够达到除险加固的要求。

    （二）除险方案优化

    对初步拟定的几种除险方案进行渗流及渗透稳定计算，在保证除险效果的前提下，从工程管理、环境影响、经济指标等几个方面进行综合评价，选定最为经济合理的除险方案。

    二、除险方案的渗流计算要求

    除险方案的效果应通过渗流计算确定。渗流计算应满足以下要求：

    （一）渗流计算的内容要求

    通过渗流计算应得到堤身渗流场的水头（浸润线、出逸点、水压力等）、渗透比降和渗流量等水力要素。对河、湖堤防，计算方案包括：

    1.临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位情况的稳定渗流计算；

    2.临水侧为设计洪水位，背水侧为最低水位或无水情况的稳定渗流计算；

    3.洪水降落时的非稳定渗流计算。

    （二）计算剖面选择和地层概化的要求

    选择计算剖面时应综合考虑堤身、堤基的工程地质和水文地质条件，取有代表性的、结果偏于安全的剖面进行渗流计算。对在洪水期发生过较大险情的地段应重点考虑。

    由 于工程水文地质条件的复杂性，在进行渗流计算时往往需要对地质剖面进行概化。概化的原则是，在满足计算精度的前提下尽量使地层简单化，以方便计算。根据我 国河、湖堤防堤基的实际情况，可以将堤防地基概化为三种类型：单层透水堤基、双层堤基和多层堤基。具体简化原则有：①渗透系数相差5倍以内的相邻土层可视为一层土，并采用加权平均的渗透系数作为计算依据；②对双层结构堤基，当下卧土层的渗透系数比上层土层的渗透系数小100倍及以上时，可以将下卧土层视为不透水层；③当堤基表土层比堤身的渗透系数大100倍及以上时，可以认为堤身不透水，仅对堤基按有压流进行渗流计算，堤身浸润线的位置可以根据堤基中的压力水头确定。

    三、除险方案的渗流计算方法

    根据堤防除险方案的渗流计算要求，必须对堤防除险方案进行稳定和非稳定渗流计算，以获得除险方案复核所必须的资料，达到复核的目的。

     （一）渗流场求解方法简介

    求解渗流场的方法有：数值计算方法、模型试验方法和水力学方法。

    1.数值计算方法

    常 用的渗流场数值计算方法有两种，即有限单元法和有限差分法，以有限单元法最为常用。随着计算机和计算技术的飞速发展，渗流场的数值计算方法和程序日益完 善，功能强大，尤其是有限单元方法，基本上可以满足所有的工程计算要求，并得到了一定的普及。这种方法的优点是：能够适应各种复杂的工程地质条件，不需对 地层进行太多的简化，计算精度高，速度快，比模型试验省时省力。本章中的图3—16～3—18、3—21～3—23就是作者采用有限单元法得到的结果，有关数值计算的详细内容请参考有关资料，此不详述。

    2.模型试验方法

渗流场的模型试验方法主要有砂槽模型方法和电模拟方法两种类型。电模拟方法又分导电介质方法（导电液或导电纸等）和电阻网络方法。根据目前的发展情况，以电阻网模型较为常用，但与数值计算方法相比，相对费时费力。有关模型试验的详细内容请参考有关资料。

    3.水力学计算方法

    根 据水力学和渗流力学理论，通过对工程水文地质剖面的概化，在一些特定条件下可以采用水力学方法对渗流场进行理论求解。但由于这种方法对地层情况的适应性 差，过多的地层概化又往往影响精度，因此其应用受到许多限制。限於篇幅，下面只介绍双层堤基和盖重的计算方法，其它情况的渗流计算请参见《堤防工程设计规 范》中的附录E和其它有关资料。

    （二）双层堤基渗流的水力学计算方法

    1.无限长等厚双层堤基的渗流计算

    当堤基表土层的渗透系数比下卧强透水层的渗透系数小100倍及以上时即为双层堤基，这种堤基在我国的堤防工程中广泛存在。如图3－3所示，堤基表层弱透水层底板下的承压水头可用下式进行计算：

    式中：h为弱透水层底板下的承压水头（m）；A为越流系数。th为双曲正切函数;k0 、T0分别为强透水层的渗透系数和厚度；k1、T1分别为表层弱透水层的渗透系数和厚度。

图3－3 无限长等厚双层地基计算图

    2.有限长等厚双层堤基的渗流计算

    如图3－4所示的有限长等厚双层堤基，堤基水头可以根据下式计算：

用式3－4试算ξ，以确定出逸段与非出逸段的分解点B：

式中:

    出逸段AB对应的透水层内的水头为：

    非出逸段BC对应的透水层内的水头为：

式中的△x'由表3－4求得。

表3－4 △x'计算表

表中：。式中：To（m）、ko（m/s）分别为强透水层的厚度和渗透系数；T1（m）、k1（m/s）分别为弱透水层的厚度和渗透系数；x为AB段的横坐标；x￠ 为BC段的横坐标；ξ 为BC段的长度（m）。th、ch、sh为双曲线函数，arth为反双曲线函数。

图3－4 有限长等厚双层堤基计算图

    3.不等厚或不均质双层堤基的渗流计算

    当弱透水层为不等厚或不均质（各段渗透系数不同）时，可用递推公式先求得临水侧和背水侧的不透水等效长度S上和S下，再按不透水底板求出弱透水层底面各点的承压水头。

（注:：用递推法计算背水侧S下时，应满足地表水淹没弱透水层的条件，如图3－5所示。）

式中 ：Ai为第i段的双层地基越流系数；ko为强透水层的渗透系数(m/s)；To为强透水层的厚度(m)；ki为第i段弱透水层的渗透系数(m/s)；ti为第i段弱透水层的厚度(m)。

图3－5 递推计算图

递推公式：

  式中:βi＝2AiLi

    采用Di－1和Si两公式，递推临水侧等效长度时，从临水侧向背水侧递推，一直推到堤脚，所得S值即为临水侧的等效长度S上；背水侧从背水侧向临水侧递推，如图3－5所示，方法同前，算出背水侧的等效长度S下，递推过程如图3－6所示。

图3－6 递推过程图

    关于So的值的计算：①若弱透水层为无限长，So＝0；②若弱透水层为有限长，在弱透水层端部So＝0.441To。

    若弱透水层的渗透系数没有变化且为等厚的，只要递推一次就可以推到堤前。如渗透系数或厚度有变化，则按不同渗透系数或不同厚度分段递推。

    求得S上、S下以后，即可用3－12式求出背水侧弱透水层下各点的承压水头（见图3—7）：

    式中：S上为临水侧弱透水层等效长度；S下为背水侧弱透水层等效长度；b堤底宽度；x为背水侧计算点到背水堤脚的距离。

    4.盖重的计算

    加盖重以后，如果盖重材料的渗透系数很大，通过弱透水层的渗透水能畅通排出，则可以不再核算。如果盖重材料的渗透系数不是很大，则加盖重后等效长度加长，应重新计算，把盖重段当做一段来递推。

    盖重所用材料的渗透系数，一般情况下与其下的弱透水层不同。若第n段弱透水层的渗透系数和厚度为kn、tn，首先把盖重材料的k￠ 、t￠ 换算成与其下的弱透水层相同渗透系数的厚度t'1，，使t'=t'n+t'1。再以kn、t'n和前一段Sn－1为参数代入递推公式计算，即：

式中 βn＝2AnLn

    盖重如做成梯形，可划分成若干个阶梯形等厚的段落，逐段递推，分段越多越精确。

    求得加盖重的等效长度以后，采用3－12式求得各点承压水头，核算盖重段及盖重后各段的渗透稳定。

图3－7 承压水头计算图

图3－8 盖重计算图

四、除险方案的渗透稳定计算

    渗透比降为沿渗流途径的水头变化率，当渗透途径为L，渗透水头差为h2－h1时，其渗透坡降J为：

J=(h2-h1)/L                                (3-13)

    通过渗流计算可以获得堤身和堤基的渗透比降J，若J小于土体的抗渗允许坡降JB，则土体是渗透稳定的，否则，表明土体不能满足抗渗稳定要求，需要进行加固处理。

　

第四节 除险加固工程的设计和施工

 

    在第二节中，根据堤基工程地质和地形的特点，对除险加固措施的选择进行了介绍。本节对设计与施工的有关问题进行阐述。

    一、反滤层的设计与施工

    在导渗沟、贴坡反滤、减压沟、减压井等的设计中均有反滤层的设计问题，为此专门进行阐述。

    （一）反滤层的用途

    反滤层是排水设备的主要组成部分，其作用是滤土排水，防止渗流逸出处遭受渗透破坏以及渗流造成的表面水流冲刷。对有承压水的地层还起压重作用。

    （二）对反滤层的要求

    (1)透水性应大于被保护土，并能将渗透水流通畅排出；

    (2)使被保护的土层不发生渗透变形；

    (3)不致被细颗粒淤塞失效；

    （三）反滤层的类型

    划分反滤层类型的目的主要是为了合理地确定反滤层数，因此只分两种类型。

    (1)Ⅰ型反滤：包括Ⅰa和Ⅰb型。其特点是反滤层位于被保护土层的下部，渗流方向主要由上向下（图3－9）。如褥垫排水。

    (2)Ⅱ型反滤：包括Ⅱa和Ⅱb型。其特点是反滤层位于被保护土层的上部，渗流方向主要由下向上（图3－10）。如减压沟的反滤层。

    渗流方向近乎水平或倾斜向，反滤层近乎垂直或倾斜向的情况，属于过渡型，如减压井、贴坡反滤等，可归为Ⅰ型。

图3－9 Ⅰ型反滤

图3－9 Ⅱ型反滤

    （四）反滤层的设计内容

    反滤层的设计可分为保护无粘性土和保护粘性土两大类，设计内容有：

     (1)确定反滤层的类型；

    (2)根据滤土准则，确定反滤层的级配或选择土工织物产品。并据以选择宜于作反滤层的天然料场或确定人工筛选的任务。

    (3)对砂砾反滤料确定反滤层的厚度和层数；

    (4)鉴定反滤料的透水性，对土工织物反滤层还应鉴定淤堵性；

    (5)有纵向渗流时，鉴定沿反滤层和被保护土层接触面的冲刷稳定性。

    (五)砂砾料反滤层的设计与施工

    1.反滤料的选择

    对于被保护土的第一层反滤料，建议用下列方法确定：

D15/d85≤4～5

D15/d15≥5

式中：D15为过筛重量占15％时的反滤料粒径，d85为过筛重量占85％时的被保护土的颗粒直径；d15为过筛重量占15％时的被保护土的颗粒粒径。

    当选择第二、三层反滤料时，可同样按以上方法确定。但选择第二层反滤时第一层反滤为被保护土，选择第三层反滤时第二层反滤为被保护土。

    对以下情况，建议作某些简化后仍可以用上述方法初步选择反滤料，然后再通过试验确定。

    (1)对不均匀系数η较大的被保护土，可取η≤5～8的细粒部分的d85为计算粒径。对不连续级配土，应取级配曲线平段以下（一般是1～5毫米以下）的粒组的d85。

  （2）对不均匀系数η＞5～8的砂砾石作为第一层反滤时：①选用小于5毫米以下的细粒部分的D15作为计算粒径；②要求大于5毫米的砾石含量应≤60％。

（3）不能用上述方法确定的反滤料应通过反滤试验确定。

    2.反滤层厚度的确定

    反滤层的厚度应根据反滤料的级配、料源、用途、施工方法等情况综合考虑确定。水平反滤层的最小厚度可采用30cm，垂直或倾斜反滤层的最小厚度可采用50cm。采用推土机平料时，最小水平宽度宜不小于3.0m。

    3.施工要求

    反滤料应具有要求的级配，且小于0.1毫米的颗粒含量不大于5％，并有要求的透水性。质地应致密坚硬，具有高度的抗水性和抗风化能力，风化料一般不能用作反滤料，如必须应用时应进行充分论证。反滤料宜尽量利用天然砂砾料筛选，在缺乏天然砂砾料时，也可以采用人工砂石料，但应选用抗水性和抗风化能力强的母岩轧制。

    铺反滤层前应采用挖除法将基面整平，对个别低洼处采用与基面相同的土料或第一层反滤料进行填平。铺筑时应由底部向上逐层铺设，并保证层次清楚，互不混杂，不得从高出顺坡倾倒，以免发生填筑分离。对反滤层必须进行压实，在施工中应防止雨水冲泥等污染反滤料。

    （六）土工织物反滤层的设计

    由于土工织物具有良好的过滤性和透水性，比传统的砂砾反滤料有很多优点，因此在反滤排水工程中得到广泛应用。

    1.设计考虑

    (1)滤土准则

    为保证被保护土的颗粒不被渗流带出土工织物，应满足：

    粗粒土： O95≤d85

    粘粒土： O95≤210μm

    式中：O95为筛余率95%时的土工织物孔径；d85为过筛重量占85％时的被保护土的颗粒直径。

    （2）渗透准则

    为保证渗流能够畅通地通过土工织物，应满足：O90>d15 、kg>10ks

式中：O90为筛余率90％时的土工织物孔径；d15为过筛重量占15％时的被保护土的颗粒直径；kg为土工织物的渗透系数；ks为被保护土的渗透系数。

  （3）防淤堵准则（梯度比准则）

    为防止土工织物被淤堵，应满足：GR〈3

式中：GR为梯度比，应通过梯度比试验确定。

  （4）、透水料的粒径、尺寸应满足畅通排水的条件。

    2.料和施工要点

    （1）土工织物滤层必须和透水料一起使用才能形成反滤排水体。透水料应不带尖角，以免顶破土工织物，透水料的粒径和厚度应满足设计要求。

    （2）铺设前应对土工织物进行质量复检，如材质是否均匀，强度、渗透和抗淤堵性能等是否满足设计要求。

    （3）铺设时应避免土工织物折叠、打皱等。幅间搭接宜采用专用设备缝合，搭接宽度不小于5cm。

    （4）铺设时应避免土工织物破损，一旦发现，应予剔除废弃，不得使用。同时还应避免泥土或杂物弄赃土工织物，以免影响渗透效果。

    （5）土工织物应得到有效保护，施工时防止被阳光长时间照射，以防老化。

    二、堤身除险加固工程的设计与施工

   堤身渗透破坏的除险加固措施主要有：临水坡斜墙防渗、堤身垂直防渗、贴坡排水、透水后戗（压浸台）、水平排水等，对堤身缺陷可以采用回填或灌浆的办法进行处理。

    （一）防渗斜墙

    1.设计考虑

    对临水侧有铺盖或地基有垂直防渗的情况，斜墙应与其连成一体，构成完整的防渗体系，以提高防渗效果。

    斜墙的尺寸应根据散浸的范围、出渗点的高度和渗水的严重程度经计算确定，长度至少超过渗水段两端各5m，高度应超过设防水位0.5～1.0m。

    对粘土斜墙，垂直于堤坡方向的厚度为1～2m，坡度与原堤身相当或稍缓。为防止粘土斜墙干裂、冻裂和其它侵害的影响，应设壤土保护层，一般情况，保护层高于墙顶1.0～1.5m，垂直堤坡方向的厚度为0.8m。粘土斜墙断面示意图参见第二章。

