工程案例
業務范圍
堤防除險加固實用技術
發布時間：2014-08-05
為了搞好堤防的除險加固，應做好幾項前期工作。首先應收集掌握除險加固所需的基本資料，以便為堤防的安全評價和除險加固措施的選擇提供科學依據，避免盲目性。在此基礎上，有針對性地開展堤防的安全復核工作，并做出是否險工險段以及是否進行除險加固的判斷，最后制定合理的除險加固辦法，以防患于未然。此外，對汛期采取的臨時搶險措施，必須分別具體情況進行善后處理，這也是汛后堤防除險加固必須做好的一項工作。第一節 除險加固所需的基本資料
為了開展堤防的除險加固工作，應對已有的工程資料進行收集，必要時應有針對性地進行工程地質勘察工作。所需資料包括：①工程及水文地質資料；②工程監測、檢查及隱患探測資料；③堤防建設和出險情況的歷史資料。這是進行堤防安全復核的重要依據，也是進行堤防除險加固工程設計和選擇施工方法的科學基礎。
一、工程及水文地質資料
為了進行堤防的安全復核以及除險加固工程的設計和施工，首先應收集有關的工程及水文地質資料，包括工程的級別、工程的重要性、環境條件、堤身和堤基等有關材料的物理力學性質指標、堤身和堤基的地層分布等有關資料。必要時還應該有針對性地進行工程及水文地質的勘察工作，查明主要地質問題并獲取有關資料。所涉及的工程及水文地質資料主要有：
（一）土的物理力學性質指標
⒈土的物理性質指標
常用的土的物理性質指標主要有：顆粒組成、比重（Gs）、濕密度(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、飽和度Sr、不均勻系數Cu等。這些均為堤防安全復核計算和除險加固設計時可能用到的資料。
⒉土的力學性質指標
常用的土的力學性質指標主要有：滲透系數（k）、抗滲強度、抗剪強度指標（凝聚力c、內摩擦角Ф）、壓縮系數等。這些指標主要用于滲流及滲透穩定計算、抗滑穩定分析與沉降計算中。
（二）土的水理性質及水質分析
對黃土和分散性粘土應了解其濕陷特性、崩解和濕化特性等。這些特性對工程有重要意義。
水質分析的目的主要是為灌漿材料、防滲墻材料以及減壓井的防化學淤堵設計提供資料。
（三）堤防的工程及水文地質剖面
堤防的工程及水文地質剖面是進行堤防安全復核和除險加固設計所必需的資料，應根據工程及水文地質勘察資料并經概化后得到。主要包括堤身和堤基的土層分布、分層厚度，地下水的分布、運動規律及邊界條件等，加上通過試驗得到的各土層的物理力學性質指標就構成了完整的工程及水文地質剖面圖。根據我國江河堤防的實際情況，堤防險工險段的堤基結構大體上分為三類。
當相鄰兩層滲透系數之比小于5倍時，可簡化為一層土，采用加權平均的滲透系數作為計算依據，這種簡化對滲流計算成果影響很小。當相鄰兩層土的滲透系數相差100倍以上時，弱透水層可視為相對不透水層。由于巖石地基在堤防中極其少見，根據江河大堤經常遇到的地層結構及水文地質特性，堤防地基大體上可分為三種類型。
單層透水地基
地基中各土層的滲透系數相差在5倍以內。黃河大堤的大部分堤段都可以概化成這種地基。
雙層地基
表層為弱透水的土層，下臥強透水的砂礫層，再下面的地層的滲透系數比砂礫層小100倍以上。長江干堤的許多堤段屬于此類地基。
多層地基
