1、 渗流控制标准渗流控制标准 根据渗流理论和相关规范，堤防渗流控制根据渗流理论和相关规范，堤防渗流控制原则：原则：（1 1）控制围堤浸润线和下游承压水头，保证）控制围堤浸润线和下游承压水头，保证坝体和坝基的渗流稳定；坝体和坝基的渗流稳定；（2 2）控制坝体和坝基的渗透坡降，防止渗透）控制坝体和坝基的渗透坡降，防止渗透变形破坏，保证下游边坡和下游地面的渗流变形破坏，保证下游边坡和下游地面的渗流稳定，其抗渗水力比降和渗透流速满足稳定稳定，其抗渗水力比降和渗透流速满足稳定要求；要求；（3 3）控制围堤渗流量，尽量减少渗漏损失。）控制围堤渗流量，尽量减少渗漏损失。渗流控制标准渗流控制标准 堤身具体结构和
2、堤基土层出发，渗流控制标准主堤身具体结构和堤基土层出发，渗流控制标准主要有以下方面：要有以下方面：堤坡出逸高度控制原则堤坡出逸高度控制原则 围堤为细砂吹填或管袋充填而成，边坡出逸位置较高，对堤围堤为细砂吹填或管袋充填而成，边坡出逸位置较高，对堤坡渗流稳定和边坡抗滑稳定不利。出逸坡面渗水将使得坡面坡渗流稳定和边坡抗滑稳定不利。出逸坡面渗水将使得坡面土体剥落流失逐渐发展而造成破坏，与滑坡过程类似，为一土体剥落流失逐渐发展而造成破坏，与滑坡过程类似，为一个缓慢的过程。而当库水位较高时外侧潮位为非稳定变化时个缓慢的过程。而当库水位较高时外侧潮位为非稳定变化时，在相对高潮位时围堤内浸润线会较高，同样在外
3、侧边坡出，在相对高潮位时围堤内浸润线会较高，同样在外侧边坡出逸位置也可能较高，因此边坡出逸应加以控制，主要控制边逸位置也可能较高，因此边坡出逸应加以控制，主要控制边坡出逸高度，应采取有效措施尽量避免在边坡出逸，实在不坡出逸高度，应采取有效措施尽量避免在边坡出逸，实在不行则必须采取滤层保护边坡稳定措施。本工程需要研究合适行则必须采取滤层保护边坡稳定措施。本工程需要研究合适的反滤措施确保砂堤边坡渗流稳定性。的反滤措施确保砂堤边坡渗流稳定性。渗流控制标准渗流控制标准堤坡出逸坡降控制原则堤坡出逸坡降控制原则 由于无防渗情况下边坡出逸位置较高，因此边坡出逸由于无防渗情况下边坡出逸位置较高，因此边坡出逸应
4、加以控制，其出逸坡降可按无粘性土边坡出逸坡降计算。应加以控制，其出逸坡降可按无粘性土边坡出逸坡降计算。当渗流从下游坡出逸时，由于自由面与坡面相切，忽略凝聚当渗流从下游坡出逸时，由于自由面与坡面相切，忽略凝聚力时，渗出点的渗透坡降为：力时，渗出点的渗透坡降为：（为下游坡角）为下游坡角）堤坡渗出点的临界渗透坡降可按下式计算堤坡渗出点的临界渗透坡降可按下式计算2525：J Jc c=1 1（tg tg-tg-tg）coscos/+C/+C/式中，式中，为水容重，取为水容重，取=10kN/m=10kN/m3 3；1 1为土的浮容重，为土的浮容重，C C为出为出口段坝体填土的凝聚力，口段坝体填土的凝聚力
5、，为土的内摩擦角，根据有关文献，为土的内摩擦角，根据有关文献，取取1=10.2kN/m1=10.2kN/m3 3，C C=0Pa=0Pa，=32=32；为下游坡角，为下游坡角，1 1：2.52.5的的坡，坡，tgtg=0.4=0.4（1 1：2 2，tgtg=0.5=0.5），），coscos=0.928=0.928。将所有变量代。将所有变量代入式中，可求得入式中，可求得J Jc c371.01/1sin22mJ渗流控制标准渗流控制标准渗流控制设计中需要渗流控制设计中需要J J J Jc c。这里的。这里的J J可以考虑滤层措可以考虑滤层措施的功效。由于在理论上堤脚的出逸坡降是无限大施的功效。
6、由于在理论上堤脚的出逸坡降是无限大的，因此，从渗流控制的观念来控制堤坡出逸，则的，因此，从渗流控制的观念来控制堤坡出逸，则是对可能出逸位置以下边坡实施合适的反滤保护措是对可能出逸位置以下边坡实施合适的反滤保护措施，只要反滤保护措施得当，则堤坡出逸的渗流是施，只要反滤保护措施得当，则堤坡出逸的渗流是稳定的。稳定的。渗流控制标准渗流控制标准有渗流的均质土坡稳定安全系数控制原则有渗流的均质土坡稳定安全系数控制原则 在浸润线在浸润线以下的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的以下的土体除了受到重力作用外，还受到由于水的渗流而产生的渗透力作用。如果水流方向与水平面渗流而产生的渗透力作用。如果水流方向与水