    如果缺乏粘土材料，可以用土工膜作隔渗层建造斜墙。土工膜应满足强度、抗腐蚀和抗老化等要求。土工膜应设置保护层。断面示意图参见第二章。

    2.从施工考虑

    施工时应首先清除边坡和坡脚附近的杂草、树木等杂物，清除厚度10～20cm，并适当整平。

    斜墙应选用粘性较大的土料且不得含植物根茎等杂质，填筑压实度应不小于0.94，含水率与最优含水率的允许偏差为±3％。

    当用土工膜作隔渗层建造斜墙时，土工膜幅间的拼接应采取焊接或粘接方式，确保施工质量，并注意施工中不要损坏土工膜。另外还需保证土工膜与堤身牢固接合，并采取防止生物破坏的措施。详细内容参见第二章。

    （二）堤身垂直防渗

    垂直防渗的位置宜布置在临水堤脚或堤顶尽量靠近临水侧，并与堤身防渗体连成一体。根据近几年的实践，比较经济合理有效的堤身垂直防渗技术有：锥探灌浆、劈裂灌浆、和垂直铺塑等。设计和施工的有关细节参见第五章。

    1.锥探灌浆

    在堤顶采用梅花形方式布孔并进行充填灌浆。实践证明，锥探灌浆是处理堤身隐患的一个比较有效的方法，但由于钻孔数量多往往造价较高。

    2.劈裂灌浆

    沿堤顶轴线单排布孔，利用灌浆压力将堤身沿其走向劈开并灌浆，从而在堤身内沿其走向形成一厚度10cm左右的防渗幕。同时还具有压密堤身和充填洞穴的作用，可获得事半功倍的效果。该方法已经在许多堤防和土坝中得到应用，效果明显。

    3.垂直铺塑

    在堤顶沿大堤走向用开槽机在堤身内垂直成槽，然后铺设土工膜并用粘土浆回填，从而达到降低堤身渗流量和浸润线的目的。该方法已经在黄河大堤上采用并取得较好的效果。

   （三）贴坡排水

    为避免渗水对堤坡的冲刷和渗流出口发生流土破坏，可以采用贴坡反滤进行处理。施工时应清除堤坡表面的草皮、杂物，清除深度10～20cm，贴坡反滤的高度应高出最高的渗流出逸点0.5～1.0m，长度应超出散浸堤段两端至少3m。根据反滤材料不同，有以下两种方法可供选用：

    1.砂砾料贴坡排水

    砂砾料贴坡排水的各层厚度如图3－11所示。褥垫排水的设计、材料的选用、反滤层铺设施工等的有关细节，请参见反滤层的设计与施工。

    2.土工织物贴坡排水（图3－12）

    在清理好的堤坡上先铺满足反滤要求的土工织物，机械缝合的搭接宽度不小于5cm，然后再铺一般的透水料，厚度大于40～50cm，最后用上压石块保护。

图3－11 砂砾料贴坡排水示意图

图3－12 土工织物反滤层贴坡排水示意图

    （四）透水后戗（图3－13）

    亦称透水压浸平台。它既能防止散浸造成的渗透破坏，又能加大堤身断面从而达到稳定堤坡的目的。一般适用于散浸严重、堤身断面单薄、背水坡较陡、外滩狭窄的情况。

 

   水平排水的长度、厚度应根据渗流计算来确定。

    当采用砂砾料做水平排水体的材料时，材料的选择和施工要求应按照反滤层的设计和施工要求严格执行。

   当采用土工织物做反滤层时，采用一般的透水材料即可。但土工织物的选择与施工必须按照反滤层的设计与施工要求严格执行。

   （七）堤身除险加固的其它方法

    对埋藏较深的洞穴和其它隐患（接触界面、堤身疏松等）可以采用充填和劈裂等灌浆方法进行除险加固。有关内容参见第五章。

    三、堤基除险加固工程的设计与施工

    堤基除险加固的措施有：临水侧防渗铺盖、垂直防渗、背水侧压渗盖重、排水减压沟和减压井等。

    （一）临水侧防渗铺盖

    如 果封闭式垂直防渗幕墙不尽合理，背水侧又无条件做压渗盖重，而临水侧有稳定的外滩时，可以采用临水侧防渗铺盖来减小背水侧堤基的出逸比降和地基渗流量，但 其效果有一定限度。对近似均质透水堤基，临水侧铺盖的效果比较明显，当表层地层的渗透系数小于深部地层较多时，临水侧铺盖的效果将降低。

    1.设计考虑

    采 用临水侧防渗铺盖时，一般应结合背水侧的渗流控制措施，如压渗盖重和减压沟或减压井，以达到有效控制堤基渗流、防止管涌破坏和经济合理的目的。临水侧防渗 铺盖的效果取决于其长度、厚度和垂直向的渗透系数，并与堤基土体的分层性及渗透性有关，设计时应通过计算确定，并应满足地基、铺盖以及铺盖与地基之间的渗 透稳定要求。当利用天然弱透水层作为防渗铺盖时，应查明天然弱透水层及下卧透水层的分布、厚度、级配、渗透系数和允许渗透比降等情况，在天然铺盖不足的部 位应采用人工铺盖进行补强。在缺乏防渗土料的地区可以用土工膜做防渗材料，但土工膜的上部必须设置保护层。

    铺盖土料应具有一定的防渗性能，通常其渗透系数最好不大于1×10－5cm/s，如果渗透系数过大，即使加长铺盖其防渗效果也不会有大的增加。铺盖应采用不等厚形式，远离堤脚处应薄一些，但不应小于0.5～1.0m，近堤脚处应厚一些，并应考虑与堤身防渗连成一体。

    铺盖设计时，一般先根据净水头和堤基的允许水力比降初步确定所需的等效长度，然后通过经济比较选择铺盖的长度、厚度和铺盖的渗透系数，最后对铺盖本身的渗透稳定性进行校核。对粉质壤土修筑的铺盖，其允许水力比降为4～6。有关铺盖渗流计算的详细内容请参考有关资料。

    2.施工考虑

    当 已经存在不透水的天然铺盖时，应对其进行仔细检查，看是否存在缺失区、树根孔洞、塌坑等通向透水地基的渗流通道，如果有，应采用不透水材料进行充填或覆 盖。外滩取土必须在铺盖长度范围以外，以保证铺盖的整体防渗功能。铺盖施工应采用分层铺筑的方法，依靠运输与摊铺机械的行使压实。铺盖与堤身防渗斜墙连接 处宜选用相同的材料。

    （二）垂直防渗

    垂直防渗特别适用于地基透水层较薄、隔水层较浅的情况，此时可以做成封闭式防渗幕墙，堤基的渗流量和扬压力可以得到有效控制，从而可以达到根治堤基渗透破坏的目的（图3－16）。对双层或多层透水地基且透水层较深的情况，悬挂式垂直防渗幕墙的效果很差（图3－17），封闭式垂直防渗难度大且造价太高，不宜采用。对多层地基且存在浅层弱透水层的情况（图3－18），可以考虑半封闭式垂直防渗，但必须在勘察资料充分并经渗流计算充分论证后方可采用。垂直防渗应布置在临水堤脚或堤顶靠临水侧。

    江西宜春地区赣东大堤鸡婆畲险段，堤基表层为厚2m左右的土层，其下为透水砂层和砂卵石层，厚约12m，其下为基岩，98年汛前经用射水法做混凝土防渗墙后，解决了久治不愈的堤基管涌问题。另外哈尔滨大堤采用高喷灌浆方法做垂直防渗，效果也很好。

    垂直防渗幕墙可以采用射水法、锯槽法、轮铣法、高喷灌浆等成墙技术进行施工。详细内容请参见第五章。

    （三）背水侧压渗盖重

    当 没有必要采用封闭式垂直防渗幕墙或其造价太高时，可以采用背水侧压渗盖重的方法，来防止堤基渗流对表土层的渗透破坏。如果所需盖竽太长，应考虑与减压沟井 联合使用的方法。其他的背水侧渗流控制措施，对堤身高度较大的情况，可以设置两层压渗盖重平台。这种方法在堤防工程中广为应用，效果明显。

    压渗盖重的形式很多，可以由不透水的变换到完全自由排水的。其形式的选择，取决于材料的料源及每种形式的费用大小。

   CB=(X1+L+X)/h

式中：CB 为布莱蠕变比；X1为铺盖的有效长度（m）；L 为大堤底宽（m）；X 为背水压渗盖重戗体的宽度（m）；h 为大堤的净水头（m）。

    布莱蠕变比的允许最小值列于表3－5。如果蠕变比大于该最小值就不需要设置背水压渗盖重。如果蠕变比低于最小值，则需要背水压渗盖重，其宽度应使蠕变比高于所允许的最小值。但应注意，压渗盖重宜采用比地基透水性大的材料修建，其厚度应满足不发生渗透破坏的要求。

表 3－5 建于透水地基上的堤防的最小布莱蠕变比

    当堤基由几种不同地层组成时，需转化为具有某一有效厚度与渗透系数的单一土层，然后应用上述公式进行计算。

式中：Ti 为i处的盖重厚度（m）；hi 为根据渗流计算求得的i处的表土层的承压水头（m）；Gs 为表土层的比重；n 为表土层的孔隙率； T1 为表层土的厚度（m）；ρ为盖重土的密度（kN / m3）；ρW为水的密度（kN / m3）；K 为安全系数，流土的安全系数为2.0。

    必须指出，盖重的宽度除进行必要的计算外，应重视对历史险情的实地调查，盖重通常应不小于历史险情出现的范围，并应根据具体地形地质条件和堤防的重要程度选用。一般至少为50m，但也不应超过200m。根据长江荆江大堤的经验，控制宽度为200m，此宽度可控制历史管涌险情的90％以上，对堤外有民垸的宽滩堤段，控制宽度为100m。长江安徽同马大堤、江西赣江赣东大堤的盖重宽度为100m。黄河堤防背水侧放淤固堤宽度，险工段为100m，平工段为50m。

    2.施工考虑

    堤防背水侧压渗盖重的施工可因地制宜，可以采用不透水直到透水的材料。用弱透水材料修建盖重时应分层铺填，并依靠运输或摊铺机械的行驶压实。用砂筑成的盖重，现场压实相对密度应不小于65％，在堤坡与盖重的交界附近，应采取适当措施避免堤坡上的冲刷物淤塞戗体。

    在近几年的堤防工程实践中，采用吹填（长江）和放淤固堤（黄河）的方法取得了成功，既加固了大堤，又对河道起到了一定的清淤作用，造价也相对较低，具有推广应用价值。

    （四）排水沟

    排水沟比较适用于：双层结构、表土层较薄、下卧透水层较均匀的地基，透水性均匀的单层结构地基以及上层透水性大于下层的双层结构地基。参见附录中的实例7。

    1.设计考虑

    在 理论上，排水沟的位置应尽量靠近堤脚，这样其排水效果最好。但出于堤防抢险的安全性考虑，排水沟一般要与背水侧压渗盖重联合使用，此时排水沟应布置在盖重 的端部。排水沟的几何尺寸取决于预计的渗流量、期望的渗流控制效果、施工的实际情况以及排水沟开挖地点的材料稳定性，并且要挖穿表层弱透水层。同时排水沟 的周边应设置反滤排水层，以防排水沟发生渗透破坏。排水沟的渗流控制效果应通过理论或数值计算确定，请参考有关资料。

    2.施工考虑

    在排水沟的施工中，应对反滤料及反滤层的施工提出严格要求，严格按反滤料的级配标准选择反滤料，并按反滤料的施工要求进行施工。在铺填反滤料时，必须防止由降雨冲刷引起的淤塞。

    （五）排水减压井

    减 压井比较适用于表土层和透水层均较厚的双层堤基、多层堤基以及含水层成层性显著或透镜体较多的地基。此时采用封闭式垂直防渗幕墙成本太高或不可能，悬挂式 垂直防渗效果很差，减压沟由于开挖较深也不宜采用。当然，对表土层较薄的双层或多层地基也可以使用排水减压井。实践表明，如果减压井不被淤堵，其渗流控制 效果非常显著。逐渐适用于所有地基情况。图21～23给出了三种堤基情况下减压井的减压效果示意图，同是还可以参考附录中的实例7和实例8。

    减压井一般和其它渗流控制措施如防渗铺盖、压渗盖重、排水明沟等结合使用。

图3－21 减压井的减压效果示意图（一） 单位：m
（双层堤基，透水层较厚）
图3－22 减压井的减压效果示意图（二） 单位：m
（多层堤基，有较浅的相对不透水层）
图3－23 减压井的减压效果示意图（三） 单位：m
（双层堤基，透水层较浅）
图3-21、3-22、3-23中：	实线：有减压井时的浸润线和10%水头间隔的等势线

    1.设计考虑

    （1）井系设计

    井系设计的任务是：确定井径、井距、井深、井口高程，计算渗流量及井间渗透压力，使其小于允许值。

    ①考虑的因素

    在 确定是否需要减压井以及排水井的设计中，需要考虑的因素有：背水侧表土层的特征；需要进行渗流控制的透水堤基的渗透性、分层性及深度；作用于大堤的净水 头；所考虑的减压井系统的尺寸；背水侧堤脚处允许的扬压力安全系数；透水堤基的允许渗流量等。某些因素，如净水头，可以比较精确地确定，而另外一些因素， 如渗透性与成层性则很难估计。减压井的设计应以对渗透系数的最佳估计为基础，然后考虑到设计中所用的渗透系数值有可能不准确，而采用若干个渗透系数值进行 敏感性分析，以确保所采用的设计足以截住渗流与降低扬压力至要求的程度。

    ②设计步骤

    一 般而言，减压井的设计程序包括：确定没有减压井时背水堤基的水头值；将此水头值与所期望的相应于给定安全系数的水头值进行比较；设计一减压井系统，将水头 减小至期望值。因为有很多的井系设计方案（包括井径、井距和贯入深度、井口高程等）可以满足要求，因此井系设计方案并不是唯一的，目标是选择一种比较经 济、尺寸合理并能达到预期效果的方案。通常，设计者先是选择井的直径和贯入深度，然后确定井间距，求出井系造价，然后再对不同贯入深度进行上述计算，最终 找到更加经济的井系设计方案。