不能概化為單層透水地基或雙層地基的其它地基情況都可概化為多層地基。
二、工程監測、檢查及隱患探測資料
堤防工程受自然因素的作用和人為活動的影響，工作狀態和抗洪能力都會發生不斷的變化，產生工程缺陷或出現其它問題，如不能及時發現和處理，一旦汛期出現高水位，將產生險情，往往會措手不及，造成防汛的被動局面。因此，應對重要堤防進行監測、檢查和隱患探測方面的工作，對威脅堤防安全度汛的隱患要及時進行處理，確保工程安全渡汛。堤防的監測、檢查和隱患探測資料是進行堤防安全復核的重要依據之一，是除險加固工作需要收集和掌握的資料。
安全監測資料
安全監測是通過設置觀測標點和傳感器并進行定期觀測，根據觀測資料對工程進行安全評價的一種方法。
安全監測主要包括：沉降及水平位移觀測、滲壓觀測、水下地形觀測、裂縫（滑坡）監測等方面的內容。
（二）安全檢查資料
堤防安全檢查是對堤防進行安全評價的一個重要手段，分為堤防外部檢查、和堤身隱患檢查。
1.堤防外部檢查
堤防外部檢查一般分為經常性檢查、定期檢查和特殊（臨時）檢查。經常性檢查是指由工程管理人員按照崗位責任制要求進行的工程檢查。定期檢查主要是指由基層管理單位按規定進行的工程全面普查，一般每年汛前、汛后各組織進行一次“徒步拉網式”的工程普查。特殊檢查是指當工程處于非常運用條件下（如特大暴雨、颶風、地震、持續高水位等）進行的檢查。
外部檢查的主要內容有：堤身雨淋沖溝、陷坑、動物洞穴、裂縫、滲漏、滑坡、崩岸。堤基的薄弱環節，如取土坑、池塘、坑道、未封堵的鉆孔、違章水井等。堤防穿堤建筑物及與堤身結合部的變形、裂縫、滲漏、淘空等缺陷。
2.堤身隱患檢查
堤身隱患是削弱堤防抗洪能力，造成汛期搶險的主要根源。不論是汛前檢查，還是平時管理中的維修養護，都應將它視為重點。
堤防經常發生的隱患主要有：生物洞穴、植物腐爛形成的空隙，堤內暗溝、暗管、廢井、墳墓，堤身填筑隱患（凍土塊、大塊土、工段接頭、新舊堤結合面、裂縫）等。
（三）隱患探測資料
堤防安全檢查除沿堤進行實地查看和調查訪問外，還應采取一些必要的探測措施，以及早發現和消除堤身隱患，達到確保堤防工程安全的目的。常用的探測方法有：人工或機械錐探、電法探測。
錐探可以根據錐頭的進入速度（阻力）、聲音等，憑感覺判別是否存在隱患，同時還可以向錐孔內灌入細沙或泥漿，進行驗證的同時也對隱患進行了處理。
電法探測是地球物理勘探的一種方法。它是根據地下巖土層在電學性質上的差異，借助一定的儀器裝置量測其電學參數，通過分析研究巖土電學性質的變化規律，結合有關巖土層資料，推斷地下一定深度范圍內的隱患存在情況。表1—1給出了幾種常用的探測儀器及功能。
三、堤防建設和出險情況的歷史資料
根據我國堤防工程的實際情況，由于工程地質勘察資料一般較少，因此，堤防建設和出險情況的歷史資料，不但是進行堤防安全復核的重要依據，也是進行除險加固設計和施工所必須的資料。
堤防建設資料包括復堤、改建、擴建、加固等方面的設計與施工技術資料。
對歷史險情應重點了解：出險時間、出險類型、出險位置、出險范圍、出險程度、出險水位及歷時等有關資料。
第二節 堤防的安全復核
通過對堤防進行安全復核，可以分清隱患的危險程度，做出是否險工險段以及加固處理先后次序的判定，從而做到有目的、有計劃地清除隱患，保證堤防安全運行。因此，堤防的安全復核是除險加固工作的一項重要前期工作，做好這項工作有著十分重要的意義。