7、平面呈夹角呈夹角，则沿水流方向的渗透力，则沿水流方向的渗透力F=F=w wj j。在坡面上取土体在坡面上取土体V V中的土骨架为隔离体，其有效的中的土骨架为隔离体，其有效的重量为重量为W=W=VV 。分析这块土骨架的稳定性，作用在。分析这块土骨架的稳定性，作用在土骨架上的渗透力为土骨架上的渗透力为F=F=jVjV 。因此，沿坡面的全部滑。因此，沿坡面的全部滑动力，包括重力和渗透力为，坡面的正压力为，则动力，包括重力和渗透力为，坡面的正压力为，则土体沿坡面滑动的稳定安全系数为土体沿坡面滑动的稳定安全系数为)cos(sin)sin(cosjVVjVVTNtgFwws渗流控制标准渗流控制标准堤后地面
8、和坡脚渗流坡降控制标准堤后地面和坡脚渗流坡降控制标准 （1 1）允许垂直渗透坡降控制）允许垂直渗透坡降控制（2 2）允许水平渗透坡降控制）允许水平渗透坡降控制（3 3）表层弱透水堤基渗透变形控制）表层弱透水堤基渗透变形控制渗漏量控制原则渗漏量控制原则 :Q QQ Q允允7.2.2垂直防渗措施 堤防工程的垂直防渗有混凝土防渗墙、垂直铺堤防工程的垂直防渗有混凝土防渗墙、垂直铺膜及劈裂灌浆等措施。膜及劈裂灌浆等措施。“98洪水洪水”后，防渗墙、后，防渗墙、垂直铺膜在加固技术、施工设备、墙体材料等垂直铺膜在加固技术、施工设备、墙体材料等方面有着快速的发展和应用。例如：在长江中方面有着快速的发展和应用。
9、例如：在长江中下游堤防加固中，各种材料的防渗墙，累计长下游堤防加固中，各种材料的防渗墙，累计长度已达度已达370余余km、总面积、总面积420万万m2。垂直防渗方案确定后，其主要的设计指标是墙垂直防渗方案确定后，其主要的设计指标是墙深、墙厚及墙体材料。截止目前，堤防中常用深、墙厚及墙体材料。截止目前，堤防中常用的薄防渗墙（墙厚的薄防渗墙（墙厚30cm）、垂直铺塑以及劈）、垂直铺塑以及劈裂灌浆等技术均无规范可循。本章仅就使用较裂灌浆等技术均无规范可循。本章仅就使用较多的薄防渗墙作一简要介绍。多的薄防渗墙作一简要介绍。7.3 置换法防渗技术置换法防渗技术 7.3.1 概述概述 7.3.2 抓斗法成
10、墙抓斗法成墙 7.3.3 锯槽法锯槽法 7.3.4 射水法成墙射水法成墙 7.3.5 导管（气举）反循环导管（气举）反循环 7.4 高压喷射浇灌浆防渗技术高压喷射浇灌浆防渗技术 7.4.1 概述概述 7.4.2 高压喷射灌浆作用机理高压喷射灌浆作用机理 7.4.3 高压喷射灌浆防渗体的性能及影响高压喷射灌浆防渗体的性能及影响因素因素 7.4.4 高压喷射灌浆施工高压喷射灌浆施工 7.6 挤压法防渗技术挤压法防渗技术 7.6.1 振动沉模法振动沉模法 7.6.2 超薄防渗墙工法超薄防渗墙工法 7.7 垂直铺塑防渗技术垂直铺塑防渗技术 7.7.1 概述概述 7.7.2 工作原理及技术要求工作原理及
11、技术要求 7.7.3 施工设备施工设备 7.7.4 施工施工 7.7.5 材料材料 7.7.6 质量保证和要求质量保证和要求 7.8 劈裂灌浆技术劈裂灌浆技术 7.8.1 概述概述 7.8.2 试验试验 7.8.3 设计设计 7.8.4 施工施工 7.8.5 质量检查质量检查 7.9 排水减压井排水减压井 7.9.1 减压井设计减压井设计 7.9.2 减压井施工减压井施工 7.10 放淤和吹填技术放淤和吹填技术 7.10.1 概述概述 7.10.2 引洪放淤技术引洪放淤技术 7.10.3 机械放淤技术机械放淤技术 7.10.4 机淤施工技术要求机淤施工技术要求 7.11 安全监测安全监测 7.
