第一节 散浸
水利工程在高水位运用或在汛期高水位下,背水坡及坡脚附近出现土壤潮湿或发软并有水渗出的现象。散浸如果处理不及时,就可能发展为漏洞、裂缝、滑坡等险情。
形成散浸的主要因素有:
(1)工程高水位挡水持续时间较长。
(2)工程断面不足,背水坡坡度过陡。
(3)工程土质透水性强,迎水坡无透水性小的黏土防渗体或其他有效的控制渗流工程措施。
(4)工程土质较差,填筑时所用土块粒径较大,施工时碾压不密实,施工接头不紧密。
(5)工程内有隐患(如蚁洞、獾穴、树根洞、暗沟等),堤坝与穿堤、穿坝建筑物接合处不密实,抬高浸润线。
一、抢护原则
散浸抢护以“临水截渗,背水导渗,降低浸润线”为原则。迎水坡用透水性小的黏土修筑前戗,减少水体渗入工程内部;背水坡用透水性大的砂石或柴草做反滤,使已经渗入工程内部的水渗出,而不带走土粒,以降低浸润线,保护工程稳定。
在抢护散浸之前,应先查明险情发生的原因和险情的严重程度。如发生散浸时,坡面只有轻微的窨潮或少量清水渗出,险情并无发展,水情预报水位不再上涨,则可以严密监视,暂不处理。如渗水严重或已经开始渗出浑水,或发生渗水集中现象,说明险情在逐渐发展,必须迅速处理,以防止险情扩大。
二、抢护方法
(一)开导渗沟
当水位继续上涨,散浸有继续发展趋势的工段。可在背水坡面开沟导渗,让渗水集中沟内流走,可有效降低内部土壤含水量,稳定险情。
施工方法:
(1)从浸润线顶点起至坡脚外止,开若干条与坡脚线垂直的纵沟或成45°~60°的斜沟(图3-1)。斜沟导渗范围大,收效快,斜沟、纵沟都要连通,宽深可一样,或在纵沟两边再开“人”字形支沟。纵沟或斜沟数量与深度应适当,否则不能起到应有的导渗作用。
图3-1 导渗沟示意图
图3-2 导渗沟横断面示意图
(2)导渗沟的大小及间距,应根据各地具体情况而定。一般每隔5~8m开一条纵沟,沟深不小于0.3m,沟底宽度不小于0.2m(图3-2)。
(3)沟内填粗砂、卵石、碎石,在缺乏砂石地区,也可采用砖渣、柴草作为反滤材料。为了防止泥土掉入沟内,阻塞渗水通路,可在反虑材料上面盖草袋或稻草,然后填土压盖。
(4)如果工程土壤含水量较大,土质稀软,开沟困难,可采用边开沟、边导滤的办法。不允许发生沟开好后,等待滤水材料的现象。
(5)用梢料做导滤材料时,梢料应扎成小捆,直径30~40cm,外捆稻草厚约10cm,不使梢料与土直接接触,以免土粒填塞梢料间的空隙,失去滤水作用。梢料小捆要梢头向上,梢尾向下,由沟的下端向上铺。头梢接头处,要多交接些。梢尾露出沟外,以利排水(图3-3)。
(二)透水压浸台
此法适用于堤防散浸抢护。透水压浸台又称透水后戗,既能排出渗水,防止渗透破坏,又能加大断面,稳定堤身。一般适用于堤身断面单薄,坡面渗水严重,滩地狭窄,背水坡较陡,或背水坡脚有潭坑、池塘的堤段,具体抢护方法有以下两种:
1.梢土透水压浸台
当堤身断面不足,外滩狭窄,内坡散浸严重时,可在内坡加做一层梢料一层土的透水压浸台(图3-4)。如当地有砂石反滤料时,可先用砂石作底层,然后一层梢料一层土回填到要求高度。
图3-3 梢料导渗沟横断面示意图
图3-4 梢土透水压浸台示意图
施工方法:
(1)在填筑压浸台前先做导渗纵沟或斜沟。
(2)先在堤脚上铺上细梢料如麦秸、稻草等,厚度不小于5cm。
