堤防加固工程中防滲墻的防滲效果及應(yīng)用條件研究

佴永平+王飛+孫曉敏

摘 要：在堤防加固工程中，防滲墻是應(yīng)用非常普遍的防滲處理手段。本文主要對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式防滲墻的滲流控制效果影響因素進(jìn)行研討，從實(shí)際的案例入手，研究堤防加固工程中防滲墻的防滲效果及應(yīng)用條件。

關(guān)鍵詞：堤防加固工程 防滲墻 應(yīng)用條件

在堤防加固工程中，防滲墻在防滲處理上起到非常重要的作用，同樞紐工程相比較而言，由于堤防工程具有堤線較長(zhǎng)的特點(diǎn)，在進(jìn)行防滲墻的防滲效果以及應(yīng)用條件中，必須要讓防滲墻能夠達(dá)到堤防工程的安全標(biāo)準(zhǔn)。

1.防滲墻結(jié)構(gòu)形式

一般情況下，堤防加固工程的防滲墻通常分為全封閉式、局部封閉式與懸掛式。這幾種防滲墻因?yàn)楦髯缘奶匦远幵诓煌膮^(qū)域：通常懸掛式處于較強(qiáng)的透水層中；局部封閉式穿過(guò)較強(qiáng)透水層，進(jìn)入相對(duì)弱透水層，同時(shí)產(chǎn)生系統(tǒng)的防滲結(jié)構(gòu)機(jī)制，這個(gè)較弱透水層屬于防滲依托層，在結(jié)構(gòu)形式底面存在較強(qiáng)透水層；全封閉式處于較弱透水層中，但是其防滲墻底面所在相對(duì)弱透水層以下沒(méi)有相對(duì)較強(qiáng)弱水層。在堤防加固工程中，假如堤身自身質(zhì)量不合格的話，防滲墻可以先從堤頂開始進(jìn)行設(shè)置；假如堤身自身質(zhì)量非常穩(wěn)固的話，防滲墻可以從堤外腳進(jìn)行全面設(shè)置。

2.不同結(jié)構(gòu)形式防滲墻的防滲效果

2.1懸掛式防滲墻防滲效果

本文主要是從雙層結(jié)構(gòu)堤基入手，弱透水覆蓋層的厚度為2m的粉質(zhì)壤土，透水層為50cm，外灘寬度綜合考量了40m以及300m幾種情況。從40m計(jì)算斷面來(lái)看：首先，將防滲墻進(jìn)入至透水層的深度同透水層厚度相互之間的比例當(dāng)成是防滲墻的貫入比例，然后在不同貫入比的情形下核算滲流場(chǎng)。盡管防滲墻下游周邊的滲流場(chǎng)分布有一些變化，自由面也有一些降低的趨勢(shì)，然而總體而言，防滲墻的影響范圍非常受限，堤后的滲流狀態(tài)變化不顯著。

其次通過(guò)有關(guān)的數(shù)據(jù)核算結(jié)果顯示，平臺(tái)腳的垂直出逸比隨著防滲墻貫入比例變化曲線而發(fā)生變化，通常也將該曲線稱作是貫入比—比降曲線。在40m以及300m外灘寬度情況下，懸掛式的防滲墻都會(huì)降低平臺(tái)腳的垂直出逸比降，一旦其貫入比例較小，那么對(duì)于平臺(tái)腳的垂直出逸比降影響程度也相應(yīng)減少。反之，如果貫入比例提高的話，平臺(tái)腳的垂直出逸比降低程度也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的增加。只有貫入比處于極限的情況下，其平臺(tái)腳的垂直出逸比降才會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的減少，另外堤基滲流狀態(tài)也會(huì)有所變化。具體見圖1。

2.2局部封閉式的防滲墻防滲效果

在這個(gè)結(jié)構(gòu)形式的防滲墻中，非常重要的因素在于其具有非常穩(wěn)定防水依托層以及防滲墻構(gòu)成的防滲結(jié)構(gòu)。其中，防水依托層的穩(wěn)定性在很大程度上依賴于本身的滲透性以及厚度。另外弱透水覆蓋層的滲漏性同厚度，與防滲依托層等相關(guān)方面及外灘寬度，都影響半封閉式的防滲墻防滲效果。從防滲依托層的影響來(lái)看，在防滲依托層厚10m、表層較弱透水層厚4m、滲透系數(shù)為1×10-5cm/s、外灘寬40m的條件下，對(duì)不同滲漏系數(shù)防滲依托層所設(shè)置的局部封閉防滲墻前后的滲流模擬試驗(yàn)（具體見圖2）中可以清楚看出，防滲依托層的滲透性對(duì)平臺(tái)腳的垂直出逸比降具有非常重要的影響。如果滲透性很低，其出逸比降也會(huì)出現(xiàn)降低。如果防滲依托層的滲漏系數(shù)變?yōu)?×10-3cm/s，其他條件不發(fā)生變化，對(duì)不同厚度的半封閉式的防滲墻滲流場(chǎng)的布置進(jìn)行模擬試驗(yàn)（具體見圖3），從中可以看出，防滲流層厚度在不斷提高的同時(shí)，平臺(tái)腳的垂直出逸比會(huì)出現(xiàn)降低的情況。這可以充分看出，防滲墻防滲效果同防滲墻依托層厚度有密切關(guān)系。