12、11.1 监测目的和内容监测目的和内容 7.11.2 渗流监测仪器和安装方法渗流监测仪器和安装方法 7.11.3 观测频次观测频次 7.11.4 工程实例工程实例长江重要堤防的防渗工程长江重要堤防的防渗工程李思慎李思慎 长江水利委员会长江工程建设局长江水利委员会长江工程建设局目目 录录1 堤防概况和险情堤防概况和险情2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法3 施工技术和施工设备施工技术和施工设备4 质量控制、评价及运行效果质量控制、评价及运行效果6 经验与展望经验与展望5 重大技术问题研究重大技术问题研究1 堤防概况及险情堤防概况及险情长江中下游防洪体系：以堤防为基础，三峡工程为骨干，
13、干支流水库、蓄滞洪区、长江中下游防洪体系：以堤防为基础，三峡工程为骨干，干支流水库、蓄滞洪区、河道整治相配套，结合封山植树、退耕还林、平垸行洪、退田还湖、水土保持等措河道整治相配套，结合封山植树、退耕还林、平垸行洪、退田还湖、水土保持等措施以及其它非工程措施构成的综合防洪体系。（国务院文件施以及其它非工程措施构成的综合防洪体系。（国务院文件 国发国发199912号）号）长江中下游堤防总长长江中下游堤防总长3万余万余km。长江干流堤防长约长江干流堤防长约3600km：其中一级堤防长约其中一级堤防长约560km（武汉、荆江大堤等）；（武汉、荆江大堤等）；二级堤防长约二级堤防长约2480km（同马、
14、黄广、荆南长江干堤等）；（同马、黄广、荆南长江干堤等）；三、四级堤防长约三、四级堤防长约536km。保护面积：保护面积：12.6万万km2、耕地、耕地9000多万亩、人口多万亩、人口7500余万人（余万人（1997年）及重要工年）及重要工 矿企业、交通。矿企业、交通。1.1 概况概况 1 堤防概况及险情堤防概况及险情 渗透、崩岸、漫顶渗透、崩岸、漫顶 1998年长江中下游堤防工程险情统计年长江中下游堤防工程险情统计1.2 险情险情 1.2 险情险情 1 堤防概况及险情堤防概况及险情f69898石首人民大垸鱼尾洲重大管涌险情石首人民大垸鱼尾洲重大管涌险情1.2 险情险情 1 堤防概况及险情堤防概
15、况及险情f6f79898荆江大堤杨家湾重大管涌险情荆江大堤杨家湾重大管涌险情1.2 险情险情 1 堤防概况及险情堤防概况及险情f6f7长孙堤内管涌导致民房开裂倒塌长孙堤内管涌导致民房开裂倒塌1.2 险情险情 1 堤防概况及险情堤防概况及险情f6f7f5同马大堤排水沟内冒沙同马大堤排水沟内冒沙f1视图荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹f2视图荆江大堤堤内隐患荆江大堤堤内隐患f3视图荆江大堤沙市巡司巷堤内隐沟、砖墙荆江大堤沙市巡司巷堤内隐沟、砖墙f4视图堤身内取出的白蚁菌圃堤身内取出的白蚁菌圃1.3 堤防特点堤防特点1.3.1 堤防历史悠久、堤身组成复杂堤防历史悠久、堤身组成
16、复杂 （1）堤身土质杂乱、填筑质量差）堤身土质杂乱、填筑质量差 目前，长江干流堤防断面一般高约（目前，长江干流堤防断面一般高约（6 12）m、堤顶宽（、堤顶宽（8 12）m、两、两边坡边坡1:3。但若追溯它们的初始状态，堤身高度仅（。但若追溯它们的初始状态，堤身高度仅（1 2）m，在其不断加高，在其不断加高培厚的过程中，由于人们的认识水平和生产力条件，普遍存在土质杂乱、培厚的过程中，由于人们的认识水平和生产力条件，普遍存在土质杂乱、填筑质量差等缺陷，许多堤段形成所谓填筑质量差等缺陷，许多堤段形成所谓“金包银金包银”的复式断面。的复式断面。1.3 堤防特点堤防特点1.3.1 堤防历史悠久、堤身组
17、成复杂堤防历史悠久、堤身组成复杂 （2）溃口复堤及其它原因在堤身内存在块石、碎石）溃口复堤及其它原因在堤身内存在块石、碎石 堤防的历史就是与洪水不断抗争的历史，溃口后的复堤往往不能把抢堤防的历史就是与洪水不断抗争的历史，溃口后的复堤往往不能把抢险时的块石杂物等清除干净而留在堤身内部；此外，在堤身加高时，原堤险时的块石杂物等清除干净而留在堤身内部；此外，在堤身加高时，原堤顶路面未能很好处理，其碎石、块石等亦遗留下来。隐蔽工程防渗墙施工顶路面未能很好处理，其碎石、块石等亦遗留下来。隐蔽工程防渗墙施工时曾在多个堤段遇到这些情况，其中最大石块的直径竟达时曾在多个堤段遇到这些情况，其中最大石块的直径竟达
18、1.3m。1.3 堤防特点堤防特点1.3.1 堤防历史悠久、堤身组成复杂堤防历史悠久、堤身组成复杂 （3）人类活动遗迹）人类活动遗迹 先辈们一般沿堤而居，他们在修筑堤防的同时又给堤防的后续加高加固先辈们一般沿堤而居，他们在修筑堤防的同时又给堤防的后续加高加固留下了隐患。新中国成立以来的堤防加固过程中，曾多次在堤身内发现残留下了隐患。新中国成立以来的堤防加固过程中，曾多次在堤身内发现残垣断壁、阴沟粪池以及棺木遗骸。垣断壁、阴沟粪池以及棺木遗骸。98洪水期间，荆江大堤沙市巡司巷段堤洪水期间，荆江大堤沙市巡司巷段堤内渗水，汛后挖开堤身，先人居住的断壁、阴沟清晰可见。另外，现代的内渗水，汛后挖开堤身，