(3)然后铺放粗梢料如芦苇、秫秸、柳枝等,厚度不小于20cm,注意要垂直堤身,头尾搭接,梢头向外,在边坡也以同样方式铺放梢料透水层,粗梢料也要顺坡头尾搭接,梢尾向下,与地面梢料透水层衔接好,以利于排出渗水。
(4)在粗梢料层上再铺细梢料如麦秸、稻草厚度不小于5cm,然后填土夯实,厚约1.0~1.5m。
(5)填土面上再铺放梢料层,一层土一层梢料,直到浸润线顶点为止。
(6)若基础不好,土撑坡脚可抛石或用砂土袋固脚,注意不要将导渗沟阻塞。
2.砂土压浸台
抢筑时先将背水坡脚和堤面上的软泥、草皮、杂物清挖干净,清深约10cm,然后在清理干净的基础上,采用比堤身土透水性大的砂土填筑,并分层夯实(图3-5)。砂土压浸台一般高出浸润线出逸点0.5~1.0m,顶宽2~4m,坡比1∶3~1∶5,长度超出渗水两端各5m。采用透水性较大的粗砂、中砂做压浸台,断面可小一些,采用透水性较小的细砂、粉砂做压浸台,断面则大些。
图3-5 砂土压浸台示意图
(三)反滤层
此法适用于堤防散浸抢护。对于散浸严重的堤段,在反滤料丰富以及断面较小或土体过于稀软不宜做导渗沟时,可采用反滤层法抢护。此法主要是在渗水坡上满铺反滤层,使渗水排出,具体方法有以下几种:
(1)砂石反滤层(图3-6)。先将散浸部位表层厚约30cm湿土清除,再回填厚15~20cm粗砂一层,上盖厚10~15cm瓜米石一层,再盖厚约10~15cm碎石一层,最后盖上块石一层,让渗水从块石隙缝流入堤脚下的滤水沟。如果堤身需培厚,应在块石上盖上一层草袋,再在上面填土。
图3-6 砂石反滤层示意图
(2)梢料反滤层(图3-7、图3-8)。将坡面散浸部位清好后,先铺厚10cm细梢料一层,上铺厚30~40cm粗梢料,盖草袋一层或铺一层稻草厚度不小于10cm,然后填土夯实。所铺芦柴或稻草,要出露于堤脚外面,以便排出渗水,降低堤身土含水率。
图3-7 四层梢料反滤层示意图
(3)土工织物反滤层。将渗水坡面清理好后,先满铺一层符合滤层要求的土工织物,其搭接宽度不小于20cm,然后在上面满铺一般透水材料,厚度40~50cm,最后再压块石或土袋保护(图3-9)。
图3-8 三层梢料反滤层示意图
图3-9 土工织物反滤层示意图
(四)临水截渗
此法适用于堤防散浸抢护。临水截渗又叫外帮,特别适用于渗水出逸点高、渗出浑水、堤坡裂缝渗水险情严重及堤身单薄的堤段。应用范围:在背水坡散浸严重,迎水坡水深不大,风浪较小,有外滩,附近有黏土可取,可在迎水坡做外帮的堤段;背水坡抢护有困难,必须要在迎水坡抢护的堤段;以及有必要在迎背水两面同时进行抢护的堤段。此法可分以下几种。
1.抛黏土截渗
当水流流速较小,水深不大且有黏性土料时,可在迎水面抛填黏土截渗。抛填前将迎水坡面的灌木、杂物清除干净,使抛填黏土能直接与堤坡土接触。抛填可从堤肩向下抛,也可用船只抛填。抛填时应集中力量沿迎水坡由上而下,由里向外,将黏土缓缓推下。由于土料入水后的崩解、沉积和固结作用,即形成截渗戗体。填土时切勿用车将土向水中猛掀猛倒,以免沉积不实,失去截渗作用。截渗体尺寸可根据迎水侧水深和渗水严重程度确定,一般顶宽2~5m,高出水面1m,超出渗水险段两侧至少5m,底部以能掩盖坡脚为宜(图3-10)。
图3-10 黏土截渗示意图
当水深较大或流速较大时,散土容易流失,可先在堤脚处抛填土袋构筑潜堰,然后在土袋潜堰与堤外坡之间倾倒散黏土分层填筑,直到要求高度(图3-11)。