堤防的安全復核，通常應從三個方面著手：以現有的規程規范為依據進行安全復核；以安全監測、檢查和隱患探測結果為依據進行安全復核；以多年運行狀態為依據進行安全復核。
一、以現有規范規程為依據進行安全復核
根據堤防工程技術規范規程的要求，對堤防進行安全復核的主要內容有：堤頂高度、堤坡的抗滑穩定性、堤坡的滲透穩定、地基的滲透穩定、堤岸的穩定等。
1.堤頂高度
堤頂設計高程應按設計洪水位加堤頂超高確定。若達不到規范要求，則視為不安全，應進行堤身的加高和培厚。
2.堤坡的抗滑穩定
抗滑穩定復核分為正常情況和非常情況。正常情況下抗滑穩定復核的內容有：①設計洪水位下的穩定滲流期或不穩定滲流期的背水側堤坡，設計洪水位驟降期的臨水側堤坡。非常情況下的復核內容為：多年平均水位時遭遇地震的臨水、背水側堤坡。復核計算一般可用瑞典圓弧滑動法或改良圓弧滑動法。若復核的安全系數不滿足規范要求，則應進行除險加固。
3.堤坡的滲透穩定
通過滲流計算得到背水堤坡滲流出逸段的滲透比降，若大于允許比降或滲透水流產生堤坡沖刷，則應設置貼坡反濾等保護措施。堤坡最易產生滲透破壞的地方是滲流出逸點，其抗滲臨界比降可根據第三章的公式（3—2）確定，再除以安全系數就是允許比降值。
4.堤基的滲透穩定
通過滲流計算確定堤基表土層的滲流出逸比降，若大于堤基表土層的允許比降，則應采取蓋重或減壓措施。
在沒有反濾保護的情況下，無粘性土的允許比降參見表3—2。粘性土的允許比降可按第三章的公式（3—1）先求得流土的臨界比降，然后除以安全系數得到。
5.堤岸的穩定
受風浪、水流等作用，在可能發生沖刷破壞危及堤岸穩定的堤段，應采取防護措施，防護措施可按有關規定因地制宜地確定。
二、以安全監測、檢查和隱患探測結果為依據進行安全復核
監測、檢查和隱患探測資料是進行安全復核的重要依據之一。根據這些資料，進行必要的分析判斷，就可以對堤防存在的一些問題做出安全評價，據此對工程進行除險加固處理，確保工程安全。
1.根據沉降觀測或檢查結果進行安全復核
一般認為，沉降量不超過堤高的3%就不會有危險。如有異常，應檢查分析原因。如屬堤身正常固結沉降所致，則汛前應進行加高培厚。若因堤基變動或因堤身受外力作用所引起，則應采取相應的除險加固措施。
2.根據滲流觀測和檢查結果進行安全復核
一般來說，在同樣水位情況下，如果滲流量沒有變化，或逐年減少，滲水即屬正常。若滲流量隨時間增加，甚至發生突然變化，則屬異常滲流，應分析成因，根據不同情況采取相應除險措施。
3.根據水下地形觀測和檢查結果進行安全復核
如果靠近堤腳附近的河床被刷深，或險工、磯頭所拋護底護腳塊石斷面發生變化，說明有“根石走失”現象，表明有崩岸的可能，應根據不同情況，采取相應加固措施。
4.根據裂縫（滑坡）監測和檢查結果進行安全復核
當發現堤身裂縫，經分析有可能是滑坡引起，或將造成滑坡時，應及時采取除險加固措施。
⒌根據其它檢查資料進行安全復核
如發現穿堤建筑物及與堤身的結合部發生錯位、集中滲流，堤基有取土坑塘等薄弱環節，應分析成因并對可能造成的后果進行分析評價，做出是否需要進行除險加固的判斷。
⒍根據隱患探測資料進行安全復核