19、先人居住的断壁、阴沟清晰可见。另外，现代的人们又为堤身增加了几许困惑，如堤身埋设有通讯光缆（军缆）、堤顶建人们又为堤身增加了几许困惑，如堤身埋设有通讯光缆（军缆）、堤顶建有公路（非水利部门专用的防汛公路）、有公路（非水利部门专用的防汛公路）、高压线沿堤或越堤而过，为堤防高压线沿堤或越堤而过，为堤防 加固建设带来困难。加固建设带来困难。荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹荆江大堤沙市巡司巷冬堤街残迹1.3 堤防特点堤防特点1.3.1 堤防历史悠久、堤身组成复杂堤防历史悠久、堤身组成复杂 （4）生物活动、洞穴隐蔽）生物活动、洞穴隐蔽 由于气候、土质、植物等条件优越，长江中下游干堤堤身内常有白蚁、由于气候、
20、土质、植物等条件优越，长江中下游干堤堤身内常有白蚁、蛇、鼠打洞藏身、繁衍，极大地威胁着堤防安全。其中尤以白蚁危害最大，蛇、鼠打洞藏身、繁衍，极大地威胁着堤防安全。其中尤以白蚁危害最大，白蚁活动处，堤内蚁巢、蚁道四通八达。解放后虽采用过毒杀、烟熏、灌白蚁活动处，堤内蚁巢、蚁道四通八达。解放后虽采用过毒杀、烟熏、灌浆等措施进行大规模、大范围的灭除活动，但由于白蚁自身繁殖力强，复浆等措施进行大规模、大范围的灭除活动，但由于白蚁自身繁殖力强，复发率高，至今仍难以完全消除。发率高，至今仍难以完全消除。1996年，洪湖长江干堤周家咀段发生堤顶年，洪湖长江干堤周家咀段发生堤顶塌陷、堤身多处漏洞、渗水浑浊的重
21、大险情就是白蚁所致。塌陷、堤身多处漏洞、渗水浑浊的重大险情就是白蚁所致。堤身内取出的白蚁菌圃堤身内取出的白蚁菌圃1.3 堤防特点堤防特点 长江中下游堤防主要座落在第四纪冲积平原上，堤基表层相对弱透水层厚一般长江中下游堤防主要座落在第四纪冲积平原上，堤基表层相对弱透水层厚一般在（在（1 8）m，下部通常为深厚的砂及砂卵石层，汛期江水通过砂及砂卵石层流向，下部通常为深厚的砂及砂卵石层，汛期江水通过砂及砂卵石层流向堤内，威胁堤基的渗透稳定并在地质条件差的部位造成险情。堤内，威胁堤基的渗透稳定并在地质条件差的部位造成险情。防渗工程堤基地质结构分类表防渗工程堤基地质结构分类表 1.3.2 堤防历史悠久、
22、堤身组成复杂堤防历史悠久、堤身组成复杂 1.3 堤防特点堤防特点防渗工程堤基地质结构分类表防渗工程堤基地质结构分类表 1.3 堤防特点堤防特点2.2 堤基地质条件复杂堤基地质条件复杂.1:3.均质地层（砂、粘土层）均质地层（砂、粘土层）1.4 堤防的渗流险情堤防的渗流险情1.4.1管涌的成因及危害管涌的成因及危害 二元结构地层等势线图二元结构地层等势线图 1.4 堤防的渗流险情堤防的渗流险情1.4.1 管涌的成因及危害管涌的成因及危害 二元结构地层等势线图二元结构地层等势线图 1.4 堤防的渗流险情堤防的渗流险情 堤基管涌多表现为冒水翻砂、泡泉、脓疮、土层隆起、大面积砂沸等，在所有堤基管涌多表
23、现为冒水翻砂、泡泉、脓疮、土层隆起、大面积砂沸等，在所有渗透险情中，管涌是最危险的，尤其是堤脚附近的管涌更易发展成灾难性后果。管渗透险情中，管涌是最危险的，尤其是堤脚附近的管涌更易发展成灾难性后果。管涌险情不仅出现频率高（在所有主要险情中，管涌占有一半），而且是导致大堤溃涌险情不仅出现频率高（在所有主要险情中，管涌占有一半），而且是导致大堤溃决的主要险情。决的主要险情。1998年汛期湖北省境内年汛期湖北省境内34处溃口性险情中，管涌占有处溃口性险情中，管涌占有26处。而处。而98汛汛期长江中下游堤防的期长江中下游堤防的7处溃口，因堤基管涌溃决的就有处溃口，因堤基管涌溃决的就有5处。处。簰洲湾堤
24、防（民垸堤）的溃决，其主要原因是堤基为粉细砂层，当外江水簰洲湾堤防（民垸堤）的溃决，其主要原因是堤基为粉细砂层，当外江水位达到一定值时，砂层开始浮动并出现大范围的管涌群（学术定义应为流土），堤位达到一定值时，砂层开始浮动并出现大范围的管涌群（学术定义应为流土），堤基失稳、大堤迅速溃决。基失稳、大堤迅速溃决。1.4.2 管涌的成因及危害管涌的成因及危害 1.4 堤防的渗流险情堤防的渗流险情九江长江干堤的溃决，原因是多方面的（堤外坡脚被人为破坏、堤基有易冲蚀的土层未做九江长江干堤的溃决，原因是多方面的（堤外坡脚被人为破坏、堤基有易冲蚀的土层未做处理、汛期水位高持续时间长、险情发现不及时等），其中，