2.3全封閉式的防滲墻防滲效果

當(dāng)防滲墻本身的防滲性能同厚度都符合堤防加固工程標(biāo)準(zhǔn)的情況下，全封閉式的防滲墻防滲效果才能夠起到良好的效果。所以在具體的設(shè)計(jì)階段中，必須明確嵌巖的適合深度，基巖的完整性等方面的內(nèi)容。假如基巖本身的滲透性非常低的話，滲流場(chǎng)分析結(jié)果就會(huì)充分顯示出全封閉結(jié)構(gòu)防滲墻的防滲效果非常良好，卻很難計(jì)算出嵌巖深度的科學(xué)指標(biāo)參數(shù)。假如基巖面部平整的話，在核算嵌巖深度時(shí)，應(yīng)該最大限度防止防滲墻在軸線方向上同基巖接觸不充分，導(dǎo)致破壞防滲結(jié)構(gòu)的完整性。

3.不同結(jié)構(gòu)形式防滲墻的應(yīng)用條件

3.1懸掛式防滲墻

一般情況下，懸掛式防滲墻主要處理由堤身裂縫、土質(zhì)不均勻性等方面所引發(fā)的問(wèn)題。實(shí)際上，只有當(dāng)防滲墻貫入比例達(dá)到極限的情況下，堤基滲流狀態(tài)才會(huì)出現(xiàn)明顯的變化。從滲流控制的方面來(lái)分析，懸掛式防滲墻能夠用在堤身加固上。假如用在堤基防滲處理上，應(yīng)該按照地區(qū)的實(shí)際情況，再經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分析得出具體數(shù)據(jù)后，才能明確防滲墻的適合深度。

3.2局部封閉式防滲墻

從局部封閉式防滲墻應(yīng)用條件來(lái)看，首先，局部封閉式防滲墻應(yīng)該同多元結(jié)構(gòu)堤基協(xié)同構(gòu)成科學(xué)的防滲結(jié)構(gòu)機(jī)制，才可以全面發(fā)揮堤防安全狀態(tài)的效果；其次是防滲依托層的深度在很大程度上影響了防滲墻的深度、工程量以及其他方面的內(nèi)容。如果深度愈深，不但工程量會(huì)加大，連可以選取的施工方法也會(huì)受到影響，降低施工效率。因此防滲依托層的深度是防滲墻全面應(yīng)用主要考量因素。選擇半封閉式防滲墻方法時(shí)，必須要在適合的深度中尋找到防滲依托層。最后防滲依托層的厚度以及滲透性是判定半封閉式防滲墻技術(shù)有效的關(guān)鍵因素。弱透水覆蓋層的特點(diǎn)、防滲依托層下伏強(qiáng)透水層的滲透性等等，對(duì)于局部封閉式防滲墻防滲效果具有相當(dāng)大的關(guān)聯(lián)性。

3.3全封閉式防滲墻

全封閉式防滲墻設(shè)計(jì)在于尋找到弱透水層和隔水層，并將其當(dāng)成防滲底板。防滲底板的深度，在一定程度上影響了防滲墻的深度。防滲底板完整性以及較低滲透性是確保全封閉式防滲墻防滲效果的決定性因素，上述這些因素必須在工程勘探設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行明確。

4.堤防加固工程中防滲墻的具體應(yīng)用

本文選取的工程實(shí)例是安徽淮河的堤防加固工程。該工程牽涉到安徽省4個(gè)市區(qū)和5個(gè)縣區(qū)的堤防，總長(zhǎng)度為121.751km。本工程主要目的是在淮河流域防洪規(guī)劃的基礎(chǔ)之上，明確防洪標(biāo)準(zhǔn)，利用加固堤防，保障堤防防洪安全。該工程應(yīng)用了本文介紹的幾種結(jié)構(gòu)形式的防滲墻，另外在具體施工過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)于工程不同環(huán)節(jié)的質(zhì)量監(jiān)督以及監(jiān)理，確保工程的總體質(zhì)量。最后按照驗(yàn)收結(jié)果表明，安徽淮河的堤防加固工程的防滲墻的防滲效果符合實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)和需求，工程的總體質(zhì)量也較好。

5.結(jié)語(yǔ)

不同堤防加固工程應(yīng)根據(jù)自身的地質(zhì)、水文以及其他方面因素進(jìn)行綜合考量，選擇最適合的防滲墻。本文主要的重點(diǎn)在于防滲效果的變化規(guī)律以及防滲墻的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用條件，因此具體工程的滲流狀態(tài)必須從實(shí)際的情況進(jìn)行系統(tǒng)全面的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張瑜.基于Fluent的堤防工程滲流場(chǎng)數(shù)值分析[D].太原理工大學(xué)，2013（5）：13-22.

[2]潘榮升.高壓噴射注漿帷幕機(jī)理及其應(yīng)用研究[D].中南大學(xué)，2012（1）：10-24.

[3]董永立.塑性混凝土在大壩防滲工程中的應(yīng)用研究[D].南京理工大學(xué)，2012（1）：15-24.endprint