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浅析堤防除险加固的前期工作

0259水利工程2021-07-15 10:57:33

浅析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。

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公式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