25、堤身下（堤基表层）的处理、汛期水位高持续时间长、险情发现不及时等），其中，堤身下（堤基表层）的0.5m 1m厚的粉质壤土则为管涌的产生提供了物质条件。厚的粉质壤土则为管涌的产生提供了物质条件。1.4.2 管涌的成因及危害管涌的成因及危害 8月月7日日 12:45发现发现 13:45堤项塌陷堤项塌陷 14:00溃口溃口62m1.4 堤防的渗流险情堤防的渗流险情公安县孟溪大垸河堤的溃决，其直接原因是防守失职，同样堤身下近公安县孟溪大垸河堤的溃决，其直接原因是防守失职，同样堤身下近5m厚的砂及砂壤土层厚的砂及砂壤土层也是产生管涌的不良地质条件。也是产生管涌的不良地质条件。1.4.2 管涌的成因及危害
26、管涌的成因及危害 7月月4日日 小泉眼小泉眼7月月25日拳头大洞浑水，日拳头大洞浑水，处理此后未见险情记处理此后未见险情记录。录。8月月7日日 0:15巡堤发现巡堤发现 1m管涌管涌 0:20大堤下沉大堤下沉 0:40溃口溃口30m1.5 渗流控制渗流控制：铺盖、斜墙、锥探灌浆、劈裂灌浆、填塘、吹填、盖重、反滤层、减压井铺盖、斜墙、锥探灌浆、劈裂灌浆、填塘、吹填、盖重、反滤层、减压井（沟）等。（沟）等。吹填、环境、复耕吹填、环境、复耕荆南长江干堤吹填区荆南长江干堤吹填区安庆江堤吹填区安庆江堤吹填区 1998年长江发生了大洪水并造成重大损失。洪水过后党中央、国务年长江发生了大洪水并造成重大损失。
27、洪水过后党中央、国务院立即作出决定，利用国债、拨出巨资加固长江堤防，并将其中一、二院立即作出决定，利用国债、拨出巨资加固长江堤防，并将其中一、二级等重点堤防的穿堤建筑物、防渗处理、抛石固基等施工难度大、技术级等重点堤防的穿堤建筑物、防渗处理、抛石固基等施工难度大、技术要求高的工程（简称隐蔽工程）由长江水利委员会负责组织建设。经近要求高的工程（简称隐蔽工程）由长江水利委员会负责组织建设。经近4年的精心建设，隐蔽工程已于年的精心建设，隐蔽工程已于2003年汛前建成，并经年汛前建成，并经46年的运行，工年的运行，工程经受住了考验，达到了设计要求。程经受住了考验，达到了设计要求。2005年年10月下旬
28、，通过了由水利部月下旬，通过了由水利部组织的竣工验收。组织的竣工验收。防渗处理防渗处理护岸工程护岸工程穿堤建筑物（涵闸加固）穿堤建筑物（涵闸加固）防渗处理防渗处理视图 隐蔽工程分布示意图隐蔽工程分布示意图 长江重要堤防隐蔽工程建设内容包长江重要堤防隐蔽工程建设内容包括：湖北、湖南、江西、安徽四省的括：湖北、湖南、江西、安徽四省的长江干流堤防及湖北汉江遥堤、江西长江干流堤防及湖北汉江遥堤、江西赣抚大堤等长江重要堤防的堤身堤基赣抚大堤等长江重要堤防的堤身堤基防渗工程、穿堤建筑物和护岸工程；防渗工程、穿堤建筑物和护岸工程；长江干流重要河道河势控制工程；荆长江干流重要河道河势控制工程；荆江分洪区南闸加
29、固工程等共江分洪区南闸加固工程等共3636个项目。个项目。涉及长江中下游干流堤防、汉江遥涉及长江中下游干流堤防、汉江遥堤、赣抚大堤等堤长共堤、赣抚大堤等堤长共2732.055km2732.055km，其中长江干堤其中长江干堤2502.274km2502.274km，汉江遥，汉江遥堤、赣抚大堤等堤长堤、赣抚大堤等堤长229.78km229.78km，河，河道崩岸护岸长道崩岸护岸长1077.446km1077.446km。工程设。工程设计总投资计总投资149.01149.01亿元。亿元。隐蔽工程的防渗处理涉及湘、鄂、赣、皖四省重点堤防隐蔽工程的防渗处理涉及湘、鄂、赣、皖四省重点堤防2000余余km
30、，防渗处理工程累计沿堤线长防渗处理工程累计沿堤线长367.46km，其中垂直防渗，其中垂直防渗315.85km、水平防渗水平防渗61.51km（局部重合）。（局部重合）。完成主要工程量有：土方（含吹填）完成主要工程量有：土方（含吹填）1082万万m3、薄防渗墙、薄防渗墙420万万m2、土工布（膜）、土工布（膜）45万万m2、锥探灌浆、锥探灌浆312万万m、减压井、减压井455口。口。隐蔽工程的防渗处理不仅提升了堤防建设的科技含量、提高了长江隐蔽工程的防渗处理不仅提升了堤防建设的科技含量、提高了长江重要堤防的抗洪能力，同时也为今后的堤防建设提供了丰富的科技成果重要堤防的抗洪能力，同时也为今后的堤
31、防建设提供了丰富的科技成果和建设经验。和建设经验。防渗处理防渗处理2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法 防渗工程设计首先是根据地质条件、险情及渗流稳定分析的成果，确定治理范防渗工程设计首先是根据地质条件、险情及渗流稳定分析的成果，确定治理范围。围。防渗工程设计的总原则是防渗工程设计的总原则是“前堵后排，保护渗流出口前堵后排，保护渗流出口”，同时还应遵循以下原，同时还应遵循以下原则：则：（1）工程措施应有较高的安全度、施工方便、利于管养且投资较省；）工程措施应有较高的安全度、施工方便、利于管养且投资较省；（2）工程措施的选择应因地制宜，截流、排渗、压渗等可单独使用亦可兼施并）工程措施