    ③设计要求

    减压井系统应尽量布置在背水堤脚附近，以便有效控制堤基渗流。但从堤防抢险的安全性考虑，减压井一般是布置在背水侧压渗盖重端部，并与明沟相通，渗水通过明沟排走。

    减压井的间距一般为15～20m。

    减压井的透水管段应设在主要的透水层，在堤基为分层结构时更是如此。透水段的长度应大于主要透水层厚度的25％，一般多采用50～75％。

    井径应能允许最大设计流量通过而不发生过大的水头损失，并且直径不应小于15cm。井径宜大不宜小。

    井口高程越低，减压效果越好，但井口高程应高于井不排水时排水沟中可能出现的最高水位，以防泥水倒灌。

    2.施工考虑

   减 压井的施工包括：造孔、下井管、回填反滤料（指外填反滤料结构形式的过滤器而言）、鼓水冲井、抽水洗井、抽水试验、井口工程等工序。钻孔过程中应摸清地层 的变化情况，保证滤水管布置在合适的地层中。井管间应连接好，不得有缝隙，以防漏砂。回填反滤料可采用导管法，以防离析。回填反滤料后应立即进行冲井和洗 井，目的是破碎泥皮，洗出反滤料中的泥沙，促进含水层中的较细颗粒进入井内排出，使较粗颗粒排列在反滤料的周围，形成天然反滤，防止或延缓使用过程中淤 堵。然后进行抽水试验，量测流量和出砂量，检验井的效果。最后进行井口工程的实施。

    3.管理考虑

实践表明，竣工初期减压井的效果很好，随着时间的推移，由于透水段的机械和化学淤堵，减压井的流量逐渐减小，这也是影响减压井推广应用的最主要原因。使用过程中应避免减压井管被堵塞和淤塞，为防止或延缓过滤器淤堵，根据需要可定期进行洗井。

 

第四章 堤防边坡失稳的除险加固

 

汛期堤防边坡失稳包括临水坡的滑坡和崩岸与背水坡的滑坡，这些险情严重地威胁着堤防的安全，必须对其进行彻底的有效的治理。

    堤 防边坡失稳的原因是多方面的，在除险加固前必须对引起失稳的原因进行仔细地分析判断，找出原因，有针对性的采用相应的除险加固措施。加固工作必须以《堤防 工程设计规范》为依据，精心设计和施工。加固后堤防必须达到设计标准。本章就边坡失稳除险加固的有关技术问题做一系统的介绍，主要内容包括边坡失稳的成因 与分类，滑坡的安全复核，边坡除险加固技术和崩岸除险加固技术。

第一节 边坡失稳的成因与类型

    一、边坡失稳的成因

    堤防建成后，在运用中可能会遇到各种各样的情况，如汛期河湖水位涨、落、冲刷；台风季节风浪的袭击；暴雨时的浸水以及生物洞等等均会使堤防边坡失稳。现分述如下：

渗流原因

    在 汛期，当河水位上涨到一定高度时，且持续时间又较长，堤身（在浸润线以下部分）将呈浸水的饱和状态，土体完全饱和后，抗剪强度降低，堤身的自重增加，相应 的下滑力增大。另外，渗流产生的渗透力，进一步增加了滑动体的滑动力。综上所述，在渗流作用下堤身滑动体重量增加，抗剪强度降低和渗透力增加等均是导致滑 坡产生的重要原因。

（二）水流冲刷浸袭原因

水流冲刷浸袭岸坡主要发生在临水坡。

如 在河流凹岸部分，往往主流逼岸。受环流冲刷特别是急流顶冲的作用，岸坡淘刷通常较为严重。一旦岸脚防护设施抵抗不住水流的冲刷力，护脚将被破坏，使岸脚的 坡度逐渐变陡，直至失去平衡引起岸坡失稳破坏，即为通常所说的崩岸险情。这种破坏多发生在河道弯曲河势复杂的凹岸堤段。在汛期的涨水过程中或枯水期都有发 生。

另外，当水位退至滩地地面高程以下并且堤身内渗水又不能及时排出时，将产生反向渗透力。再加上浸水饱和堤身自重增加和强度降低，往往会发生坍塌。如不及时处理，坍塌会逐步向堤防坡脚逼近，直到坡脚，引起岸坡失稳滑坡。这种滑坡均发生在临水坡。

（三）堤防地基问题引起的滑坡

堤防地基主要有两个问题，其一是地基的天然强度不够，其二是当截水设施失效时，由于大量渗水形成管涌而引起的堤防坍塌破坏。本节只介绍第一个问题，第二个问题详见第三章。

造 成堤防地基强度不够的原因是：①堤防设计时选用的计算强度指标与实际强度不符。出现这种情况的原因有：没有进行堤防地基的土质调查，凭经验做堤；钻探过于 简单，没有探查到堤防地基中软弱夹层或者探查深度不够等等。②在软粘土地基上筑堤，由于施工速率过快，使其地基强度降低。据大量工程经验，由于筑堤（填 土）速度过快，使地基强度降低的幅度可达10～20％左右。由上述可明显看出，由于地基问题而引起的岸坡滑动通常是深层滑坡，破坏一般均发生在施工期或竣工时。

（四）其它原因

堤身的填筑质量未达设计要求；新、老堤界面处理不当；暴雨时，雨水沿堤身裂缝渗入堤身内部，使堤身强度降低以及在堤脚下挖塘等人为因素，均有可能引起滑坡。

上述各项原因，其中任何一种或二种原因，甚至多种原因组合都能引起堤防滑坡。

二、边坡失稳的类型      (1)按边坡失稳滑动的形式可分为浅层滑动与深层滑动，这里指的浅层滑动是指滑动体只局限於堤身或略带小部分堤基，如图4－1所示。而深层滑动是指滑动体已深入堤基相当深的部位，比如滑动面深入地下5～8m深的滑动，如图4－2所示。     (2)按滑动的危害程度可分为危害性轻微的局部滑动，这种滑动主要是一些浅层滑动，它对堤的危害只局限于堤身的一部分，处理比较容易。另一种滑动为危害极大的整体滑动，这种滑动主要是指那些深层滑动或者一些大范围的浅层滑动（沿堤纵向超过100m长的浅层滑动）。这种滑动影响范围大，处理也比较困难。这种滑动危害性大，必须及时处理，否则会酿成大祸。     (3)按滑动发生的位置可分成以下三种：即临水面滑坡，多发生在高水位的退水期或在出现了崩岸、坍塌险情的堤段；背水面滑坡，多发生在汛期高水位堤坡稳定或出现渗流破坏险情堤段；崩岸，多发生在汛中涨水期，枯水期也时有发生，位于临水坡前滩地坡度较陡的堤段。

图4－1 浅层滑动示意

第二节 堤坡稳定的安全复核

    探 测法的理论依据是：滑动面实际上是一个具有一定厚度的滑动带。滑坡产生后，滑动带区域内土体已被完全扰动破坏。被扰动破坏后的土体强度大大低於未扰动土体 的天然强度。完全扰动后土体的强度一般只有天然强度的一半，甚至更低。由此用钻探或原位测试的方法，及时测出滑动带土体的强度就能很方便的判断滑动带所处 的位置。目前用钻探方法探测滑动面位置，大多采用现场测定十字板强度的方法，可参见图4－4。

图4－4 十字板试验等探测滑动面位置

 

    圆弧形滑动面一般发生在均质土中。复式滑动面发生在土体中较薄的软弱层，如未处理好新、老堤的新老堤界面处。这样通过少量的试算即可找出通过上、下二点的滑动面位置。滑动面所包围的土体即为滑动体。

    在做堤坡稳定安全复核时，应对堤身、堤基的土质情况（强度、容重、土性等）及堤体浸润面做些调查和测试，以便较准确地确定计算指标。另外，对计算的外界条件（即发生滑坡的外界条件）要详细的调查了解分析，如滑坡时河流湖泊中的水位、降雨情况、活荷载等。

    综上所述，堤坡稳定的安全复核是滑坡除险加固的必要的准备工作，也是除险加固方案的安全合理选择的基础。

    二、堤坡稳定安全复核的基本依据

    堤坡稳定的安全复核应按《堤防工程设计规范》中规定的抗滑稳定计算进行，现摘要介绍如下：

    (一)计算强度的选择

    做堤防抗滑稳定分析时，土的抗剪强度指标可采用三轴抗剪强度，直剪强度。应根据堤防的工作状态和采用的计算方法选用不同的强度指标，详见表4—1。

表4—1 土的抗剪强度试验方法和强度指标

堤的工作状态	计算方法	使用仪器	试验方法	强度指标
施工期	总应力法	直剪仪	快剪	Cu，F u
		三轴仪	不排水剪
稳定渗流期	有效应力法	直剪仪	慢剪	C' ，j '
		三轴仪	固结排水剪
水位降落时	总应力法	直剪仪	固结快剪	Ccu，F cu
		三轴仪	固结排水剪

当堤基为饱和软粘土，并以较快的速度填筑堤身时，可采用快剪或不排水的现场十字板强度指标。

(二)计算荷载的组合

    1.正常情况下稳定计算的荷载组合：

     (1)设计洪水位，核算背水坡稳定性；

     (2)高水位骤降，核算临水坡稳定性；

     (3)施工期（包括竣工时）背水坡和临水坡稳定性。

    2.地震情况下稳定计算的荷载组合：

    在一般洪水位时，遭遇地震，核算背水坡和临水坡的稳定性。

    另外，在暴雨下应根据填土的渗透性和堤坡防护措施，核算暴雨或连续长期降雨时堤防边坡的稳定性。

    三、堤坡稳定安全复核的方法

    (一)圆弧滑动法

    1.规范规定的圆弧滑动法

   土堤堤坡稳定计算由于选用的土体抗剪强度不同，分为总应力法和有效应力法，其计算公式如下：

    （1）总应力法

    1).施工期抗滑稳定安全系数按下式计算：

 

    2）水位降落期抗滑稳定安全系数可按下式计算：

    (2)有效应力法

稳定渗流期抗滑稳定安全系数可按下式计算：

 

式中：b为条块宽度（m）；w为条块重量；w=w1+w2+rwzb（KN）；w1为在堤坡外水位以上的条块实重（KN）；w2为在堤坡外水位以下的条块浮重（KN）；z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离（m）；u为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力（KPa）ui为水位降落前堤身的孔隙压力（KPa）；b 为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（度）；rw为水的密度（t/m3）；Cu，Cu，Ccu，j cu，C￠ ，j ￠ 为土的抗剪强度指标（KN/m2，度），详见表4—1。以上三式计算示意图如图4—6。

图4—6 圆弧滑动计算示意图

式（4－1）、（4－2）和（4—3）式计算的安全系数K，是在假定圆弧后得出的，因此，随便假定一个圆弧算出的K值 并不是最小值，换句话说，该圆弧不是最危险的，一般情况，必须通过试算多个不同的圆弧，从中找出最小值，对于计算不十分熟练者来说，计算工作量将是比较大 的，由于计算机的普遍应用，并有成熟的计算软件可供使用，可大大的减少人工计算工作量，为圆弧滑动分析提供了极大的方便。

    2.“f ＝0”圆弧滑动法

    大多数堤防工程采用人力挑土填筑，堤身的质量难以保证。针对这一实际情况，南京水利科学研究院在60年代开发了“Φ＝0”圆弧滑动法计算图表，为工程技术人员进行圆弧滑动法计算提供了一定方便，在一时难以进行电算的情况下，还有一定的使用价值（本法适用于深层滑动稳定分析）。现介绍如下：

 

图4－8 k/τ0～g关系图

图4－9 k/τ0～θ关系图

图4－10 k/τ0～x～f关系图

其计算的具体步骤如下：

    1)确定下列资料

    a.堤身容重r（低水位下用浮容重，高水位上用湿容重，浸润线与低水位间部分用饱和容重），堤身的几何形状（高度h，边坡1：m，堤的顶宽和底宽）；

    b.地基土的强度沿深度的变化线，用轻便型十字板剪力仪测定，如图4－7所示，求出τ0和K值以及算出k/τ0之比值。

    2)计算分析（参见图4－7）

    a.绘出作用地基上的荷载图，取其底面任意点A，即ABCD为滑动体，并按下式计算出fA和WA值。（fA为A点距ABCD滑动体重心的水平距离，WA为滑动体ABCD的总重量）。

fA=[x2+l(x+l/3)]/(2x+l)         (4-4)

wA=(hx+hl/2)r                      (4-5)

取出的滑动体是任意形状时，fA与WA的计算式的求法如下：参见图4－11。

 

图4-11滑动体为任意形状求Fa、wa示意图

fA=(∑FiXi)/∑Fi               (4-6)

wA=∑γiFi                       (4-7)

    b.用k/τ0和fA值从图4－10查出X值，以W极＝Xτ0算出W极值。

    c.按下式计算安全系数KA。

    KA＝wA极wA实               (4-8)

    KA即为任取A点所得的稳定安全系数。

    d.在A点左边或右边相隔0.5~1.5m再取一点，重复步骤Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.算出相应的安全系数（如取A点右边一点算出的安全系数已小于A点的安全系数，则不需在左边取点计算）。

    e.重复步骤Ⅳ，直至求出最小安全系数Kmin时相应的f值和k/τ0值，从图4－8和图4－9上查出相应的θ和g，即可绘出最危险的圆弧位置。

    (3)算例

    某堤防，坝身容重γ=1.49t/m3，坝身几何形状及地基强度的变化曲线（轻便型十字板强度）如图4-12所示

 

图4－12 某工程“Φ＝0”分析计算成果图

1) 求最小安全系数

    a.取堤中心点做第一次计算，即图4－12所示，计算堤中心A点的fA及WA：

    b.用k/τ0＝0.1513（1/m）和fA＝5.88m从图4－10上查出X＝104.8，算出WA极＝104.8×0.82=85.8t/m。

    c.安全系数KA＝85.8/65.5=1.31

    d.在A点右边相隔1.5m取点①，按上述步骤算出安全系数K1＝1.258，（因K1<KA,故不需再于A点左边取点计算）.

    e.为求最小安全系数，在①点右边相隔1.0m取②点，算出K2＝1.28,固F2<F1，则在②点右边相隔1.0m再取一点③，算出K3＝1.29，至此最小安全系数为K2＝1.28（K1>K2<K3）。

    2)绘出最危险滑动面

    从相应于K2的f2＝4.75m，k/τ0～＝0.1513（1/m），从图4－8和图4－9，查出g=8.4m,θ=54.5°，以此二值绘出最危险滑动面如图4－12所示。

    （二）复式滑动面法

    如 前述，滑坡的滑动面一般是圆弧形，利用圆弧滑动法可以得出较理想的结果，但实践中发现，滑动面并不一定是圆弧形，而是由圆弧～直线相结合形成的复合形滑动 面。出现这种情况的原因是，堤身或地基中存在着比较明显的软弱夹层，滑动面很容易在这些软弱层中形成，如堤防中新、老堤接触面，堤基表面的淤泥层等，为能 较好的反映这一实际滑动情况，在《堤防工程设计规范》中规定，宜采用改良圆弧法，即复式滑动面法，其计算分析简图如图4－5所示。复式滑动面的计算式如下：

K=(Pn+S)/Pa                        (4－9)

式中：S=Wtgj +CL；W为土体B￠ BCC￠ 的有效重量（KN）；C，j 为软弱土层的凝聚力（KN/m2）及内磨擦角（度）；Pa为滑动力（KN）；Pn为抗滑力（KN）。

