穿堤涵闸发生渗透变形的原因与加固技术分析

张敏

安徽省滁州市沙河集水库管理处

摘要：众所周知，穿堤涵闸是水利工程中的重要组成部分之一。有利于堤防的稳定与防渗。穿堤涵闸多采用的是双向过流的形式，在外江内采用闸门控制，在堤内水位高于外江水位时闸门打开用以排出堤内洪水，而当外江水位较高时，则关闭闸门避免外江洪水涌入堤内。穿堤涵闸在使用中容易出现渗透变形问题，进而严重影响穿堤涵闸使用的安全性。为保障穿堤涵闸的安全运行需要，对引起穿堤涵闸渗透变形的原因进行分析，并对穿堤涵闸进行加固，用以提高穿堤涵闸运行的安全性。

关键词：穿堤涵闸；渗透变形；产生原因；加固技术

前言

在我国，堤防工程主要修建于冲积型地基，此种地基整体上呈现出双层结构，在强透水层的上方有弱透水层覆盖。当覆盖层厚度较薄且水位相对较高时，坡脚周围易产生渗透变形的现象。对于穿堤涵闸，它在河堤中具有重要作用，是特殊部分之一，同时也是工程当中的薄弱环节，汛期时，与堤坝相比，更易产生渗透破坏。

1穿堤涵闸产生渗透变形的主要原因

1.1涵闸的建造减弱了堤防自身防渗功能

在建造涵闸的过程中，因对进水口和出水口进行开挖，不但降低了堤身强度，使渗径变短，而且还会使覆盖层揭露，对地基土造成不同程度的破坏，打破原本的渗透水压力和土体自重保持的平衡关系，继而使穿堤涵闸产生一定程度的渗透变形。此外，在建造涵闸的过程中，如果涵洞外壁的填土未能达到密实，或未采取有效的截流措施，则极易造成渗透变形，引起集中渗流现象。

1.2勘测设计不到位，导致防渗设施存在先天缺陷

工程施工前的勘测设计不到位，对地质条件的了解不够充分。当前很多穿堤涵闸都始建于90年代，因工程规模并不大，所以在建造涵闸以前很少进行深入的地质勘探，未能充分了解地质条件，进而无法有针对性的进行渗流控制设计。另外，对涵闸自身渗流特点也缺少深刻的理解与认识，渗流控制的设计难以满足实际要求。相较于开敞式水闸，穿堤涵闸为典型的窄长构造物，其两侧渗流会对闸基渗流造成明显影响；与此同时，穿堤涵闸还属于地下建筑物，如果堤身产生渗流，则也会对闸基的渗流造成影响，所以闸基渗流并不属于有压流。然而，当前还没有针对穿堤涵闸的专门渗流计算要求与规范，一般是视作开敞式水闸，按渗流系数来确定纵向上的防渗长度，在对地下轮廓进行合理布置，通过直线比例法等的应用，或对阻力系数法进行改进，验算渗透的坡降情况，此时，并未对两侧发生的绕渗给足重视，所用防渗板向两侧的展布不足，根本无法向两侧进行延伸，此渗透控制设计无法达到预期效果。此外，涵闸进行垂直防渗时，由于防渗体所在位置不科学，难以发挥预期作用。以某穿堤涵闸工程为例，它处于强透水层之上，为对闸后管涌的问题进行有效处理，在闸前的地板下，修筑一条防渗帷幕，其长度为64m，但实际的防渗效果却未能达到预期，在汛期出现一定程度的管涌。由于此闸基砂层实际埋藏深度较浅，加之防渗帷幕结构又设置在坡脚处，所以河水极易通过帷幕的顶部，到达强透水层的内部。

1.3施工不当，使闸基留下渗透变形隐患

涵闸工程施工中，对基坑进行开挖施工前，没有对基坑中的地下水进行降水，或采用排水措施进行排水，导致在开挖的过程中造成流砂，在流失了大量的细颗粒以后，闸基局部被完全掏空，使闸基留下渗透变形隐患。此外，为有效增强闸基自身承载能力，现场施工人员经常在底部加铺一道碎石，如果没有采取直截流措施，则碎石层会在底部形成若干条渗流通道。