32、的选择应因地制宜，截流、排渗、压渗等可单独使用亦可兼施并举；举；（3）尽量减少对环境的影响；）尽量减少对环境的影响；（4）大力推广新技术、新工艺、新材料，应用新设备。）大力推广新技术、新工艺、新材料，应用新设备。2.1 设计原则和要点设计原则和要点 2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法 新中国成立以来，长江的堤防建设一直在探索适用、有效的渗流控制措施，主要新中国成立以来，长江的堤防建设一直在探索适用、有效的渗流控制措施，主要有：培厚堤身、翻挖回填、锥探灌浆、吹填（填塘、盖重）、反滤、减压井（沟）等，有：培厚堤身、翻挖回填、锥探灌浆、吹填（填塘、盖重）、反滤、减压井（沟）等，铺盖、劈
33、裂灌浆也有应用。铺盖、劈裂灌浆也有应用。防渗墙作为一项防渗技术在水库大坝中早已应用，过去堤防加固未曾应用，主要防渗墙作为一项防渗技术在水库大坝中早已应用，过去堤防加固未曾应用，主要是墙体太厚（是墙体太厚（60cm），造价太高。随着技术的发展、堤防建设的需要，上世纪末，），造价太高。随着技术的发展、堤防建设的需要，上世纪末，薄防渗墙（厚度薄防渗墙（厚度30cm）技术以及塑性混凝土、水泥土等新材料出现了，大量的新设）技术以及塑性混凝土、水泥土等新材料出现了，大量的新设备、新工艺也纷纷涌现，为堤防防渗加固工程提供了更多有效的技术支撑。备、新工艺也纷纷涌现，为堤防防渗加固工程提供了更多有效的技术支撑。
34、98大水后隐蔽工程的防渗处理措施，用得最多的是垂直薄防渗墙，其次是吹填、大水后隐蔽工程的防渗处理措施，用得最多的是垂直薄防渗墙，其次是吹填、减压井、锥探灌浆，土工膜斜墙、排水盲沟也有少量应用。本文仅就垂直薄防渗墙及减压井、锥探灌浆，土工膜斜墙、排水盲沟也有少量应用。本文仅就垂直薄防渗墙及吹填的设计进行讨论。吹填的设计进行讨论。2.2 设计方法设计方法 2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （1）墙体厚度）墙体厚度 隐蔽工程采用了一种简化的墙厚计算方法，即：隐蔽工程采用了一种简化的墙厚计算方法，即：D=h/J允允 式中：式中：D为墙厚，为墙厚，h为
35、全水头，为全水头，J允允为墙体允许比降。为墙体允许比降。计算式仅就墙体的渗透稳定性来考虑的，其防渗效果还要通过有限元分析给予验计算式仅就墙体的渗透稳定性来考虑的，其防渗效果还要通过有限元分析给予验证。由于公式中采用了全水头而非墙体两侧的水头差，再加之墙体两侧土体的反滤作证。由于公式中采用了全水头而非墙体两侧的水头差，再加之墙体两侧土体的反滤作用，因此计算的墙厚有着足够的安全性。用，因此计算的墙厚有着足够的安全性。根据长江的具体情况，计算出的厚度为（根据长江的具体情况，计算出的厚度为（1220）cm，考虑施工设备及工艺水平，考虑施工设备及工艺水平，设计取墙厚为（设计取墙厚为（2030）cm。2.
36、2 设计方法设计方法 2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （2）墙体深度）墙体深度 悬挂式：悬挂式：防渗墙未截断透水层、未防渗墙未截断透水层、未达到弱透水层或相对弱透水层谓之悬挂达到弱透水层或相对弱透水层谓之悬挂防渗墙。分析计算表明，对长江堤防而防渗墙。分析计算表明，对长江堤防而言，因其地层结构的特点，悬挂式防渗言，因其地层结构的特点，悬挂式防渗墙对堤基的防渗作用不大，隐蔽工程中墙对堤基的防渗作用不大，隐蔽工程中多用作堤身防止散浸及堤身堤基的接触多用作堤身防止散浸及堤身堤基的接触渗透。研究还表明，悬挂式墙不能阻止渗透。研究还表明，悬挂式墙不能阻
37、止渗透破坏的产生，但对渗透破坏的发展渗透破坏的产生，但对渗透破坏的发展有一定的遏制作用。有一定的遏制作用。2.2 设计方法设计方法 2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （2）墙体深度）墙体深度 半封闭式：半封闭式：在多层地基中，在多层地基中，截断上部透水层并达到中部截断上部透水层并达到中部相对弱透水层的谓之半封闭相对弱透水层的谓之半封闭防渗墙。隐蔽工程中半封闭防渗墙。隐蔽工程中半封闭防渗墙应用最多且效果好，防渗墙应用最多且效果好，并且对地下水环境一般不会并且对地下水环境一般不会产生大的影响。产生大的影响。2.2 设计方法设计方法 2 防渗工程设