    复式滑动面同圆弧滑动面计算一样，必须通过试算才能求得最小安全系数。

    四、确定实际滑动面位置的具体做法

    一般情况下，均质堤防，地基没有明显的软弱层，堤基表面的耕土杂草、浮泥，新老堤接触面等均进行了清除与处理，那么，滑动面大多呈圆弧形滑动面。因此，本节只介绍利用圆弧滑动面法，确定实际滑动面位置的步骤。

    如图4－13所示，A为滑动面上口，B为滑动面下口，即A、B为滑动面上的已知二点。换句话说，滑动面必须通过A、B二点。通过直线AB的中点E做垂线OE。然后，在OE线上任选一点Oi，以Oi为圆心，OiA（或OiB）做半径，此圆即为通过AB的一个圆弧滑动面，计算该滑动面的稳定安全系数Ki，然后，在OE线上距Oi一定距离，比如1m或2m等再找一点Oi下，同上步骤计算出Ki下，直至算出Ki上>Ki<Ki下（Ki上与Ki下分别为位于Ki上与下两点）为止，Ki所对应的圆弧，即为通过A、B两点实际发生的圆弧滑动面。此滑动面所包围的土体即是该滑坡的滑动体。滑动面最低点即为滑弧的最大深度。

    五、安全系数的选用

    (GB50286-98)《堤防工程设计规范》对土堤的抗滑稳定安全系数做了明确的规定，现摘录如下：

表4－2 土堤抗滑稳定安全系数

第三节 滑坡的除险加固技术

    汛期堤防背水坡及临水坡发生的滑坡。汛后必须进行处理，把险情消除，使堤防恢复到完好状态。

    一、滑坡原因和类型的确定

    在制定除险加固方案之前，应按本章第一节边坡失稳的成因与分类中介绍的办法，对要处理的滑坡进行成因分析和滑坡类别的判断。

    另 外，根据滑坡的地表情况，从滑坡上口的裂缝长度，裂缝深度及缝宽，下挫的高度，滑坡下口离坡脚的距离，隆起高度等，可初步判断滑坡是浅层局部的，还是深层 的大范围的滑动。如果初步判断滑坡可能涉及地基一定深度，滑动范围比较大，对堤防的危害较大时，必须做进一步深入地分析工作。

    二、处理范围和强度指标的确定

    分析的目的主要是定量把握滑动体大小，以便制定相应的加固措施。通过分析除定量的确定滑动体的大小之外，还可通过实际滑动面，分析确定合理的计算强度：即通过分析得出的滑动面，当安全系数大於1时，令安全系数等於1，反算出计算强度（c，tgφ），将此强度定义为极限强度，再除以安全系数得出的强度做为除险加固稳定分析计算强度，这样得出的计算结果更符合实际。如计算得出的安全系数小於1时，选用的计算强度可直接用以除险加固稳定分析计算强度进行计算分析。

    三、滑坡除险加固的方法

    滑坡除险加固方法很多，应根据滑坡堤段的实际情况，如当地材料供应条件、施工技术状况以及对施工工期的具体要求等进行优化后实施。下面分别不同的滑坡情况应优先考虑采用的除险加固方法介绍如下：

    （一）浅层（局部）滑坡的除险加固

浅层滑坡一般均发生在堤身，地基基本上未遭破坏。这类滑坡应优先考虑将滑动体全部挖除，重新回填。根据滑坡发生的位置与引起滑坡的原因不同，处理的具体步骤和处理办法也有不同，现分述如下：

背水坡浅层滑坡

    （1）以渗流为主要原因的浅层滑坡

    1）清除渗流险情。消除渗流险情的办法有：在临水坡面做粘土截渗铺盖，或在堤身中间做截渗墙，这些截渗处理技术的具体实施详见第三章第四节，这里不再赘述。

    2）按本章第二节所述办法，具体划定处理范围，包括平面尺寸和挖除的深度。

    3）将滑坡上部未滑动的坡肩削坡至稳定的坡度，一般应做到1:3左右(目的是保证施工期的安全)。如滑弧上缘已伸入到堤顶，可直接按要求挖除。

    4）挖除滑动体。挖除从上边缘开始。逐级开挖，每级高度20cm。沿着滑动面挖成锯齿形。在每一级深度上应一次挖到位，并且必须一直挖至滑动面以外未滑动土中0.5~1.0m。以便保证新填土与老堤的良好的结合。

    5）填筑还坡。挖除重新填筑断面如图4－14所示。在平面上，滑坡边线四周向外沿伸2m范围均应挖除，重新填筑。

 

图4－14 挖除与填筑断面示意图

    填筑施工可采用机械或人工进行卸料和铺料。铺料时应严格控制铺土厚度及土块粒径的最大尺寸，两者的施工控制尺寸。一般应通过压实试验确定。在无试验资料的情况下，可参照表2—3执行。

    压实的密度必须达到设计要求。填筑施工程序及其技术，详见第二章。重新填筑的堤坡必须达到重新设计的稳定边坡。

    （2）以在堤脚下挖塘为主要原因的浅层滑坡

    首先消除挖塘险情。在堤脚下挖塘，减小了堤身堤脚的压重，使堤身的抗滑力减小，造成滑坡。消除此类险情的办法很简单，即把挖掉的土体再填回来。如实在有困难，至少在滑坡出口处以外5m范围内必须回填。回填的土料以透水性较好砂石料为宜。把堤脚下挖塘填好后按上述的办法2），3），4），5）四个步骤挖除滑动体后，填筑还坡。

    （3）以堤身填筑质量不好为主要原因的浅层滑坡

    此类滑坡因填筑施工质量不好，堤身强度不够。一般情况下，将滑动体全部挖除，重新填筑就可以消除产生滑坡的隐患。因此按上述2），3），4），5）四个步骤挖除滑动体，重新填筑还坡即可（以此原因引起的滑坡发生在临水坡，此法也适用）。

    2.临水坡的浅层滑动

    （1）以崩岸（坍塌）为主要原因的浅层滑动

    首先以抛石护脚等除险加固办法，把崩岸险情消除后（详见本章第四节）即可按上述的2）、3）、4）、5）四个步骤挖除滑动体，重新填筑还坡。

    （2）暴雨或长时间降雨雨水沿着坝体裂缝渗入堤身内部，使堤身抗剪强度降低为主要原因的浅层滑坡。

    此类滑坡与因堤身填筑质量不好，强度不够为主要原因而引起的滑坡一样。一般不需要特别处理，只要将滑动体按上述2）、3）、4）、5）全部挖掉，重新填筑还坡即可。

    （二）深层滑动的边坡的处理

    一般的情况下深层滑动的滑动面已切入堤基相当的深度，此类滑坡若全部挖除滑动体，则工作量较大，且施工具有一定的风险，所以应优先考虑采用部分挖除的办法进行处理。

具体施工程序如下：

    1.挖除滑动体的主滑体并重新填筑。主滑体的确定原则是：在最危险圆弧圆心上侧（产生滑动力的一侧）的土体为主滑体，应全部挖除重新填筑。当没有条件进行稳定分析，无法找到最危险圆弧圆心时，可用下述办法粗略地确定。如图4—15所示。做上下口联线AB的水平投影线的中垂线，以该线与边坡线的交点f做主滑体与阻滑体的分界点，（一般情况，该点位置偏向滑动体一侧，但影响不大），其上侧为主滑体，下侧为阻滑体，将f点上侧主滑体部分挖除重新填筑。对f点上侧滑动体部分全部挖除与重新填筑的具体实施与前述浅层滑坡的挖除与重新填筑一样，按产生深层滑动的位置和发生的主要原因不同采取不同的办法进行挖除与填筑，这里不再赘述。将f点以下的阻滑体中的滑动面进行处理后，才能开始f点上侧堤防的填筑。

 

图4—15 主滑体的简化确定

    2.f点以下阻滑体滑动面的处理办法如下：

    （1）按滑坡后设计的稳定断面重新填筑（如图4—16所示）。图中斜线部分为新增填土部分。这种处理办法就是以增加阻滑体的重量，即增大阻滑力的办法，来提高堤坡的稳定性。该法优点是施工简单，不需三材，易于实施。该法的缺点是需要大量的土方，如土源缺乏的地区，采用该法有一定的困难。

图4—16 按滑坡后设计的稳定断面重新填筑示意图

    （2）采用加固地基的办法

    地基加固处理的办法很多，结合堤防除险加固的具体情况，比较适合的地基加固办法有：

   1）搅拌法（拌合法，水泥土法）。该法的基本原理是，用专用的拌合机械，现场将水泥浆与地基的软弱土就地拌合，形成水泥土。经过2～3个月后，水泥土的强度将达到0.5～1MPa(5kg/cm2～10kg/cm2)以上。经用水泥土加固后的地基的强度将大大提高，用这种加固方法处理滑坡地基是行之有效的。该法的优点是：加固技术成熟可靠，不需要土方；缺点是：需要一定量的水泥。搅拌法的加固范围如图4—17所示。

图4—17 水泥土加固滑坡示意图

    2）灌浆补强。该法加固的基本原理是：利用专用机械以一定的压力将水泥浆强行灌入地下，以水泥本身的高强来增补地基的强度，该法优缺点同1）法。

    3） 振冲法。该法加固的基本原理是：利用专用机械将碎石强行灌入地下形成一个一个独立的碎石桩，用碎石桩置换部分的软弱土体，以达到加固的目的。另外，该法在 制碎石桩时，对地基施加一定强度的周期性的振动力，这对于提高砂基的密度和抗液化能力是十分有效的。因此，该法特别适用于加固砂基。该法优点是：不需三 材；缺点是：石料用量大，当地石料供应有困难时，造价会较大。

    以上所述的各种加固方法在第五章中将详细地介绍。

    （三）滑坡处理后，对其坡面的防护

    堤坡坡面的防护是一项十分重要的防护工程措施。如果不重视该项工作，一旦发生较大的风浪，暴雨时，坡面将会被破坏，进一步发展下去，直接威胁堤身的安全。该项工作必须引起设计，施工，管理部门的高度重视。堤顶与边坡的防护措施详见第二章。

    （四）处理滑坡施工期的安全监测

    处理滑坡施工是一项技术性较强的工作，必须精心设计，精心施工。在处理滑坡施工期间，为保障堤防的安全提出以下建议：

    1.填筑施工除按上所述的，严格执行规范有关规定外，这里特别强调一个必须遵循的原则：填筑施工必须从下至上，逐级进行，换句话说，先做好基脚，才能做堤坡。而挖除工作则相反，必须从上至下，逐级挖除。即必须从顶部挖起，逐步挖到下部。

    2.在滑坡严重的堤段施工，比如处理深层滑动的滑坡，必须特别注意已滑动土体的稳定性。必要时应设置临时的监测点，监测堤脚水平位移，堤基的孔压（水位）的变化等。以防不测事件发生。

第四节 崩岸的除险加固技术

    崩岸除险加固，应根据崩岸产生的原因、施工条件、运用要求等因素，综合选用。主要的措施有：抛石护脚、丁坝导流、还滩退堤等。

    一、抛石护脚

    抛 石护脚是平顺坡式护岸下部固基的主要方法，也是处理崩岸险工的一种常见的、应予优先选用的措施。抛石护脚具有就地取材、施工简单，可以分期实施的特点。平 顺坡式护岸方式较均匀地增加了河岸对水流的抗冲能力，对河床边界条件改变较小。所以，在水深流速较大以及迎流顶冲部位的护岸，通常采用这一型式。我国长江 中下游河段水深流急，总结经验认为最宜采用平顺护岸型式。我国许多中小河流堤防及湖堤均采用平顺坡式护岸，起到了很好的作用。

    （一）抛石护脚方案的选择

     2.抛石粒径的选择

    因抛石部位和水流条件的不同，所需抛石粒径的大小当有所不同。可按《堤防工程设计规范》的规定，通过计算或参照已建工程分析确定。

    从抗冲稳定性分析，可选用下式计算抛石粒径：

 

    式中 d为抛石球体的等容直径，q为单宽流量，h为抛石处水深，v为垂线平均流速，取v=q/h，θ为边坡坡度。在河道弯曲严重的区段，考虑环流的作用，可考虑对上式计算的d值再加上5～15％，以策安全。

    据有关资料，湖北荆江大堤护岸工程，岸坡为1:2，水深超过20m，利用粒径为0.2～0.45m的块石，在垂线平均流速为2.5～4.5m/s的水流作用下，岸坡是稳定的。在岸坡缓于1:3和流速不大的情况下，抛石也可采用较小的粒径。如江苏镇江市的江心洲头护岸，采用石块重量为5～50kg，约相当于粒径为0.15～0.33m，稳定效果也较好。

    3.抛石厚度和稳定坡度的要求

    抛石厚度应不小于抛石粒径的2倍，水深流急处宜为3～4倍。一般厚度可为0.6～1.0m，重要堤段宜为0.8～1.0m。

抛石护岸坡度，枯水位以下可根据具体情况控制在1:1.5～1:4。

    4.抛石区段滤层的设置

    崩岸抢险可采用单纯抛石以应急。但抛石区段无滤层，易使抛石下部被掏刷导致抛石的下沉崩塌。无滤层或垫层的抛石护脚运用一段时间后，发生破坏的工程实例已不鲜见。为了保护抛石层及其下部泥土的稳定，就需要铺设滤层。

    砂砾料滤层的铺设，有准则可依，各地也有较成熟的经验，这里不再赘述。

    近来广泛采用的土工织物材料，可满足反滤和透水性的准则，且具有一定的耐磨损和抗拉强度、施工简便等优点。设计选用土工织物材料时，必须按反滤准则和透水性控制织物的孔径。

    （二）抛石护脚方案的实施

    1.抛石落距定位的估算

    抛石护脚施工中，抛石落点不易掌握，常有部分石块散落河床各处，不能起到护岸护滩作用，造成浪费。

    根据分析研究和实测资料，以下经验公式可用以估算抛石位移。

            L=kHV/W1/6                         (4-11)

式中 L为抛石位移，m；H为平均水深，m；V为水面流速，m/s；W为石块重量，kg；k为系数，一般取为0.8～0.9，根据荆江堤防工程多年的实测资料取k=1.26（见表4—3）。

表4-3 抛石位移(m)查对表

　

    河湾抛石受环流影响，其落点较抛点略趋向河心。群体抛石落点在横向呈扇面分布，小石块落在下游偏河心一方，大石块落在上游偏凹岸一方。

    据此估算分析，就可设计抛石船的定位和抛石施工程序。通常应由上游向下游抛石，可先抛小碎石块，再于其下游抛大石块，力求达到碎石垫底的目标。考虑弯道环流作用，可采用抛石船靠岸侧先抛小碎石块，另一侧抛大石块等施工程序。

    2.抛石护脚的施工

    抛石护脚宜在枯水期组织实施，要严格按施工程序进行，设计确定好抛石船位置。抛投应由上游而下游，由远而近，先点后线，先深后浅，顺序渐近，分层抛匀，不得零抛散堆。

    一般施工前、后均应进行水下抛护断面的测量。特别是施工过程中，应按时测记施工河段水位、流速，检验抛石位移，随抛随测抛石高程，不符合要求者，应及时补充。

    (三)其它护脚型式和材料的介绍

    护脚的结构型式和材料种类较多，其它还有石笼、柴枕、柴排、塑枕、混凝土块体、混合型式等，可单独使用，也可结合使用。应从材料来源、技术经济等方面的比较确定。下面重点介绍几种：

