第三章堤防渗透破坏的除险加固 第一节渗透破坏的成因和分类 第二节渗透破坏除险方案的选柽 第三节渗透破坏除隃方案的复核 第四节除险加固工程的设计和施工 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J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 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
第三章 堤防渗透破坏的除险加固 第一节 渗透破坏的成因和分类 第二节 渗透破坏除险方案的选择 第三节 渗透破坏除险方案的复核 第四节 除险加固工程的设计和施工 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 Ca20 管涌 缺少中间颗粒的砂砾石 P230% 流土 注:C为土的不均匀系数,C=da/d;P2为小於颗粒级配曲线上断裂点A 的粒径含量 d为过筛重量占60%的颗粒直径,dl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J由临界比降J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。 流土
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 Cu20 管涌 缺少中间颗粒的砂砾石 Pz30％ 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 l=(p/p-1)(1-n) (3-1) 式中:p,为土颗粒的密度,p,为水的密度,n为土体的孔隙率。 由公式(3-1)求得的J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3一2无粘性土抗流土或管涌破坏的允许坡降J的经验值 渗透变形型式 流土型 过渡型管涌型 Cu5 级配连续「级配不连续」 J0.25-0.350.35-0.500.50-0.800.25-0.400.15-0.250.100.151
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 项 目 渗透变形型式 流土型 过渡型 管涌型 Cu5 级配连续 级配不连续 JB 0.25-0.35 0.35-0.50 0.50-0.80 0.25-0.40 0.15-0.25 0.10-0.15
3接触冲刷 接触冲刷发生在堤身和堤基的内 部,但其颗粒仍旧是从渗流出口处带出。2 接触冲刷不断发展会形成漏水通道,而引22 起堤防溃决。 在两种性质不同的土层界面上发 生接触冲刷时,其临界比降可以通过室内 试验或按伊斯托明娜的试验结果(图3· ■■■ 1)获得。图中的纵坐标为接触冲刷的临 ■■口■■ 界比降,横坐标为Do/ dotsφ,其中D 口■ 为粗粒士层的有效粒径(过筛重量占总土2中 重10%的颗粒直径),d为细粒土层的有。十十十 效粒径,tgφ为细粒和粗粒土层之间的摩 □N□■■口 擦系数 在土层与刚性建筑物接触界面上餐 ■ 闸的经验将非管涌土地基的允许渗透比4 降值列入表3-3,供参考。表中渗透比降 d10tg小 的允许值是由临界比降除以1.5的安全系 数得到的,但没有考虑渗流出口处的保图3-1接触冲刷临界坡降曲线 护。如果渗流出口有反滤保护,则表中的 数据可以适当提高30%~50% 表3一3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J「出口J 「水平段J,出口J 粉 05~0.070.25~0.30砂壤土 0.15~0.250.40~0.50 07~0.10.30~0.35粘壤土夹砂礓土0.25~0.350.50~0.60 10~0.130.35~0.40软粘土 30~0.400.60~0.70 粗砂 13~0.170.40~0.45较坚实粘土 40~0.500.70~0.80 中细砾 0.17~0.220.45~0.50极坚实粘土 50~0.600.80~0.90 粗砾夹卵石0.22~0.280.50~0.55 4接触流土
3.接触冲刷 接触冲刷发生在堤身和堤基的内 部，但其颗粒仍旧是从渗流出口处带出。 接触冲刷不断发展会形成漏水通道，而引 起堤防溃决。 在两种性质不同的土层界面上发 生接触冲刷时，其临界比降可以通过室内 试验或按伊斯托明娜的试验结果（图 3－ 1）获得。图中的纵坐标为接触冲刷的临 界比降，横坐标为 D10/d10tgφ，其中 D10 为粗粒土层的有效粒径（过筛重量占总土 重 10%的颗粒直径），d10为细粒土层的有 效粒径，tgφ为细粒和粗粒土层之间的摩 擦系数。 在土层与刚性建筑物接触界面上 发生接触冲刷时，对比一些试验资料和建 闸的经验将非管涌土地基的允许渗透比 降值列入表 3－3，供参考。表中渗透比降 的允许值是由临界比降除以1.5的安全系 数得到的，但没有考虑渗流出口处的保 护。如果渗流出口有反滤保护，则表中的 数据可以适当提高 30％～50％。 图 3－1 接触冲刷临界坡降曲线 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: J=y/y, tgo-tg B)cos B /r 式中:y为土的浮容重:y,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;B为堤坡的坡角。 出逸点处的渗流比降为J=sinB,设土的浮容重为1,忽略凝聚力c,当 J=J时由式(3-2)得到 tgB=0. 5tg (3-3) 因此,堤坡不产生冲刷破坏的条件是tgB<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。 6粘性土的抗渗强度 粘性土的渗透破坏特性取决于容 重、含水率、粘土矿物成分、交换性阳离 子的数量和成份、孔隙液体的含盐浓度和 成分等物理化学因素,因此,它远比无粘10 性土渗透破坏特性复杂。粘性土可分为分岩 Ⅲ:美国 散性粘土,非分散性粘土和过渡型粘土。6 4酒哥 如图3-2,其中A区为分散性粘土,B区 澳人利亚 为非分散性粘士,C区为过渡性粘土。该十 图的纵坐标为钠的百分比,横坐标TDS为 金属阳离子总量。分散性粘土遇水后土颗 粒逐渐脱落而形成悬液,极易被水流带图3-2区别分散性和非分散性粘士图 走,其破坏要比细砂和粉土更为容易。而 非分散性粘性土由于其凝聚力很大,只会 发生流土破坏,不会发生管涌破坏,有反 滤保护时,其临界比降可以超过20以上 而一般取4~5为粘性土的抗渗允许坡降
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=0.5tg φ （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。 6.粘性土的抗渗强度 粘性土的渗透破坏特性取决于容 重、含水率、粘土矿物成分、交换性阳离 子的数量和成份、孔隙液体的含盐浓度和 成分等物理化学因素，因此，它远比无粘 性土渗透破坏特性复杂。粘性土可分为分 散性粘土，非分散性粘土和过渡型粘土。 如图 3－2，其中 A 区为分散性粘土，B 区 为非分散性粘土，C 区为过渡性粘土。该 图的纵坐标为钠的百分比，横坐标 TDS 为 金属阳离子总量。分散性粘土遇水后土颗 粒逐渐脱落而形成悬液，极易被水流带 走，其破坏要比细砂和粉土更为容易。而 非分散性粘性土由于其凝聚力很大，只会 发生流土破坏，不会发生管涌破坏，有反 滤保护时，其临界比降可以超过 20 以上， 而一般取 4～5 为粘性土的抗渗允许坡降 图3－2 区别分散性和非分散性粘土图
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。 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
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岀现,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,如采取提髙堤身密实度、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 、堤身渗透破坏除险方案的选择
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)、漏泂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増建防渗 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、探査。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。 、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
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
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。 、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
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