图3-11 土袋前戗截渗示意图
2.复合土工膜截渗
迎水坡相对平整或无明显障碍时,可采用此法。铺设前,将铺设范围内的树枝、杂物清理干净,以免损坏土工膜。土工膜顺坡长度应大于堤坡长度1m,沿堤轴线铺设长度视背水坡渗水程度而定,一般超过险段两端5~10m,幅间搭接宽度不小于50cm。每幅复合土工膜底部固定在钢管上,铺设时从堤坡顶沿坡向下滚动展开,土工膜铺设的同时,用土袋从土工膜下端压盖起,逐渐向上,要平铺压严,不留空隙,以免土工膜随水浮起。
三、注意事项
(1)临水截渗,需在水下摸索进行,施工较难。为了避免贻误战机,在采取临水截渗措施的同时,在背水坡可抢做反滤导渗。
(2)渗水段的坡脚附近,如有深坑、池塘,抢护同时,应在坡脚处抛填块石或砂袋固基,以免工程基础变形引起险情扩大。
(3)土工织物、土工膜及编织袋等化纤材料在运输、存放和施工过程中,应尽量避免或缩短直接受阳光暴晒的时间,在完工以后,其表面应覆盖一定厚度的保护层。
(4)采用砂石料导渗,应严格按照质量要求分层铺设。并尽量减少在已铺好的层面上踩踏,以免造成滤层的人为破坏。
(5)使用梢料导滤,可以就地取材。但梢料容易腐烂,汛后要彻底清除,重新采取其他加固措施。
(6)检查和抢护过程中应尽量避免在散浸范围内来往践踏,以免加大加深软化范围,造成扩大险情和施工困难。
案例:湖北省长江干堤汪家洲堤段散浸险情抢护
1.出险情况
汪家洲堤段位于长江中游末端左岸的黄广大堤,桩号31+000-35+000,全长4km。河段深泓近岸,河床变形幅度大,崩岸时有发生,处于少滩或无滩状态。从地质剖面上看,此堤段冲积层厚,覆盖层薄,每至汛期,江水位达到19m(吴淞高程)以后,散浸、管涌等渗流破坏险情相当严重。
1995年6月26日,长江水位达20.75m,在桩号31+100-35+050堤段背水面平台距离堤脚22m处出现散浸,出逸点高程多在18~18.5m,尤为严重的是33+100-34+000和34+600-35+050两段,随着外江水位上涨,散浸险情随之发展增多,凡高程在18m左右的平台,都出现大面积的散浸,地表以上有0.2m深一层清水,总面积达3.4万m2,平台以下0.3m形成沼泽泥泞地段,人站上去有明显的下沉感觉。
2.出险原因
汪家洲堤段存在崩岸,水平向渗流畅通,滩岸宽仅20~40m,渗径短,渗透坡降达0.91,抗渗能力差,上部覆盖层仅5~7m,下部多为粉细砂层,渗流系数值3×10-2cm/s左右,渗透变形在所难免,每逢长江水位高出堤背水坡地面后,堤脚及平台即出现散浸险情。
3.抢护措施及效果
在散浸严重的局部堤段,开挖导渗沟,面宽1m,底宽0.6m,深0.8m,沿沟壁依次为砂、瓜米石、碎石铺满,每层厚在0.15~0.20m,大量清水从沟内排出,水流是由浑水逐渐变清,平台表面迅速固结,达到预定的效果。对桩号33+100-35+050的全线散浸严重地段进行开沟导渗处理,共开挖导渗沟长7626m,平铺导滤层1120m2,共耗用砂石料43000m3,挖填土方17000m3。凡经处理的平台表面都能保持干燥,大量渗水均从沟内排出。其中,桩号33+580-33+750堤段因导滤沟难以开挖成形,影响导渗效果,经研究决定,由开沟导渗改为分层(砂、瓜米石、碎石)平铺,经处理后,基土未见流失,出水变清,也达到了预计效果。