38、计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （2）墙体深度）墙体深度 全封闭式：截断透水层直达基岩的防渗全封闭式：截断透水层直达基岩的防渗体谓之全封闭防渗墙。应该说所谓全封闭也体谓之全封闭防渗墙。应该说所谓全封闭也只是一个相对概念，因为基岩并非不透水，只是一个相对概念，因为基岩并非不透水，而墙体轴线长度也是有限的。全封闭墙体深而墙体轴线长度也是有限的。全封闭墙体深度一般都较大，并有可能对地下水环境带为度一般都较大，并有可能对地下水环境带为影响。隐蔽工程全封闭防渗墙应有较少，总影响。隐蔽工程全封闭防渗墙应有较少，总长仅长仅14.8km，单段最大长度，单段最大长度2km
39、，单段平均，单段平均长度长度1.2km，最大深度，最大深度38m。目前尚未发现对。目前尚未发现对地下水环境有大的影响。地下水环境有大的影响。2.2 设计方法设计方法 2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2 设计方法设计方法 2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （3）墙体材料）墙体材料 随成墙工法不同，防渗墙墙体材料主要有塑性混凝土、水泥土、水泥砂随成墙工法不同，防渗墙墙体材料主要有塑性混凝土、水泥土、水泥砂浆三种，此外还有少量特殊的柔性材料。这些材料的参数主要有：渗透系浆三种，此外还有少量特殊的柔性材料。这些材料的参数主要有：渗透系数、允许比降和抗压强度。数、允许比降和抗压强
40、度。作为防渗墙，其功能就是防渗，因此其渗透性指标是主要的且是第一位作为防渗墙，其功能就是防渗，因此其渗透性指标是主要的且是第一位的。就渗流理论而言，防渗效果更取决于防渗墙与其两侧土体的相对渗透的。就渗流理论而言，防渗效果更取决于防渗墙与其两侧土体的相对渗透性（即二者渗透系数之比），相对渗透性愈小，防渗效果愈好。性（即二者渗透系数之比），相对渗透性愈小，防渗效果愈好。2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2 设计方法设计方法 2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （3）墙体材料）墙体材料 关于塑性混凝土、水泥土等材料的渗透稳定性问题，目前尚无理论研究关于塑性混凝土、水泥土等材料的渗
41、透稳定性问题，目前尚无理论研究成果，通常还是参照无粘性土的概念用允许比降来衡量，隐蔽工程也是这成果，通常还是参照无粘性土的概念用允许比降来衡量，隐蔽工程也是这样做的。应该指出，塑性混凝土、水泥土较之无粘性土有着本质的差别，样做的。应该指出，塑性混凝土、水泥土较之无粘性土有着本质的差别，如何引伸原允许比降的概念，尚有许多问题需要研究。目前的认识是，参如何引伸原允许比降的概念，尚有许多问题需要研究。目前的认识是，参照无粘土的试验方法可得出很高的破坏比降，再加之墙体两侧土体的反滤照无粘土的试验方法可得出很高的破坏比降，再加之墙体两侧土体的反滤作用，防渗墙体的允许比降将会达到很高的数值，甚至认为允许比
42、降已没作用，防渗墙体的允许比降将会达到很高的数值，甚至认为允许比降已没有直接的工程意义。有直接的工程意义。2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2 设计方法设计方法 2.2.1 垂直薄防渗墙垂直薄防渗墙 （3）墙体材料）墙体材料 垂直防渗墙纵向仅承受自重而无其它荷载作用，水平方向除承受渗水压力外，垂直防渗墙纵向仅承受自重而无其它荷载作用，水平方向除承受渗水压力外，还有墙体两侧的土压力。两侧土压力的作用会提高墙体的抗压强度、减小变形。鉴还有墙体两侧的土压力。两侧土压力的作用会提高墙体的抗压强度、减小变形。鉴于前叙堤防特点，通常情况下，堤防防渗墙不会因强度问题而破坏。于前叙堤防特点，
43、通常情况下，堤防防渗墙不会因强度问题而破坏。同一种材料，渗透系数、允许比降及抗压强度这三个参数之间应是协调的。以同一种材料，渗透系数、允许比降及抗压强度这三个参数之间应是协调的。以上分析说明，渗透系数是防渗墙必须满足的主要指标，而允许比降和抗压强度在正上分析说明，渗透系数是防渗墙必须满足的主要指标，而允许比降和抗压强度在正常情况下均可满足要求，作为次要指标是合适的。常情况下均可满足要求，作为次要指标是合适的。在初步确定了墙厚、墙深及墙体材料参数后，还应通过渗流有限元计算，以评在初步确定了墙厚、墙深及墙体材料参数后，还应通过渗流有限元计算，以评价防渗效果，或作必要的修改。一般可不进行变形或应力应