2穿堤涵闸出现渗透变形的主要原因

上述渗透变形现象发生的主要原因就是破坏了堤防土体的稳定性，继而造成了渗漏问题的发生。由于在筑堤过程中进行了就地取材，难以取得粘壤土，因此现阶段很多穿堤涵闸的地基都以单层透水地基以及黏土粉土层为主，下部则是砂层或者砂砾层的结构。此外，由于穿堤涵闸的两端部位相对透水，因此在外江水位不断上升时，会从外江绕流到堤内侧，继而形成三向渗漏现象，特别是在沿水流方向穿堤涵闸较窄且较长，会导致堤防局部出现较大渗流，严重威胁到堤内的穿堤涵闸，并且进一步加剧渗透问题，并造成严重的破坏。造成渗透变形问题的主要原因就是渗透比降升高、渗透压力过大并且渗透流速较大，超出了最大允许值后，渗透带走了局部位置的土粒，继而形成集中渗透通道或者冲起成块的土体。此外渗透比降、压力以及流速等还与地下轮廓线形式、侧向防渗形式以及防渗长度等参数有着密切的关系，也有可能是防渗轮廓形式不合理或者是防渗长度过短造成的渗漏破坏。施工过程中的主要影响因素有三方面，分别是：设计人员未对现场进行实际考察，设计不符合实际情况，并且设计方案不完善，给工程项目留下了安全隐患；在施工过程中未进行严格的施工质量控制，导致施工质量存在问题，给日后的使用留下了隐患；日常养护工作不到位，并未及时发现工程缺陷，未进行补救，导致工程隐患的进一步恶化，在长时间使用的前提下，降低了建筑物的运行性能。

3穿堤涵闸渗透变形的主要加固技术

3.1加长涵洞

加长涵洞指的是接长低水位一端的涵洞，这样不仅能够起到更好地压渗效果，还能够有效延长渗流路径。这种加固技术主要适用于地基较深并且透水性较强的地基形式，如果应用在地基较浅并且透水性较强的情况，则需要延长防渗长度，并且采取减排减压的方式进行辅助，这不仅会对日后的检修、清淤工作带来极大的难题，还会大幅度增加工程造价，因此我们提倡针对性的选择应用该加固技术。

3.2构建反压工程

反压工程指的是在穿堤涵闸的堤内侧建造反压闸，一边在汛期能够在反压闸与穿堤涵闸之间进行注水，继而抵消一定程度的外江渗透水压力，但是这种技术的使用具有一定局限性，在汛期出现高水位时，即使安装有反压闸，也会发生渗透变形，而且反压闸的使用还需要在后面渠道修筑1-2个反压坝，工程造价较高。总之，反压措施只能够帮助穿堤涵闸安全度汛，并不能帮助消除熬制渗透变形的因素，而且反压坝主要是在汛期用作抢险工程，而且为了减少对排涝、农田等的影响，还需要在汛期过后即可拆除，因此说，对于汛情反复发生的沿河地区，不适用这种防渗加固技术。

3.3建立防渗帷幕

在部分透水性较强，并且地基较浅的情况下，我们可以通过建设防渗帷幕的方式截断强透水层，以实现良好的防渗加固目的。这种加固技术不仅能够取得较好的加固效果，而且它的土石方工程量也很少，工程造价非常低，施工周期较快，因此得到了一定程度上的推广，但是这种技术在地基较厚的情况下，无法完全截断强透水层，这样就给工程施工质量控制带来了极大的难度，在增加工程造价的同时，达不到理想的防渗效果。由于穿堤涵闸的外壁与防渗帷幕紧密相连，因此能够便于施工工作的开展，我们可以通过采用高压喷射施工的方式提高工作效率。最后，采用这种加固技术，我们需要对渗流出口附近的低端进行反滤护砌，以实现防渗帷幕加固压力的提升。

结语

总之，穿堤涵闸产生渗透变形的主要原因包括涵闸的建造减弱了堤防自身防渗功能、勘测设计不到位，导致防渗设施存在先天缺陷、施工不当，使闸基留下渗透变形隐患、老化损坏，为避免穿堤涵闸产生渗透变形，可采用反压工程、防渗帷幕及接长涵洞等加固技术。

参考文献

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