柴枕、柴排

    柴枕和柴排是传统的护岸型式，造价低，可就近取材，各地都有许多经验。但因施工技术复杂，护脚工程中已较少使用。特别因其与老的护脚工程不宜均匀连接以保护坡脚和床面，故一般不用于加固。

利用柴枕和柴排对崩岸除险加固，有以下事项需特别注意：

    柴枕、柴排的上端应在常年枯水位以下1m处，以防枕、排外露而腐烂。柴枕、柴排要与上部护坡妥善连接，一般应加抛护坡石，外脚需加抛压脚大石块或石笼。岸坡较陡，不宜采用柴排，因陡岸易造成排体下滑，起不到护脚作用；一般其岸坡应不陡于1:2.5，排体的下部边缘应达到使排体下沉至估算最大冲刷深度后仍能保持缓于1:2.5的坡度。柴枕、柴排的体形规格、抛护厚度和面积等，可按有关规范规定执行。

塑枕

    塑枕是一种土工织物的沙土充填物护脚，有单个枕袋、串联枕袋和枕袋与土工布构成软体排等多种型式。近年来，塑枕已先后在长江中游、黄河和松花江护岸中有所应用，取得了一定的效果。

    塑枕所用的土工布应质轻、强度高、抗老化，满足枕体抗拉、抗剪、耐磨的要求。土工布的孔径应满足保护充填物的要求。

    在崩岸的除险加固中，应注意在流速较大的部位，可用3～5个单枕串联抛护。塑枕具体抛护厚度和结构型式，可按有关规范规定选择。在岸坡很陡、岸床坑洼多或有块石尖锐物、停靠船舶，以及施工时水流不平顺，流速大于1.0m/s之处，不宜抛塑枕。

    3.石笼

    当现场石块尺寸较小，抛投后可能被水冲走时，可采用抛石笼的方法。以预先编织、扎结成的铅丝网、钢筋网，在现场充填石料后抛投入水。这种方法各地均有所运用。

    石笼抛投防护的范围等要求，与抛石护脚相同。石笼体积一般可达1.0～2.5m3，具体大小应视现场抛投手段和能力而定。

    在崩岸除险加固中，抛投石笼一般在距水面较近的坝顶或堤坡平台上、或船只上实施。船上抛笼，可将船只锚定在抛笼地点直接下抛，可较准确地抛至预计地点。在流速较大的情况下，可同时从堤顶和船只上抛笼，以增加抛投速度。

    抛笼完成后，要全面进行一次水下探摸，将笼与笼接头不严之处，用大块石抛填补齐。

    4.模袋混凝土排

    模袋混凝土护脚是用以土工织物加工成形的模袋内充灌流动性混凝土或水泥砂浆后护岸的一项新技术。这种方法已在一些崩岸险工的处理中获得成功运用。

    与其它型式相比，这一方法具有施工人员少、施工速度快、操作方便等特点。特别适合于在水下施工，适用于各种复杂地型。

    土工织物模袋在工厂按具体施工要求尺寸缝制而成。施工前，先把模袋就位，要绑扎固定牢固，然后用砼泵将砼混合物充填到模袋内。填充用的混凝土要求有良好的流动性，但对砼的强度要求可放低。因此，可加入大量的粉煤灰、矿渣等掺合料，以降低其工程造价。

    5.四面六边透水框架

    四面六边透水框架是一种新开发的护脚型式和材料，可以混凝土，或简易地以毛竹为框架，内充填沙石料、两头以砼封堵构成（见图4—19）。目前，已在长江九江东升堤和彭泽金鸡堤段运用，取得了较好的成效。

 

图4—19 四面六边透水框架结构图

    四面六边透水框架能局部改变水流流态，降低近岸流速，达到落淤效果，逐步使岸坡的冲淤态势发生变化。

    采用四面六边透水体护脚，需注意与上部护岸的连接。为保证抛投效率，可三个或四个一组串接抛投，以形成稳定的框架群。

    其它还有一些护脚型式和材料，这里就不再逐一介绍。

    二、丁坝导流

    丁 坝是一种间断性的有重点的护岸型式，具有调整水流作用，在一定条件下常为一些河堤除险加固时所采用。在河床宽阔、水浅流缓的河段，常易采用这种护岸型式。 如：我国黄河下游，因泥沙淤积，河床宽浅，主流游荡，摆动频繁，常出现水流横向、斜向顶冲堤防造成威胁的情况。因此，较普遍地采用丁坝、垛（短丁坝、矶 头）以及坝间辅以平顺护岸的防护工程布局，保护堤防安全。又如：长江在河口段江面宽阔、水浅流缓，也多采用丁坝、顺坝，保滩促淤，保护堤防安全。

但必须指出，这种护岸型式虽有稳定河势的作用，但也破坏了河道中原有的水流结构。改变近岸流态，势必增强坝头附近局部河床的冲刷危险性。常有坝头附近形成较大冲刷坑、危及丁坝自身安全的情况发生（见图4—20）。而且在同等情况下，这种护岸型式较平顺护岸的石方量大2～3倍。因此，一般情况下凡适宜修平顺护岸的则不修丁坝，尤其不宜修长丁坝。     1.丁坝导流的规划     为崩岸除险加固，修建丁坝导流，促淤保滩，在设计规划时必须统筹兼顾上下游、左右岸的利益，如防洪、航运、港埠、取水、工矿企业、农田水利等的要求，切忌根据局部塌岸孤立修建工程，不顾整体影响的做法。

图4—20 丁坝、矶头局部冲坑示意图

 

丁坝一般均布置在河道的凹岸、成组，坝根与原有堤岸固接，坝头在新计划岸线之边缘（见图4—21）。 为了取得最好的固堤效果，应根据整治规划、水流流势、河岸冲刷情况，参照已建同类工程的经验，必要时通过河工模型试验，确定丁坝的布置规划。     2.丁坝坝位的确定     （1）丁坝的长度 丁坝的长度决定于岸边至新计划岸线的距离。在堤防前滩地狭窄，或为保护下游某建筑物（如闸涵、码头等）安全情况下，应以有利于导引水流的原则确定坝长，一般坝长不宜大于50～100m。     （2）丁坝的间距 丁坝间距的确定与河流的性质有关，要求在丁坝的掩护下，急流不流入坝间，发生冲刷破坏，挟沙缓流能顺畅流入坝间、达到落淤护滩的目标。一般其间距可为坝长的1～3倍。水流流向变化大的河段，所设丁坝的间距宜小。黄河下游丁坝间距一般采用坝长的1～1.2倍，长江河口区采用1.5～3.0倍,美国密西西比河为1.5～2.5倍，欧洲一些河流为2～3倍。

图4—21 丁坝布置

    （3）丁坝的方向 丁坝坝轴线与水流方向夹角应根据具体情况确定，其交角影响落淤效果。非淹没不透水丁坝一般采用下挑式，使水流平顺、坝前冲刷坑浅，有利于航运。我国黄河下游修建的大量丁坝均为下挑式，夹角一般为30° ～45° 。感潮河口段，为适应两个方向的交替水流，应修建正挑丁坝，或略向上游斜交。

    （4）丁坝的坝高 丁坝的坝高通常等于或略高于河道的常年水位（中水位或低水位），即此区分淹没丁坝和非淹没丁坝。通常坝根不可高出河岸，以防阻碍洪水。

    3.丁坝坝型和断面的选择

    不透水丁坝以抛石丁坝和土心丁坝两种结构最为常见。丁坝的坝顶宽度、坝的上下游坡度等结构尺寸应根据水流条件、运用要求、稳定需要并参照已建同类工程的经验分析确定。

    （1）抛石丁坝坝顶宽度宜采用1～3m，坝的上下游坡度不宜陡于1:1.5；

    （2）土心丁坝坝顶宽度宜采用5～10m，坝的上下游护砌坡度宜缓于1:1，护砌厚度一般可采用0.5～1.0m。

    4.丁坝的施工

    丁坝坝头底脚常有垂直漩涡发生，以致冲刷成为深塘，故坝前应予保护或将坝头构筑坚固。丁坝坝根需深埋入堤岸内，以保证汛期不至为洪水所冲淘。丁坝其它部分的护坡和护脚的结构、型式与前述坡式护岸基本相同。

    土心丁坝在土与护坡之间应设置垫层，按反滤要求，可采用砂石垫层或土工织物垫层。沙石垫层厚度宜大于0.1m，土工织物垫层的上面宜铺薄层沙卵石保护。

    在中细砂组成的河床或在水深流急处修建不透水丁坝，宜采用沉排护底。沉排的宽度应保证在河床产生最大冲刷的情况下坝体不受破坏。坝头部分应加大护底范围

不透水丁坝，尤其对不透水淹没丁坝的坝顶面，宜做成坝根斜向河心的纵坡，一般可采用1％～3％的坡底。

    三、退堤还滩

    退堤还滩是处理崩岸险工最简单、直接的方法。只要地形条件许可，这种方法不失为一种行之有效的应急措施。

    退堤还滩就是在堤外无滩或滩极窄、堤身受到崩岸威胁的情况下，重新规划堤线，主动将堤防退后重建，以让出滩地，形成对新堤防的保护前沿。在河道变动逼近堤防，而保护堤岸又有一定困难时，往往采有这种退守新线的作法。在长江中游干堤上，许多崩岸险工的处理都采取了这一方法。

    退堤还滩不可避免地要丧失原堤外的大片土地。因此，一般需进行技术经济方案比较，全面认证这一方法的可行性。在城市等重要区段，这一方法的运用难免受到限制。

    退堤还滩要重新规划堤线。新堤线应大致与洪水流向平行，并照顾到中水河床岸线的方向。岸线弯曲曲率半径不宜过大，以使洪水时水流情况良好，避免急流顶冲情况的发生。新堤线与中水河床岸线应保持一定距离。这一距离大小应随当地岸滩冲刷强度而异，一般应保证5～10年内岸滩淘刷不会危及堤身。

    退堤还滩方案实施后，在滩地淘刷继续发展的河段，要采取必要的护滩措施，如抛石护脚、丁坝导流等。

    四、其它措施

    1.墙式防护

    在河道狭窄、堤外无滩易受水流冲刷、保护对象重要、受地形条件或已建建筑物限制的崩岸堤段，常采用墙式防护的方法除险加固。

    墙式防护为重力式挡土墙护岸，它对地基要求较严，造价也较高。

    墙式护岸的结构型式，一般临水侧可采用直立式，背水侧可采用直立式、折线式、卸荷台阶式等。在满足稳定要求的前提下，断面宜尽量小些，以减少占地。

    墙体材料可采用钢筋混凝土、混凝土和浆砌石等。墙基应嵌入堤岸坡脚一定深度，以满足墙体和堤岸整体抗滑稳定和抗冲刷的要求。如冲刷深度大，还需采取抛石等护脚固基措施，以减少基础埋深。

墙体的其它结构设计、基础设计等，可按有关规范规定执行。

    2.桩式防护

    桩式防护是崩岸险工处置的重要方法之一。它对维护陡岸的稳定，保护堤脚不受急流的淘刷，保滩促淤的作用明显。

    桩式护岸应根据设桩处的水深、流速、地质、泥沙等情况，分析确定桩的长度、直径、入土深度、桩距、排数等。

    维 护陡岸稳定的阻滑桩可采用木桩、钢筋混凝土桩、钢桩、大孔径灌注桩等，常在抢险中运用。保护堤脚不受急流淘刷的护岸桩，常与墙式护岸配合采用，一般宜设于 石砌脚外的滩面。目前，这种护岸桩已逐渐为板桩或地下连续墙所取代。护岸保滩促淤的桩坝常用于多沙河流的护岸。按顺坝型式布置的桩坝，可采用桩间留有适当 间隙的成排大直径灌注桩组成；按透水短丁坝群布置的桩坝，可以木桩或预制混凝土桩为骨架，配以编篱、堆石等构成屏蔽。

    桩式护岸在采用钢筋混凝土桩、钢桩、灌注桩等型式时，施工比较复杂，造价也较高。需进行技术经济比较，以确定其在崩岸除险加固中的适用性。

 

第五章 堤防垂直防渗与地基加固技术

 

地基垂直防渗与地基加固技术较多，但在堤防加固工程中，比较适用的有灌浆技术、防渗墙技术、高压喷射注浆技术、深层搅拌法加固技术、振冲法加固技术等。

第一节 垂直防渗与地基加固方法选择要点

一、垂直防渗与地基加固方法选择的基本原则

    在除险加固工程中，防渗与地基加固处理方案的选择，具体取决于以下诸方面。

(1)功能性：必须满足工程目的和要求；

(2)可实施性：方案的工程规模、有关参数和技术指标，在目前的技术水平条件下是可行的；

(3)经济性：方案通过技术经济比较，投入产出分析，在满足功能性要求的前提下，工程费用较低，工程概预算能够承受；在确定采用后尚应采用先进技术，优化方案，合理使用材料。

(4)环境和安全性：避免工程污染环境或污染最小；能保障堤防结构和相邻建筑物安全，保证施工人员的安全。

二、垂直防渗和地基加固方法与选择

（一）垂直防渗方法的选择

    1.垂直防渗方案的选择主要考虑适应工程性质、条件，可满足工程防渗目的和要求，有一定的防渗标准，工程费用较低等因素。防渗标准直接关系到堤防的安全性以及工程量、工程进度、造价等。

    2.堤防垂直防渗是渗流控制处理的一部分，尽可能符合前堵后排的原则、堤身和堤基渗流控制措施统一考虑的原则。和渗流控制方案一起应在技术经济比较后确定。

    3.堤身的垂直防渗处理

    可采用截渗墙（薄防渗墙、定摆喷、板桩墙），劈裂灌浆等防渗体。在防渗体不能和地基防渗措施统筹实施时，可考虑截渗墙方案。

    4.堤基的垂直防渗处理

    透 水堤基垂直防渗处理可采用截水槽、截渗墙等作为防渗体。采用截水槽、截渗墙等防渗体时，材料可采用粘性土、土工膜、固化灰浆、水泥、水泥砂浆、混凝土、塑 性混凝土、沥青混凝土、化学材料；施工可采用人工开挖、机械开挖、铺设、冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣、射水、锯槽、斗式、多头钻、定摆喷、灌浆、板桩、搅 拌桩等技术；其厚度和设置方式应满足材料允许渗透坡降要求；其防渗性能、效果应符合防渗要求和适应防渗体的布置。

    对于截渗墙，关键是要采用薄墙和廉价的材料才能有效地减低工程造价。如采用射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙成槽方式，并使用土工膜、塑性混凝土、自凝灰浆、固化灰浆等作为墙体材料，其单价可在130～250元/m2间。定摆喷、板桩墙、搅拌桩造价也较低，其单价在70～350元/m2间。