對探測到的生物洞穴、植物腐爛造成的空洞、暗溝、暗管、廢井、墳墓、堤身填筑隱患（凍土塊、大塊土、工段接頭、新舊堤結合面、裂縫）等，應根據其危害程度，經分析論證后采取相應措施進行除險加固。
三、以多年運行狀態為依據進行安全復核
經過汛期考驗，尤其是經過歷時長、水位高的洪水考驗，堤防隱患大多暴露出來，這相當于一個破壞性質的原型試驗。由于堤防的工程地質資料一般較少，因此，以多年運行狀態為依據進行安全復核顯得特別重要也特別實用。首先，對汛期暴露出來的險情多發區、險情嚴重區必須進行除險加固，除險加固的順序應根據險情的危害程度決定，險情的危害程度可以根據險情發生的實際情況和表現來判斷。另外，還可以通過出險情況的反分析，推斷可能的更高洪水位下的堤防滲流狀態、滲透穩定性、抗滑穩定性等，并做出安全復核，決定處理與否。
（一）滲流性質評價
堤防滲流分正常滲流和有害滲流兩種。
1.正常滲流的判別方法
滲流均勻地從土體表面逸出，不帶出土顆粒且不產生局部隆起，呈清水，不沖刷土體表面，相同水位下滲流量不隨時間增大，出逸點不高且滲流量不大，則屬正常滲流。
對土質堤防，堤身邊坡一般在1:3左右，對沒有壓滲平臺的斷面情況，正常滲流的出逸點應在堤身高度的三分之一以下。
2.有害滲流的判別方法
有下列現象之一即屬有害滲流：滲流成股逸出，滲水渾濁，帶出沙粒，產生隆起變形，沖刷土體表面，相同水位下滲流量隨時間不斷增大或滲流量過大，出逸點過高等。
（二）堤身滲透穩定及填筑質量復核
對在汛期曾經產生有害滲流的堤段均應進行除險加固。
另外，可以根據汛期堤身的滲水情況對堤身的填筑質量進行評價。這可以根據滲流量的大小、是否產生集中滲流、出逸點的高低、背水坡產生出逸的時間等進行綜合判斷。若超過正常范圍，則表明堤身存在隱患。可能的原因有：堤身填筑隱患（凍土塊、大塊土、工段接頭、新舊堤結合面、裂縫）、生物洞穴、植物腐爛形成空隙等。
（三）堤坡抗滑穩定復核
首先，對汛期出現過滑坡的堤段應進行除險加固。其次，對出現滑坡征兆（如堤身縱向裂縫、堤腳隆起等）的堤段，應根據堤坡滲流情況進行抗滑穩定復核，若不滿足規范要求，則也應進行除險加固。
（四）穿堤建筑物集中滲流的安全復核
在穿堤建筑物與堤身的結合部，如果發現有集中滲流，則極易造成接觸沖刷。這種險情的危害極大，汛后必須對其進行除險加固。
（五）堤基滲透穩定的安全復核
1.地基水文地質條件的評價
我們國家的主要堤防基本上都是建造在單層或雙層地基上。從產生滲透破壞的難易程度上可大致分為三類：
（1）必然產生滲透破壞的堤基。① 砂土地基且下層滲透系數大于表層10倍以上。此時在表層砂土下的地下水微具承壓狀態，因此表層砂土的出逸比降較大，加之砂土無粘性，若無反濾保護則極易發生砂沸，進而產生大的管涌洞。② 雙層地基且臨水側表土層缺失，背水側有近堤腳的深塘，如果強透水層較厚，則背水側表土層下的揚壓力很大（如圖3—17，可達凈水頭的60%），加上深塘內的表土層較薄且往往松軟，極易被頂穿而產生滲透破壞。如果表土層下是細砂或粉細砂層，則往往會產生大的管涌險情。
（2）易于產生滲透破壞的堤基。① 比較均一的砂土地基，若背水堤腳無反濾保護措施，也易發生砂沸，以粉細砂地基最明顯。② 雙層地基，臨水側表土層連續但背水側有近堤腳的坑塘，或者背水側表土層連續但臨水側表土層缺失。