44、度分析。价防渗效果，或作必要的修改。一般可不进行变形或应力应度分析。2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2 设计方法设计方法 2.2.2 吹填盖重吹填盖重 （1）吹填的宽度和厚度）吹填的宽度和厚度 根据勘探得到的剖面图进行有限元计算，以及规范推荐的透水盖重计根据勘探得到的剖面图进行有限元计算，以及规范推荐的透水盖重计算式，可方便地得到宽度和厚度值。但计算宽度往往达到数百米，这不仅算式，可方便地得到宽度和厚度值。但计算宽度往往达到数百米，这不仅需要巨大的吹填工程量，而且占压太多的耕地也是不能接受的。经分析比需要巨大的吹填工程量，而且占压太多的耕地也是不能接受的。经分析比较隐蔽工程
45、的吹填宽度一般为较隐蔽工程的吹填宽度一般为100150m，最大不超过，最大不超过200m，若不能满足要，若不能满足要求，再辅以减压井，以达经济、高效、安全之目的。求，再辅以减压井，以达经济、高效、安全之目的。2 防渗工程设计理念与方法防渗工程设计理念与方法2.2 设计方法设计方法 2.2.2 吹填盖重吹填盖重（2）复耕）复耕 为了解决吹填占压耕地、影响环境的为了解决吹填占压耕地、影响环境的问题，笔者上世纪末在荆南长江干堤的可问题，笔者上世纪末在荆南长江干堤的可行性研究中提出复耕技术。即，在吹填前行性研究中提出复耕技术。即，在吹填前将一定深度原耕值土剥离并推铲至指定区将一定深度原耕值土剥离并推铲
46、至指定区域，待吹填至设计高程处，再将该土平铺域，待吹填至设计高程处，再将该土平铺其上以利复耕。这里关键的问题是复耕土其上以利复耕。这里关键的问题是复耕土的厚度如何确定，通常应以农作物的根系的厚度如何确定，通常应以农作物的根系深度及当地的耕作条件来考虑，但水稻田深度及当地的耕作条件来考虑，但水稻田是必须改变的。隐蔽工程吹填堤段的复耕是必须改变的。隐蔽工程吹填堤段的复耕土厚为土厚为0.40.5m，现在看来若再适当加厚，现在看来若再适当加厚0.05m0.1m，效果可能会更好。，效果可能会更好。荆南长江干堤吹填区荆南长江干堤吹填区3 施工技术和施工设备施工技术和施工设备 3.1 开槽转换法开槽转换法
47、在堤身（基）内开槽弃土并置换塑性混凝土或其它防渗材料从而形在堤身（基）内开槽弃土并置换塑性混凝土或其它防渗材料从而形成一道连续防渗墙。开槽设备有抓斗、射水、锯槽及气举反循环四类，成一道连续防渗墙。开槽设备有抓斗、射水、锯槽及气举反循环四类，灌注混凝土设备基本相同。灌注混凝土设备基本相同。抓斗工法抓斗工法 按工作原理抓斗斗体可分液压式和机械式两种，液压式在土、砂地层中工效较高，按工作原理抓斗斗体可分液压式和机械式两种，液压式在土、砂地层中工效较高，而机械式可进行冲抓作业，较适用卵石和软岩地层。而机械式可进行冲抓作业，较适用卵石和软岩地层。薄型抓斗成墙最大深度可达薄型抓斗成墙最大深度可达40m40
48、m，其工效一般在，其工效一般在100100150m150m2 2/台台日，但若遇密实日，但若遇密实粉细砂工效仅粉细砂工效仅50m50m2 2/台台日。日。隐蔽工程中，抓斗工法多用于深度大于隐蔽工程中，抓斗工法多用于深度大于20m20m的防渗墙施工，浅墙则因其造价高而不具的防渗墙施工，浅墙则因其造价高而不具竞争力。竞争力。意大利抓斗意大利抓斗 射水法施工射水法施工 最大深度可达最大深度可达30m30m。射水法是利用成型器的重力冲击作用及成型器底部喷嘴射。射水法是利用成型器的重力冲击作用及成型器底部喷嘴射出的泥浆射流破坏土层结构，使槽孔底部碴浆经反循环管抽排至沉碴池，同时成型出的泥浆射流破坏土层结
49、构，使槽孔底部碴浆经反循环管抽排至沉碴池，同时成型器不断修整槽形。其成型槽孔厚为器不断修整槽形。其成型槽孔厚为222245cm45cm。抓斗法、射水法造墙质量一般都可得到保证，但因其都采取抓斗法、射水法造墙质量一般都可得到保证，但因其都采取序槽、序槽、序槽的序槽的施工程序，因此也不可避免地存在接缝，接缝质量的好坏将直接影响墙体质量，应施工程序，因此也不可避免地存在接缝，接缝质量的好坏将直接影响墙体质量，应予注意。予注意。射水机射水机 锯槽工法锯槽工法 锯槽工法锯槽法源自东北及黄河锯槽工法锯槽法源自东北及黄河流域，隐蔽工程第一次将其引入长江流域，隐蔽工程第一次将其引入长江堤防建设。锯槽法可实现真
50、正的连续堤防建设。锯槽法可实现真正的连续开槽，成槽质量好，但浇筑混凝土时开槽，成槽质量好，但浇筑混凝土时仍需进行隔离以分割槽段。隔离方法仍需进行隔离以分割槽段。隔离方法有刚性隔离及土工布袋隔离两种，隐有刚性隔离及土工布袋隔离两种，隐蔽工程多用后者，施工方便、造价便蔽工程多用后者，施工方便、造价便宜，质量也有保证。锯槽法造价和射宜，质量也有保证。锯槽法造价和射水法基本一致，但工效较低，对粘性水法基本一致，但工效较低，对粘性较大的土层工效更低；若遇砂卵石层较大的土层工效更低；若遇砂卵石层或溃口段等部位，锯槽甚至难以进行。或溃口段等部位，锯槽甚至难以进行。锯槽法在隐蔽工程中，墙深一般在锯槽法在隐蔽工