    对于砂卵砾石含量较高、粒径较大的地层，则应考虑冲击钻、回转钻、抓斗、轮铣等成槽方式的截渗墙，其单价可在200～800元/m2间。根据堤防工程的特点，对该类地层险工段的防渗处理也可考虑单排灌浆帷幕防渗或劈裂灌浆，配合其它渗流控制措施可以达到一定的渗流控制标准，其单价可在50～150元/m2间。

    5.堤基防渗体应布置在临水堤脚或堤顶偏临水侧，并与堤身防渗体有效连接，且符合变形协调的要求。

（二）地基加固方法的选择

    1.首先应分析采用天然地基的可行性，如有可能应尽量采用天然地基。

    2.根据建筑物对地基的要求和地基条件，确定需要进行处理的范围和处理要求。

    3.地基处理方法必须满足堤防对地基的设计要求，主要指天然地基经处理后应能达到的物理力学指标。

    4.对天然地基的条件、处理要求、工程费用及材料来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。

    5.地基处理方法原则上一定要技术上可靠、经济上合理，又能满足施工进度要求。通过分析比较可以采用一种处理方法，也可以采用由两种或两种以上的处理方法组成综合的处理方案。

    6.注意节约能源，注意环境保护，避免因地基处理而对地面水和地下水产生污染，振动噪音等对周围环境产生不良影响。

    （三）几种垂直防渗与地基加固方法的比较

    垂 直防渗与地基加固的方法较多，但在堤防除险加固工程中，比较适用的有灌浆法、防渗墙法、高压喷射灌浆法、深层搅拌法和振冲法等几种，其中灌浆法、防渗墙法 高压喷射灌浆法和深层搅拌法既可以做成防渗墙，处理地基渗漏问题，也可以用于地基加固。而振冲法、强夯法、排水固结法等可应用于新建或改建堤防工程中。几 种垂直防渗与地基加固方法的特点及适用范围见表5－1。

表5－1 几种主要垂直防渗与地基加固方法的比较

加固方法	特点和功能	适用范围	备注
灌浆法	适应性广，不受地基加固深度的限制。既可用于地基加固，又可用于砂砾石基础的防渗帷幕灌浆。	砂砾石和湿陷性黄土地基。
防渗墙法	用于堤防的垂直防渗	各类砂性土，粘土及湿陷性黄土等
高压喷射注浆法	用于加固地基，采用定喷和摆喷法可组成防渗帷幕。	各种粘性土、冲填土、粉细砂、砂砾石等基础处理。	地下水流速过大，无填充物的岩溶地段以及永冻土层不宜采用。
深层搅境拌法（水泥土加固法）	用于加固地基，成桩深度30m，也可用于组成水泥土挡墙，形成隔水帷幕，成墙深度可达18m，造价低。	各种粘性土，冲填土，砂性土性地基
振冲法	提高基础的抗滑稳定及抗震防液化能力。	砂性土及粘性土地基加固。	对饱和超软粘土（抗剪强度<20KPa）地基要慎用。
挤密砂桩法	可防止松散砂土振动液化，对软弱粘性土可提高承载力。	新建或改建堤防工程砂性土和软弱粘土地基的加固。	已建堤防工程要慎用。
强夯法	同上	同上	同上
排水固结法	解决地基沉降和稳定问题。	新建或改建工程软粘土地基处理。

    虽然常用的几种地基加固方法可以用来加固堤身，但往往在经济上是不合理的。堤身问题可以按照堤防工程施工规范的有关要求，采用人工翻建的方法重新填筑，施工质量是可以得到保证的，而且还可以利用当地的农闲劳动力，以工代赈。

第二节 灌浆加固与防渗技术

    灌浆技术是利用压力将能固结的浆液通过钻孔注入岩土孔隙或建筑物的裂隙中，使其物理力学性能改善的一种方法。

    一、灌浆分类

    1.按照灌浆的作用来划分（1）固结灌浆 ；（2）帷幕灌浆；（3）接触灌浆。

    2.按照基础的构成来划分（1）砂砾石灌浆；（2）岩石灌浆。

    3.按照灌浆材料来划分（1）水泥灌浆；（2）水泥粘土灌浆；（3）化学灌浆。

    4.按照使用的压力来划分（1）常压灌浆；（2）高压灌浆。

    5.按照灌浆工艺所依据的理论来划分（1）渗入性灌浆；（2）劈裂灌浆；（3）压密灌浆

    还有其他不同的分类方法，如常见到的有充填灌浆、裂缝灌浆、应急灌浆、纠偏灌浆、界面灌浆等等。

    二、灌浆材料

    用 于堤防工程的灌浆技术，是在灌浆压力作用下，浆液克服各种阻力而渗入孔隙和裂隙，压力越大，吸浆量及浆液扩散距离就大，因此又称渗入性灌浆。这种灌浆是在 地层结构不被破坏的条件下渗入地层，因而浆液的颗粒尺寸必须小于土的孔隙尺寸，也就是说，浆液必须满足地层的可灌性条件，因此浆材的选用尤为重要。

适合于堤防灌浆的材料主要有以下几种：

    1.水泥浆水泥浆是由水泥和水混合经搅拌而制成的浆液.为了改进浆液性能，有时需要在浆中加入少量的添加剂。

    水泥浆液具有来源丰富，价格便宜，浆液结石体抗压强度高、抗渗性能好、工艺设备简单、操作方便等优点，但是水泥浆液是一种颗粒状的悬浮材料，受到水泥颗粒粒径的限制，通常用于粗砂层的加固。

    2.粘土浆粘土浆是粘土的微小颗粒在水中分散，并与水混合形成的半胶体悬浮液。选择灌浆用的粘土，一般有如下几个要求：

塑性指数> 17；

粘粒（粒径小于0.005mm）含量不小于40％～50％；

粉粒（粒径0.005～0.05mm）含量一般不多于45％～50％；

含砂量（0.05～0.25mm）不大于5％。

    粘土浆的结石强度和粘结力都比较低，抗渗压和冲蚀的能力很弱，故仅在低水头的防渗工程上才考虑采用纯粘土浆灌浆。

    在粘土浆液中，加入水玻璃溶液，可配制成粘土水玻璃浆液，水玻璃加量为粘土浆的10％— 15％，浆液的凝结时间可缩短为几十秒至几十分，固结体渗透系数为10- 5～10- 6cm/s。

    3.水泥粘土浆水泥粘土浆是由水泥和粘土两种基本材料相混合所构成的浆液。水泥和粘土混合可以互相弥补缺点，构成性能较好的灌浆浆液。

    水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低，流动性、抗渗性好，结石率高，目前大坝的砂砾石基础的防渗灌浆帷幕，几乎都是采用水泥粘土浆灌注的。

    4.水泥— 水玻璃浆液 水泥— 水玻璃浆液是以水泥和水玻璃溶液组成的一种灌浆材料。它克服了水泥浆液凝结时间过长的缺点，水泥— 水玻璃浆液的胶凝时间可以缩短到几十分钟，甚至数秒钟。可灌性比纯水泥浆也有所提高，尤其适合在动水状态下粗砂层地基的防渗加固处理。

    5.水泥砂浆在对较大缺陷的部位灌浆时，可采用水泥砂浆灌浆，一般要求砂的粒径不大于1.0mm,砂的细度模数不大于2。

    在水泥砂浆中加入粘土，组成水泥粘土砂浆，水泥起固结强度作用，粘土起促进浆液的稳定作用，砂起填充空洞的作用。水泥粘土砂浆适用于静水头压力较大情况下的较大缺陷，大洞穴的充填灌浆。

    6.水玻璃类浆液水玻璃类浆液是由水玻璃溶液和相应的胶凝剂组成。灌入地层后，经过化学反应生成硅酸凝胶，在土（砂）的孔隙中充填，达到固结和防渗堵漏的目的。

    水玻璃浆液的粘度小，流动性好，在用水泥浆或粘土水泥浆难于处理的细砂层和粉砂层地基，可使用水玻璃浆液。

    在堤防基础的加固及防渗处理施工中，浆液的可灌性是决定灌浆效果的最重要参数

    堤基灌浆可以用下式评价其可灌性：

M=D15/d85                               (5-1)

式中：M为灌入比；D15为受灌地层中15％的颗粒小于该粒径(mm)；d85为灌注材料中85％的颗粒小于该粒径(mm)。

    M> 15可灌注水泥浆；M > 10可灌注水泥粘土浆。如可灌性不好，可采用水玻璃类浆液灌浆。几种灌浆材料的主要特点见表5— 2

表5— 2 几种灌浆材料的主要特点

    上述几种材料中，除水玻璃浆液外，价格都比较低，水玻璃浆液的价格比其它浆液的价格要高一些，工程多采用水泥浆和水泥粘土浆。对一些非均质的粉砂土地基还可以采用水泥和水玻璃浆液分别灌注的方法，达到复合加固的目的。

    水泥浆液只能灌入粗砂层，而对颗粒细、孔隙小、工程特征欠佳的粉砂土地基，水泥灌浆只能进入地基土体结构受到破坏而形成的空洞或裂缝中，起不到防渗灌浆的作用，难以提高地基的抗渗性能。而水玻璃浆液可以进入细砂层和细砂层的孔隙。

    采用复合灌浆方法，可取长补短，先用水泥灌浆处理，使水泥浆液先行填充地基土体中大小不一的孔洞和裂隙，经48小时的沉淀和固化，然后对同一孔进行清孔，再灌注水玻璃浆液(如酸性水玻璃浆液)。这样既可以充分发挥水泥浆液强度高的特点，又可以充分利用水玻璃浆液的优点，提高注浆的效果。这种复合灌浆的方法，已在江苏丰县废黄河畔的范楼闸应用，粉砂土的渗透系数由2.7-4.7×10-4cm/s降至1.3×10-7cm/s以下。

（2）在可能的情况下，以采用较大的压力为好。

（3）灌浆开始时，以稀浆开始，采用逐步加稠的方法。

（3）帷幕的深度和厚度

    一般情况下，帷幕深度宜穿过砂砾石层达到基岩，这样可以起到全部封闭渗流通道的作用。帷幕的厚度（T）主要是根据幕体内的允许坡降值来确定的。但可按下式作初步估算：

T=H/J                （5-2）

式中 H为最大作用水头，m；J为帷幕的容许比降，对一般粘土浆可采用J≤3～4。

    对于砂砾石厚度较浅，一般设置1～2排灌浆孔即可，对基础承受的水头超过25～30m时，帷幕的组成才设置2～3排。

    灌浆孔距主要决定于地层的渗透性、灌浆压力、灌浆材料等有关因素，一般要通过试验确定，通常孔距为2～4m。如果在灌浆施工过程中，发现浆液扩散范围不足，则可采用缩小孔距，加密钻孔的办法来补救。

2.帷幕灌浆方法     钻孔灌浆方法主要有打花管灌浆法、套管护壁法、循环钻灌法和袖阀管法。     （1）打花管灌浆法 首先在地层中打入一下部带尖头的花管，然后冲洗进入管中的砂土，最后自下而上分段拨管灌浆。见图5—3。此法比较简单，但遇卵石及块石时打管很困难，故只适用于较浅的砂土层。     （2）套管护壁法 套管护壁法的施工见图5— 4所示，边钻孔边打入护壁套管，直至预定的灌浆深度（a），接着下入灌浆管（b），然后拔套管灌注第一灌浆段（c），再用同法灌注第二段（d）及其余各段，直至孔顶。     （3）循环钻灌法 如图5—5，这种方法仅在地表埋设护壁管，而无需在孔中打入套管，自上而下钻完一段灌注一段，直至预定深度为止，钻孔时需用泥浆固壁或较稀的浆液固壁。如砂砾层表面有粘性土复盖，护壁管可埋设在土层中（a），如无粘土层则埋设在砂砾石层中（b）。

 

图5—5 循环钻灌法

图5— 6 袖阀管法施工程序

（4）袖阀管法

    袖阀管法的施工可分四个步骤，见图5—6。 钻孔 用优质泥浆（如膨润土）固壁，不用套管护壁（a）；插入袖阀管 为使套壳料的厚度均匀，应设法使袖阀管位于钻孔的中心（b）；浇注套壳料用套壳料置换孔内泥浆（c）；套壳料的作用是封闭袖阀管与钻孔壁之间的环状空间，防止灌浆时浆液流窜，套壳在规定的灌浆段范围内受到破碎而开环，逼使灌浆浆液在一个灌浆段范围内进入地层。灌浆待套壳料只有一定强度后，在袖阀管内放入带双塞的灌浆管进行灌浆（d）。

    灌浆方法的选用主要取决于施工队伍的经验和技术熟练程度，其中打花管法灌浆最为简单，袖阀管法比较复杂一些，但施工质量较高。袖阀管法可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可以进行重复灌浆。而且可使用较高的灌浆压力，冒浆和串浆的可能性小。

    在砂砾石层灌浆中，对灌浆压力的确定，目前还缺乏统一的、比较准确的计算灌浆压力的公式。灌浆初期，也可先凭经验预估的压力灌浆，然后根据吸浆情况以及对地表的观察，视有无冒浆或抬动变形情况，再做压力调整。

    灌浆的施工机具比较简单，可采用专用灌浆泵，也可以自行用普通的泥浆泵加设一个简单的搅拌器组成。对进浆量较小的粉砂层灌浆，也可以采用简单的手压注浆泵或隔膜泵来代替。

    （三）灌浆效果检查

    灌浆法作为地基加固和地基防渗处理，灌浆效果的检查还没有比较合适的标准，但一般常用下列几个方法判断。

    1.浆液的灌入量同一地区堤防地基的差异不是很大，可以根据各孔段的单位灌入量来衡量。

    2.压水试验设检查孔做压水试验，以单位吸水量值表示幕体的渗透性。

    四、堤身劈裂灌浆

    劈 裂灌浆是利用堤身的最小主应力面和堤轴线方向一致的规律，以土体水力劈裂原理，沿堤轴线布孔，在灌浆压力下，以适宜的浆液为能量载体，有控制地劈裂堤身， 在堤身形成密实、竖直、连续、一定厚度的浆液防渗固结体，同时与浆脉连通的所有裂缝、洞穴等隐患均可被浆液充填密实。适应于处理堤身浸润线出溢点过高、有 散浸现象、裂缝（不包括滑坡裂缝）、各种洞穴。

    堤身劈裂灌浆防渗处理，多采用单排布孔。孔距5～10m。在弯曲堤段应适当缩小孔距。

    劈裂灌浆和锥探充填灌浆浆液多采用土料浆，参见表5－3、5－4。根据不同的需要可掺入水泥、各种外加剂。

表5－3 浆土料选择表

    灌浆孔口压力以产生沿堤线方向脉状扩散形成一连续的防渗体，但又不得产生有害的水平脉状扩散和变形为准，需要现场灌浆试验或施工前期确定。堤防灌浆口压力多在0.1～1MPa间。