（3）比較安全的堤基。雙層地基，臨水側和背水側的表土層均呈連續分布且較厚、較長。
2.堤基滲透穩定的安全復核
對堤基滲透穩定的復核應首先根據汛期表現進行，這是最直接有效的辦法。
（1）滲透穩定的堤基。經過設計洪水位或超設計水位運行，背水側堤腳只出現滲流，堤基未出現翻水冒砂和地面隆起等滲透破壞現象，則地基是滲透穩定的。
（2）滲透穩定不滿足要求的堤基。汛期在近堤腳附近發生滲透破壞的堤基，表明均不能滿足滲透穩定的要求，必須進行除險加固。但應該根據滲透破壞產生的位置、原因和程度（承壓水頭、涌砂量、滲流量等）的不同，采取不同的除險措施。①對經歷過設計洪水位的考驗，但由于背水側存在坑塘等薄弱環節引起的堤基滲透破壞，只要用反濾料填平坑塘就基本可以滿足堤基滲透穩定的要求。②對背水側沒有坑塘等薄弱環節，但在設計洪水位以下就發生近堤腳滲透破壞的堤段，則必須采取系統有效的滲流控制措施進行除險加固。若堤基管涌的位置距堤腳很遠，則隨著管涌流量的增加，滲流出口處的比降將逐漸降低，管涌流量達到一定程度后，滲透破壞將不再發展，從而達到新的平衡狀態。因此，管涌位置的危險范圍可以根據堤基砂層的允許比降近似確定。堤基砂層的允許比降范圍可取0.05～0.1，重要堤防取0.05，一般堤防取0.1。
舉例說明，若堤基砂層的允許比降為0.05，對沒有垂直防滲的情況，則管涌的危險范圍可由下式近似確定：
J平均=h1/L=0.05
式中：J平均為堤基平均水力比降；L為管涌發生點到臨水側堤腳的距離；h1為江水位與管涌點地面水位的差值；由上式可知，若h1＝10m，則L＝200m。若堤底寬為80m，則管涌點到背水側堤腳的距離為120m。就是說，在距背水側堤腳120m的范圍內為管涌危險區，如果管涌點再遠，則對大堤安全的威脅程度將顯著降低。
第三節 搶險工程的善后處理
汛期搶險是防汛緊急時期所采取的應急措施，受各種條件的制約，一般用料不大講究，方法比較粗放，具有搶修快、標準低的特點，有些也可能處理不當，技術上很難達到規范合理。因此，汛期過后，對達不到長期運用標準的搶險工程，必須進行善后處理。對某些情況，繕后處理本身即可達到除險加固的目的。對另外一些情況，善后處理則是除險加固前必須的前期準備工作。
⒈裂縫搶險的善后處理
在汛期，在裂縫產生原因不完全清楚的情況下，有可能判斷失誤而采取了不當的搶險措施，也有可能采用各種臨時代用料進行封堵。汛后，應對裂縫的產狀、分布、規模以及產生的原因作進一步的分析研究。經過論證確認裂縫已經穩定和愈合，不需重新處理的，須經上級主管部門批準。汛期采用臨時代用料沒有徹底處理的，或處理不當的，應根據裂縫的產狀、規模及其成因采取合理的處理措施。屬于滑坡引起的裂縫，在本文第四章中敘述；屬于不均勻沉陷引起的裂縫，見第五章。其它原因引起的裂縫，如為縱向表面裂縫，可暫不處理，但應注意觀察其變化和發展，并應堵塞縫口，以免雨水進入。較寬較深的縱縫，則應及時處理。橫向裂縫不論是否貫穿堤身，均須處理，詳見第三章。龜紋裂縫一般不寬不深，可不進行處理，較寬較深時可用較干的細土予以填縫，或用水洇實。對縱向橫向裂縫，可用灌注法、開挖回填法、橫墻隔斷法處理。
⒉滲水搶險的善后處理
滲水搶險常用背水坡開挖導滲溝、做透水后戧和臨水坡做粘土防滲層的方法，汛后應對這些措施進行復核。凡是處理不當或屬臨時性措施的均應按新的設計方案組織實施，在施工中要徹底清除各種臨時物料。若背水坡采用了導滲溝，對符合反濾要求的可以保留，但要做好表層保護。不符合設計要求的，汛后要清除溝內的雜物及填料，按設計要求重新鋪設。若搶險時誤用比堤身滲透系數小的粘土做了后戧臺，則應予清除，必要時可重做透水后戧或貼坡排水。
⒊管涌搶險的善后處理
管涌搶險，多數是采用回填反濾料的方法進行處理，有時也采用稻草、麥稈等作臨時反濾排水材料。對后者，汛后必須按反濾要求重新處理。對前者則應根據情況分別對待：若汛期無細砂帶出，也沒有發生沉陷，表明搶險工程基本滿足長期運用要求，可不再進行處理；若經汛期證明不能滿足反濾要求者，汛后則應按設計要求進行處理。
⒋漏洞搶險的善后處理
汛期，在堵塞漏洞時可能采用了棉被、稻草、麥稈等其它臨時物料，汛后應予清除并按設計要求重新封堵漏洞。
⒌滑坡搶險的善后處理
對汛期出現的滑坡，汛后應進一步查明滑坡原因及滑坡的規模，對搶險措施不當或不能滿足要求的搶險工程，應按新的設計方案重新進行處理。對基本滿足要求的搶險工程，適當修整加固后可直接變為永久加固工程。
對臨水側滑坡，如系堤身原因引起，則在堤身加固中一并處理，如屬崩岸引起，則應在崩岸處理中一并考慮。
⒍崩岸搶險的善后處理
汛后應查明崩岸性質、范圍和該堤段的工程地質條件，對已采取的搶險措施進行復核，如果在固岸搶險時使用了木料、竹籠、蘆葦枕、稍枕等臨時代用料，則應進行清除并重新按設計固岸，對不滿足設計要求的其它情況也應按新的處理方案組織施工。
7.風浪搶險的善后處理
汛后應根據堤防的等級和具體堤段的險情，進行防浪設計，并對已采用的防浪措施進行評價，因地制宜地篩選設計方案。凡不符合選定方案的各種臨時措施，均應拆除、清理，尤其是打入堤身的竹樁、木樁以及其它易腐物質，要認真徹底清除。
⒏漫溢搶險的善后處理
汛期加高堤防多采用土料子堤、土袋子堤、樁柳（木板）子堤、柳石（土）子堤等手段，這些子堤在汛末退水時即應拆除。在汛后進行堤防加高培厚時，若子堤用料是防滲性能好的土料，則可用于堤防的加高培厚；若是透水料則可放在背水坡用作壓浸臺或留作防汛材料堆放，其它雜物如樹木、雜草、編織袋等，均應清除在堤外。
⒐陷坑（跌窩）搶險的善后處理
汛后應對陷坑產生的原因進行分析，判斷其是堤防隱患引起的還是堤防質量引起的，并對汛期采取的填堵措施進行評價，按照陷坑產生的原因，采用相應的加固補強措施。汛期采用的各種應急措施，凡不滿足設計要求的，應予清理、拆除，按新的設計方案處理。
⒑潰口搶險的善后處理
汛期封堵決口時，用料一般非常復雜，如沉船、汽車、鋼筋籠、鋼管、編織袋裝土石、大塊石、木料、糧食、大豆、等等，若汛后要在原址復堤，則應將這些物料徹底清除，并按設計重新復堤。
⒒城市堤防的汛后清理
經過城市的堤防，汛后需進行全面清理。在進行堤防的加固處理時，要在確保防洪安全的前提下，除考慮其重要性和堤防等級外，要與城市規劃相協調，做到綠化、美化、方便群眾，為發展旅游業創造條件。
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