    堤身劈裂灌浆应“少灌多次”，分序灌浆，推迟坝面裂缝的出现和控制裂缝的开度在3cm之内，并在灌后能基本闭合。每孔灌浆次数应在5次以上，每次灌浆量控制在每米0.5～1m3之间。形成的脉状泥墙厚度应在5～20cm之间。一年后脉状泥墙的容重应大于14kN/m3，一般可达15～17 N/m3，水平向渗透系数达10-6～10-8cm/s。

    考虑到堤身应力，劈裂灌浆应在不挡水的枯水期进行，同时应核算灌浆期堤坡的稳定性，进行堤身变形、裂缝等观测，以策安全。对于较宽的堤防，也应核算堤身应力分布，避免贯穿性横缝产生。

表5－4 浆浆液物理力学性能表

    劈裂灌浆钻孔均是一次成孔。在冲击钻进中一般采用取土钻头干钻钻进或冲击锤头锥击钻进。在回转钻进中最好采用泥浆循环钻进，特别是在一些较重要的水利工程堤坝施工中，应合理选用冲洗液循环钻进，采用清水钻进时，应依据堤坝的土质条件、渗透程度来慎重选用。钻孔孔径可小到Φ25mm，一般孔径在Φ60-Φ130mm之间。所有灌浆钻孔均需埋设孔口管，使顶部灌浆压力由孔口管承担，可施加较大的灌浆压力，促使浆液析水固结，有利于提高浆液的固结速率和浆体结石的密实度。

    灌 浆压力是劈裂式灌浆施工中的一个重要参数。应注意掌握：起始劈裂压力、裂缝的扩展压力、最大控制灌浆压力。灌浆压力的大小不仅与灌浆范围大小、水文工程地 质条件等因素有关，而且还与地层的附加荷载及灌浆深度有关，所以不能用一个公式准确地表达出来，应根据不同情况通过经验和灌浆试验确定。

    灌浆过程中，对冒浆、串浆、隆起等一些特殊情况做好相应的处理。必须做好灌浆结束后的封孔工作。

    灌浆效果检查有：标准贯入试验、弹性波法、现场透水试验、现场载荷试验等。

第三节 防渗墙技术

    防渗墙可以作为堤身和地基的防渗体，也可用于挡土、防冲。根据施工工艺的不同，防渗墙可分为槽段式、桩柱式和预制拼装式。特别是射水、锯槽、链斗、多头搅拌桩、插板等薄墙方法可较为经济有效地适用于堤防的垂直防渗。

    一、槽段式防渗墙

    槽段式防渗墙可采用抓斗、冲击钻劈打、轮铣、射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具分一、二期跳打成槽。按槽厚可分为薄墙(20~60cm)和厚墙(60~120cm)。受机械尺寸所限，抓斗、冲击钻劈打、轮铣等机具仅能形成厚墙，槽孔长度多依据地质条件、混凝土供应强度、施工工艺等确定，多在2~5m间。而射水、锯槽、链斗、多头钻等成槽机具和改进的薄型抓斗（30～40cm）、轮铣(20~60cm)机具可以形成较薄的薄墙。各种机具都有其适用地层的问题，如卵砾石含量高且大的地层，多采用冲击钻造孔，抽桶出渣，甚至采用预爆破或定向聚能爆破作业处理。

    1.成槽建造槽孔前，多埋设1-2m深的木材或混凝土孔口导向槽板。建造槽孔多采用SiO2和Al2O3比值在3-4间的粘土（有条件时采用澎润土）泥浆护壁，参见表5－5。应保持孔内泥浆浆面在导向槽板30-50cm以内，并大于地下水位1m以上。抽桶或反循环出渣清孔，在造孔完毕后，孔底淤积厚度应小于10cm，孔内泥浆的比重小于1.3，粘度小于30秒，含砂量小于12%。成槽孔斜一般要求要小于0.2-0.4%，一、二期墙厚搭接要大于2/3墙厚，搭接方式有接头管法、钻凿法、双反弧钻法等。

表5－5 泥浆性能表

粘度(s)	比重	粘粒含量	含砂量	塑性指数	胶体率	稳定性	失水量 (ml/30min)	静切力（10Pa）		泥饼厚（mm）	pH
								1min	10min
18~25	1.1~1.2	50%	≤5%	≥20	≥96%	≤0.03	20~30	20~30	50~100	2~4	7~9

    2.墙体材料与浇筑墙体材料可采用混凝土、钢筋混凝土、塑性混凝土、土工膜、自凝灰浆。混凝土、塑性混凝土采用槽孔内下道管泥浆中浇筑成墙工艺。钢筋混凝土则在浇筑前置入钢筋笼。

    塑性混凝土（每方）由水泥（70～220kg）、膨润土（80～150kg）、砂石骨料（1600kg左右）和水组成，常掺入粉煤灰（50～80kg）和外加剂。所制成的混凝土密度为19～21kN/m3，弹模值在200～1000MPa，有较好的变形适应性，28天的抗压强度值大于2MPa，渗透系数在10-6～10-7cm/s。

    自凝灰浆由水泥、膨润土、缓凝剂和水组成，每方灰浆用水泥100～250kg、膨润土30～50kg，浆液密度为12～13 kN/m3，弹模值小于100MPa，有较好的变形适应性，28天的抗压强度值约为0.1MPa，渗透系数在10-6-10-7cm/s。在成槽过程中，该浆液起护壁、悬浮渣削、冷却润滑切削头的作用，槽孔形成后，无需浇筑，自行凝结硬化构成防渗墙。在成槽后的泥浆中加入各种固化材料，即不限制造孔时间，又可根据需要加入各种固化材料和数量凝结硬化形成强度和抗渗性较高的防渗墙，则称之为固化灰浆。

    采用直升导管法浇筑泥浆下混凝土时，其配合比多有试验确定，其骨料一般不大于4cm，入槽坍落度多在18-22cm间。相邻导管间距要小于3m，和槽端的间距1m左右。导管埋入混凝土在1-5m间，按每小时不大于2m的上升速度连续浇筑。

    3.射 水法成墙射水法成墙机主要由造孔机、混凝土搅拌机和浇筑机组成。利用造孔机的成型器内射水喷嘴形成的高速水流（泥浆）切割土层，成型器上下运动切割修整孔 壁，采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽孔成型后采用导管法水（泥浆）下浇筑混凝土、塑性混凝土或钢筋混凝土形成防渗墙。槽形长为150～200cm，厚为22～60cm，深度可达30m。适应于砂、土层和粒径小于100mm的砂砾石地层，垂直精度为1/300，二序槽孔采用成型器侧向喷嘴冲洗一序槽孔侧壁进行连接。每台班工效可达50～70m2，水泥用量为100kg/m2，造价为150～170元/m2（厚22 cm混凝土墙）。

    4.锯槽法成墙锯槽法采用锯槽机，主要由近乎垂直的锯管在功率较大的上下摆动装置，或液压装置（又称液压开槽机）驱动下，锯管设置的刀刃切割地层，随锯槽机根据地层状况按0.1～40cm/min的速度向前移动开槽。采用泥浆护壁，正循环或反循环出渣。槽厚可为18～40cm，深度可达40m。槽孔成型后，根据需要可采用导管法水（泥浆）下浇筑混凝土、塑性混凝土或钢筋混凝土形成防渗墙，但需要采用水胀胶囊等隔浆装置隔离开槽区和浇筑区。由于该法连续成槽的特点，可以采用连续铺土工膜（垂直铺塑）和自凝灰浆技术成墙。该法适应于砂、土层和粒径小于100mm的砂砾石地层，垂直精度不会影响其连续性，每台班工效可达50～150m2，造价为150～250元/m2。

    5.链斗法成墙采用链斗（也可采用旋转式、往复式等方法）开挖沟槽，链斗多为斜卧于槽内，也有直立形式（日本TRD工法）。槽厚可为16～50cm，深度可达15m（TRD工法可达60m），该法适应于砂、土层和含30%以下粒径小于槽厚的砂砾石地层。其浇筑混凝土和铺土工膜方法类似锯槽法成墙。

    6.薄型抓斗成墙薄型抓斗斗宽30cm，开度1.7～2.8m，挖深16～40m。采用两序施工，槽段以接头管法连接，槽孔长度一般为5～8m。适应于砂、土层和砂砾石地层。每台班工效可达80～100m2，造价为200～300元/m2。

    二、桩柱式防渗墙

    桩柱式防渗墙可采用回转钻、冲击钻、螺旋钻、多头钻、搅拌钻等成孔机具成孔。墙体材料可采用混凝土、钢筋混凝土、塑性混凝土、水泥土等。采用套打连接成墙。

    多头搅拌桩薄墙是利用多头小直径深层搅拌机，将水灰比为0.8～2的水泥浆喷入土体并搅拌成水泥土墙，适用于粘土、砂土、淤泥质土及少量粒径小于5cm砾石地层。其主要技术性能指标如下：

    1.主机自重：16t；主机外形尺寸：5.5×1.9×18.0m；额定功率：55kW；钻头直径：20～30cm。

    2.成墙最大深度：18m，成墙厚度：10～30cm，渗透系数：10-5～10-8cm/s，抗压强度：0.3MPa以上，渗透破坏比降：200以上。

    3.一般水泥用量为40～60kg/m2,造价70～90元/m2。

    三、预制拼装式防渗墙

    预制拼装式可采用锤击、插板机、射水法等机具和工艺成墙，或者采用槽孔中置入成墙。墙体材料有钢板、钢筋混凝土板等。

    超薄型插板式防渗墙是采用重型液压振动锤（功率300～600kW），将宽度为50～100cm的H型钢板，振动插入成槽，形成厚度为8 cm左右的超薄型插板式防渗墙槽体，利用在H型钢板中设置的管路，注入水泥或水泥膨润土浆液构筑成防渗墙。需要配置功率为600kW ,100t的液压起重机，每小时可完成20～30 m2,每平米约需100～200元。该方法适用于20m内的地层，遇到薄砂砾石层或卵石需要更大功率的顶部振动器，若需嵌入岩石则需进行高压喷射特别处理。

    防渗墙质量检测可采用施工质量检测（预留水泥土试块、动测法、抽芯法、外观开挖、现场静载法）、位移观测（水平位移观测点、测斜管）、堤后地下水水位观测、围井测试等。

第四节 高压喷射灌浆和深层搅拌法加固技术

    高压喷射灌浆和深层搅拌法加固技术相似，其主要差别在于采用不同的加料拌和手段。

    一、高压喷射灌浆技术

    高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。

    固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。

    （一）加固机理

    高喷法如三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成固结体。加固地基，形成桩、板、墙的机理可用五种作用来说明：

    1.高压喷射流切割破坏土体作用喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞。

    2.混合搅拌作用钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。

    3.置换作用三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。

    4.充填、渗透固结作用高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。

    5.压密作用高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。

    （二）基本种类

    按喷射介质及其管路多少可分为单管法、二管法、三管法等，见图5－7。

 

图5－7 高压喷射灌浆示意图

    1.单管旋喷法通过单根管路，利用高压浆液（20～30MPa），喷射冲切破坏土体，成桩直径为40～50cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。

    2.二管旋喷法在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，达80～150cm。

    3.三 管旋喷法使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体，在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流， 进行水、气同轴喷射，可以减少水射流与周围介质的摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力。喷嘴边旋转喷射，边提升，在地基中形成较大的负压区， 携带同时压入的浆液充填空隙，就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体，起到加固地基的作用。

    （三）浆液材料

    水泥是喷射灌浆的基本材料，水泥类浆液可分为以下几种类型。

    1.普通型浆液一般采用普通硅酸盐水泥，不加任何外加剂，水灰比一般为0.8：1～1.5:1，固结体的抗压强度(28d)最大可达1.0～20MPa，适应于无特殊要求的工程。

    2.速凝－早强型适于地下水位较高或要求早期承担荷载的工程，需在水泥浆中加入氯化钙、三乙醇胺等速凝早强剂。掺入2%氯化钙的水泥－土的固结体的抗压强度为1.6MPa，掺入4%氯化钙后为2.4MPa。

    3.高强型喷射固结体的平均抗压强度在20MPa以上。可以选择高标号的水泥，或选择高效能的扩散剂和无机盐组成的复合配方等。

    在水泥浆中掺入2～4%的水玻璃，其抗渗性有明显提高。如工程以抗渗为目的，最好使用“柔性材料”。可在水泥浆液中掺入10～50%的膨润土(占水泥重量的面分比)。此时不宜使用矿渣水泥，如仅有抗渗要求而无抗冻要者，可使用火山灰水泥。

    （四）高压喷射灌浆工艺

    喷射范围应在现场通过试验确定。高喷固结体的范围大小与土的种类和其密实程度有较密切的关系，不同的喷射种类和喷射方式所形成的固结体大小也不相同。定喷的喷射能量集中，喷射范围较大，参见表5－6。

表5－6 高压喷射灌浆固结体的特性

    旋喷粘性土固结强度为0.3～6.0MPa，无粘性土固结强度为4～15MPa。

    对于防渗工程多采用定喷、摆喷，地层含的粒径较粗时多采用摆喷或旋喷。对处理深度大于20m的复杂地层最好按双排或三排布孔，使高喷桩形成堵水帷幕。孔距应为1.73R(R为旋喷固结体半径)，排距为1.5R时最经济。一般定喷、摆喷孔距为1.2～2.5m，旋喷为0.8～1.2m。高喷防渗效果一般可达10-5～10-6cm/s。

    高喷桩桩距应根据上部结构荷载、单桩承载力及土质情况而定。一般取桩距为S＝(3～4)d(d为旋喷桩直径)，桩的布置方式可选用矩形或梅花形布置。

   高喷灌浆施工钻孔的目的是将灌浆管插入预定的土层中，由下而上进行喷射作业。近来也有用振冲方式成孔直接进行喷射作业的方法。喷射时应注意以下事项：

   （1）灌浆深度大时，易造成上粗下细的固结体，影响固结体的承载能力或抗渗作用，因而需采用增大压力和流量或降低旋转和提升速度等措施补救；

   （2）当发现喷浆量不足而影响工程质量时，可采用复喷技术；

   （3）当冒浆量大于灌浆量的20%时，可采用提高喷射压力、缩小喷嘴直径、加快提升速度和旋转速度等措施，对冒出的浆液，可回收利用；

   （4）根据工程需要调节喷射压力和灌浆量，改变喷嘴移动方向和速度，控制喷射固结体的形状，即圆盘状、圆柱状、大底状、糖糊芦状、大帽状和墙壁状。

（5）喷灌后的浆液有析水现象，可造成固结体顶部出现凹穴，对地基加固及防渗不利。为此，可采用静压灌浆或浆液中添加膨胀材料等措施预防。

高压泵是高压喷射灌浆中的关键设备，要求压力和流量能在一定的范围内调节。额定流量为85～150L/min；额定压力为20～50MPa。

表5－7 高压喷射灌浆参数一览表

高喷灌浆种类			单管法	二管法	三管法
适用土质			砂土、粘性土、黄土、杂填土、小粒径砂砾
浆液材料及配方			以水泥为主材，加入不同的外加剂后具有速凝、早强、抗腐蚀、防冻等特性，常用水灰比为1:1，也可使用化学材料。
高喷灌浆参数	水	压力(MPa)	──	──	20
		流量(L/min)	──	──	80～120
		喷嘴孔径(mm)及个数	──	──	2～3(1～2)
	空气	压力(MPa)	──	0.7	0.7
		流量(m3/h)		1～2	1～2
		喷嘴间隙(mm)及个数		1～2(1～2)	1～2(1～2)
	浆液	压力(MPa)	20	20	0.2～3
		流量(L/min)	80～120	80～120	80～150
		喷嘴孔径(mm)及个数	2～3(2)	2～3(1～2)	10～2(1或2)
	灌浆管外径(mm)		φ42或φ45	φ42,φ50,φ75	φ75或φ90
	提升速度(cm/min)		20～25	10～30	5～20
	旋转速度(r/min)		约20	10～30	5～20

    （五）高喷固结体的质量检测

    1）开挖检验：待浆液凝结具有一定的强度后，即可开挖检查固结体垂直度、形状和质量；

    2）钻孔检查：从固结体中钻取岩芯，进行室内物理力学性能试验。在钻孔中做压水或抽水试验，测定其抗渗能力；

    3）标准贯入试验：在旋喷固结体的中部可进行标准贯入试验。

    4）载荷试验：静载荷试验分垂直和水平静载荷试验两种。试验时，需在受力部位浇筑0.2～0.3m厚的混凝土层；

    5）围井试验：在板墙一侧增加喷孔，与板墙形成封闭围井，在井中进行压水和抽水两种试验，或观测井内外水位，多用于防渗效果检查。

    高压喷射灌浆加固地基技术主要适用于第四纪冲积层、残积层及人工填土等。对于砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能加固。但对砾石直径过大、含量过多及有大量纤维质的腐植土喷射质量稍差，有时甚至不如静压灌浆的效果。

    对地下水流速过大，喷射的浆液无法在灌浆管周围凝结，无填充物的岩溶地段，永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，均不宜采用高压喷射灌浆法。

    （六）高压喷射灌浆的特点

    高喷法具有成本较低，施工速度较快，固结体强度大，可靠性高等优点，与普通灌浆法相比又具有以下特点：

    高 喷法是利用高速水流强制性地破坏土体形成固结体，在覆盖层中一般不存在可灌性问题；同时由于高速射流被限制在土体破碎范围内，因此浆液不易流失，能保证预 期的加固范围和控制固结体的形状；能在钻孔中任何一段内施工，也可以在孔底或中部喷射，此外，也可以水平方向喷射和倾斜方向喷射施工；高喷法通常采用水泥 浆液，不会造成环境和地下水的污染，且耐久性较好；施工噪音较小，单管和二管法施工较简便。

    二、深层搅拌法技术（水泥土加固法）

    深层搅拌法是利用水泥作为固化剂，通过特别的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和水泥（浆液或粉体）强制搅拌后，水泥和软土将产生一系列物理— 化学反应，使软土硬结改性。改性后的软土强度大大高於天然强度，其压缩性，渗水性比天然软土大大降低。

    （一）加固机理

    软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理，是基于水泥加固土的物理化学反应过程。减少了软土中的含水率，增加了颗粒之间的粘结力，增加了水泥土的强度和足够的水稳定性。在水泥加固土中，由於水泥的掺量较小，一般占被加固土重的10～15％。水泥的水化反应完全是在具有一定活性的介质— — 土的围绕下进行，所以硬化速度较慢且作用复杂。

   （二）水泥土的主要特性

    1.物理性质水泥土的容重与天然土的容重相近，但水泥土的比重比天然土的比重稍大。

    2.无侧限抗压强度水泥土的无侧限抗压强度一般为300～400kPa，比天然软土大几十倍至百倍，但影响水泥土无侧限抗压强度的因素很多，如水泥掺入量、龄期、水泥标号、土样含水率和有机质含量以及外掺剂等等。

    为了降低工程造价，可以采用掺加粉煤灰的措施。掺加粉煤灰的水泥土，其强度一般比不掺粉煤灰的高。不同水泥掺入比的水泥土，当掺入与水泥等量的粉煤灰后，强度均比不掺粉煤灰的提高10％，因此采用深层搅拌法加固软土时掺入粉煤灰，不仅可消耗工业废料，还可提高水泥土的强度。

    （三）施工技术

    1. 加固型式

    根据目前的深层搅拌法施工工艺，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式，在堤防上用于地基加固，主要采用桩式，而用于防渗加固，应采用壁状式，壁状式是将相邻搅拌桩部分重叠搭接即成为壁状加固型式，组成水泥土挡墙，这种挡墙具有较高的抗渗性能，可以形成良好的隔水帷幕。

    2.施工工艺

    （1）湿法施工

    主要的施工机械为深层搅拌机。深层搅拌法的施工主要可分为定位、预搅下沉、制备水泥浆、提升喷浆搅拌、重复上下搅拌、清洗等几个步骤，见图5— 8。

 

图5— 8 深层搅拌加固工艺流程

    （2）干法施工

    干法是采用水泥粉料，由空气输送，通过搅拌叶片旋转产生的空隙部位喷出，并随着搅拌叶片的旋转均匀分布在整个空隙轨道面内，进而和原位地基土搅拌并混合在一起。施工机械主要是钻机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等。

    施工工序主要为 1）柱体对位 2）下钻 3）钻进结束 4）提升喷粉 5）提升结束桩形成体等几个步骤，见图5—9。

 

图5—9 粉体喷射搅拌法施工顺序

    （四）适用范围

    深层搅拌法最适宜加固各种成因的饱和软粘土，常用于淤泥、淤泥质土、粘土、亚粘土等地质的加固，成桩深度可达30m，采用多头小直径桩成墙深度可达18m。

    在堤防除险加固工程中，深层搅拌桩适用于处理软基堤防上滑坡段的。同时，还可以组成截渗墙，取得较好的防渗效果。

    （五）深层搅拌法主要优点

    1.加固效果好，加固方式灵活，适用面广

    深层搅拌法可采用不同的加固型式、不同的桩长和置换率以满足不同土质条件和不同荷载要求的加固目的。对河道这种区域狭长、地质条件复杂，对沉降要求较高的工程比较适宜。采用搅拌桩挡土墙作为河岸边坡支护不仅能够保证边坡稳定，还具有防渗功能。

    2.施工速度快

    一般来说，每台深层搅拌机建造搅拌桩截渗墙的工效达13.2m2/台·时。

    3.可充分利用原软土，无弃土问题

    深层搅拌法是一种原位加固技术，可充分利用原状土，无弃土问题。

    4.造价较低

    每延长（截面积0.71m3）的深层搅拌桩的造价约为100元左右，按成墙厚度0.22m计,每平方米成墙造价为70余元，比采用垂直铺塑截渗、混凝土墙截渗、高喷水泥土墙截渗的造价低。

第五节 地基加固的其他方法

    一、振冲法

    （一）加固机理

    振冲法的主要设备有振冲器、吊车和水泵。振冲器靠底端喷出的压力水（水压400～600kPa） 的冲击力和振冲器本身重量，使振冲器往下贯入土中。在这个过程中振冲器产生的水平振动力将挤密孔壁土砂层。当振冲器达到预定深度后，往孔内投粗料（如粗砂 砾石、碎石、矿渣等），并靠振冲器的水平振动力将粗粒填料挤入周围土层中。随着射水和水平振动力持续时间的延长，土层（混入了粗粒料）越来越密实，振冲器 耗电随之加大，当达到设计值后，振冲器就可上提一定距离（30— 35cm），再住孔内投料，重复上述过程，直到整个孔均被粗料填满并振冲到一定密实度为止。

    振 冲法对于砂土主要是提高了砂土的密实度，故对砂土也称振冲挤密法。对于振冲法加固粘性土地基作用机理，主要指“复合地基”作用机理，即投入的粗料（碎石） 于土中形成的碎石桩强度大大高于周围土体的强度，碎石桩与周围土体组成“复合地基”，共同承担堤防重量，“复合地基”比天然地基强度大大提高，压缩性大大 减小，振冲法加固粘性土也叫振冲碎石法或振冲置换法。

   （二）振冲法的挤密工艺

1.孔位布置与间距

    振冲孔位布置常用等边三角形和正方形两种。对大面积挤密处理，用等边三角形布置比正方形布置可以得到更好的挤密效果。

    振冲孔位的间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率而定。使用30kw振冲器，间距一般为1.8～2.5m；使用75kw大型振冲器，间距可加大到2.5～3.5m。

    2.填料选择

    对中细砂，可以不加填料，就地挤密；但对粉细砂，必须加填料后才能获得较好的振密效果。

    3.挤密工艺

   连 续下料法振冲器达设计深度后，将水压和水量减少至维持孔口有一定量回水，但没有大量细颗粒带走的程度。此时用装载机等运料工具将填料堆放在振冲器护筒周 围。填料在水平振动力作用下依靠自重沿护筒周壁下沉到孔底。这种造孔后不提出振冲器，在孔中投料的方法称连续下料法。该法施工特别适用於加固易于塌孔的砂 土地基。

    间断下料法造孔后将振冲器提出孔口，直接往孔内倒入一批填料，再将振冲器下降至孔底进行振密，如此反复进行直至全孔完成。这种施工方法称间断下料法。

    比较起来，连续下料法的桩体的密实度较均匀；间断下料法的施工速度较快。

    （三）适用范围

   振冲法适用的土质主要是砂性土，从粉细砂到含砾粗砂，只要小于0.005mm的粘粒含量不超过10％，都可得到显著的挤密效果；若粘粒含量大于30％，则挤密效果明显降低。在堤防除险加固工程中，尤其适用于砂性土地基的滑坡除险加固处理。也可用于新建或已建堤防、涵闸基础的处理，提高基础的承载力与抗滑稳定及抗震防液化能力。

    （四）振冲法的主要优点

    1.施工机具和施工工艺简单，易于操作。处理费用低。

    2.振冲法是以复合地基形式处理地基，能最大程度发挥和充分利用天然地基的强度潜力，使地基强度变得比较均一。

    3.振冲法可在软粘土中设置强透水性的排水碎石桩，软粘土中的水可通过碎石桩以较短的时间完成排水固结，使地基强度提高。对建在松软地基上堤防的加固处理，具有较高的实用意义。

    二、挤密砂桩法

    挤密砂桩是先在软基中间用冲击法或振动法打孔，灌入砂子并捣实。

    （一）加固机原理

    1.在松散砂土中的作用

    由于成桩方法不同，在松散砂土中成桩时对周围砂层或产生挤密作用或同时也产生振密作用。

    （1）挤密作用 采用冲击法或振动法往砂中下沉桩管和一次拔管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的横向作用力，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3～4倍桩直径。

    （2）挤密和振密作用 采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔出桩管成桩时，下沉桩管对周围砂层产生挤密作用，拔起桩管对周围砂层产生振密作用，有效振密范围可达6倍桩直径左右。

    2.在软弱粘性土中的作用

    （1）置换作用 密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土，形成“复合地基”，使承载力提高，地基沉降变小。

    （2）排水作用 在软弱粘性土地基中，砂桩可以象砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结沉降速率。

    （二）施工工艺要点

    1.施工顺序

    在松散砂土中，首先施工外围桩，然后施工隔行的桩，对最后几行桩，如下沉桩管有困难时，可适当增大桩距。

    在软弱粘性土中，砂桩成型困难时可隔行施工，各行中的桩也可间隔施工。

    2.质量控制

    （1）冲击法成桩。单管法施工时，控制拔管速度为1.5～3m/min，以保证桩身连续性，而桩直径是以灌砂量来控制；双管法施工时，锤击内管和外管将砂压实，按贯入度控制，保证桩身的连续性。

    （2）振动法成桩。主要控制拔管的速度，如一次拔管法，拔管1m控制在30秒内；逐步拔管法，每次拔起0.5m，停拔续振20s。

    （三）砂桩用途

    在松散砂土中，可用于增大相对密度，防止振动液化。在软弱粘性土中，可用于提高地基承载力，加速固结沉降，改善地基的整体稳定性。

    三、强夯法

    强夯法是将很重的锤（一般为100～400kN）从高处自由落下（落距一般为15～25m）给地基以强烈地夯击而压密，从而提高地基土的强度并降低其压缩性。

    （一）强夯法作用机理

    加密作用，使空气或气体的排出；固结作用，使水或流体的排出；预加变形作用，使各种颗粒成分在结构上的重新排列，包括颗粒结构或型态的改变。

    （二）施工要点

    1.平整场地预先估计强夯后可能产生的平均地面变形，并以此确定地面高程，然后用机械平整。

    2.铺垫层遇地表层为细粒土，且地下水位高的情况，有时需在表面铺0.5~2m左右厚的砂、砂砾或碎石。以使地表坚硬，支承起重设备。

    3.夯点放线定位宜用石灰或打木桩的方法，偏差不大于5cm。

    4.强夯施工当第一遍夯完后，将夯坑填平，再进行下一遍夯击，直至计划的夯击遍数夯完为止。

    5.现场记录做好详细的现场记录。

    6.安全措施夯击时所有人员应退到安全线以外。

    （三）强夯法的用途

    强夯法可用来加固新建或改建堤防工程的基础处理。主要可用于加固碎石土、砂土、粘性土、杂填土、湿陷性黄土等各类地基。它不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，而且还能改善其抵抗振动液化的能力和消除土的湿陷性。

    但对饱和软粘土进行强夯要持慎重态度。对已建堤防的应用也要慎重。

    四、排水固结法

    （一）基本原理

    排水固结法是软粘土地基在荷载作用下，土孔隙水慢慢排出，孔隙比减小，地基发生固结变形。同时，随着超静水压力逐渐消散，土的有效应力增大，地基土的强度逐步增长。

    （二）排水固结法的排水与预压

    排水固结法是由排水系统和加压系统两部分组合而成的。排水系统可以在天然地基中设置竖向排水体（如普通砂井、袋装砂井、塑料排水板等），以及利用天然地层本身的透水性。加压系统有堆载法、真空法等。

    1.排水

    首先打设砂井（包括袋装砂井、塑料排水板等）在软粘土地基中，设置一系列砂井，在砂井之上铺设砂垫或砂沟，增加土层排水通道，加速固结。这种方法适用于透水性低的软弱粘性土，对于泥炭土等有机质沉积物不适用。

    2.预压

    （1）堆载预压法 通过临时填土石等方法对地基加载预压，达到预先完成部分或大部分地基沉降，并通过地基土固结提高地基承载力。这种方法适合于软粘土地基。

    （2）真空预压法 在粘土层上铺设砂垫层，打设排水板（砂井等），然后用薄膜密封砂垫层，用真空泵抽气，使地下水位下降，同时在大气压力作用下加速地基固结。主要适用于软粘土地基。

    （三）用途

    排水固结法主要可以解决粘土地基的沉降问题和稳定问题。