水利工程堤身堤基防渗处理

摘　要：通过堤防工程立项、设计、施工、监理到工程运行管理的各个环节讨论了水利工程堤身堤基防渗处理的措施和原则。

关键词：水利工程; 堤身; 堤基; 防渗处理
1.引言
　　沿河、湖、海等构筑的挡水建筑物就叫堤，它是水利工程中非常重要的一部分。堤身堤基防渗处理之所以重要，因为发生洪水时小的渗漏可能进一步发展为大的渗漏，大的渗漏可能会发展为管涌，管涌可能导致溃堤，而溃堤的后果有多么严重无需赘言了。由渗漏发展产生的破坏就是渗透破坏，渗透破坏的研究是水利科技中很重要的课题，本文不打算探讨渗透破坏的机理，而是着力探讨堤的防渗处理的措施和原则。
　　一般而论，堤的防渗不会仅仅是某一个环节的问题，而是需要从工程立项、设计、施工、监理一直到工程运行管理全方位全过程都重视的问题，换言之这是一个系统问题，解决系统问题需要使用系统工程学的观点来实现。系统工程学其实就是研究系统最优化的科学，如何在各个环节中最优化地处理堤身堤基防渗问题，是本文讨论问题的出发点和基石。
2.工程立项、设计环节的防渗措施和原则
2.1 工程立项的原则
　　水利工程立项的重点是选择合适的方案[1]，方案选择的依据应当是“风险最小”和“效益最大”的原则[2]。由于水利工程事关社会大众的利益，需要“长治久安”，来不得疏忽和失误，所以要做到风险最小；效益最大，既是要有最好的经济效益（工程项目造价合理，运行后经济效益显著），还要有好的社会效益（服务社会大众，体现出很好的公益效果）。因为堤的防渗效果决定了堤的使用寿命和抵抗汛期洪水的能力，所以项目立项时应当将堤的防渗能力作为关键指标来考察。
2.2 设计环节的措施和原则
2.2.1 堤身堤基防渗设计要点
　　《堤防工程设计规范》（下面简称设计规范）将堤身堤基的防渗设计要求做了详细的规定[3]：
　　1.堤基的防渗处理。堤基防渗处理的基本原则是：前堵、后排，降低堤后渗流位势[4]。设计规范在这方面有充分体现，它将堤基分为软弱性地基、透水性堤基、多层堤基和岩石堤基四类，每一类都有适合该类地基性质的防渗处理手段，即：
　　（1）软弱性地基（软粘土、湿陷性黄土、易液化土等构成的堤基）可采用铺透水垫层，再在堤脚外加压载，做垂直排水砂井排水，但在要求防渗部位不能造成渗流通道。
　　（2）浅层性透水堤基推荐采用铺盖防渗；深厚性透水堤基宜采用截渗墙防渗，截渗墙有高压喷射灌浆截渗墙、“射水法”混凝土防渗墙、板桩灌注防渗墙、固化灰浆防渗墙等。
　　（3）多层堤基宜采用减压井、盖重，或者两者结合使用。
　　（4）针对存在裂隙、风化的岩石堤基采用砂浆或混凝土封闭的办法。
　　2. 堤身的防渗处理。设计规范在堤身防渗上主要要求满足堤的渗透稳定性，而对渗流量只要不影响安全就不予控制。该规范推荐采用土工膜和土工织物做堤身防渗和排水材料，并且对材料抗老化性、拉伸强度、渗透性等提出了要求，同时要求表面加保护覆盖。沥青混凝土和混凝土防渗体在堤防中应用较少，如用时按其他相关规范处理。
2.2.2 堤身堤基防渗设计原则
　　针对具体的堤防工程，堤身堤基防渗设计主要体现在采用哪种防渗的方案，例如是前堵还是后排，是采用减压井还是压盖，使用截渗墙时是使用高压喷射灌浆截渗墙还是板桩灌注防渗墙，不一而足。设计方案的选优可以依据以下原则进行：
　　1.堤防工程防渗设计同样适合“风险最小”和“效益最大”的原则，这里的风险最小是指防渗能力上足够的安全裕度，效益最大是说造价合理，施工费较低。这两者有矛盾时需要平衡处理，但首先要满足风险最小的原则。
　　2.有多种方案可供选择时建议采用模糊层次分析法（Fuzzy Analytical Hierarchy Process）进行优选。模糊层次分析法针对多种难以精确预估权重的方案，以层次分析法区分定性定量指标，对不确定指标进行模糊处理，这种方法最大优势在于方便建立合适的数学模型，通过计算机处理，很容易获得优选的方案。基于模糊层次分析法的文献很多，“模糊层次分析法在方案优选方面的应用[5]”可供参考。
　　3.有多种方案可供选择但在经济效益没有明显差距时应优先采用本地区或本单位过去使用成熟的设计方案。
　　4.设计堤身防渗时应该将其看成与堤基防渗同属一个系统而统一设计（虽然两者还是有区别），这样在确定防渗结构和材料上更容易做到优化。
　　5.慎重选用新技术或新材料。由于水利工程在比较长的时期内才能看到效果，特大洪水发生年份又难以准确预估，新技术或新材料用于水利工程的时期往往较短，不足以完全验证其效果。“堤防工程施工规范 条文说明（修订版征求意见稿）”1.0.4条说“经现场工程试验、专家论证，且证明确实有效的” 就可以使用“新技术（含新材料、新工艺、新设备）”[6]，笔者不完全同意，新技术或新材料的使用除了年限外，还需要“数量”的证明，根据概率论只有样本的数量足够大时才能证明试验结果是真实可靠的，笔者不反对在严格监控的条件下使用新技术或新材料，但对中小水利工程来说还是不要盲目使用新技术或新材料为好。
3.施工和监理环节的防渗措施和原则
3.1 施工环节的处理措施和原则
3.1.1防渗施工的基本要求
　　堤身堤基防渗施工应当按照《堤防工程施工规范》（下面简称施工规范）[7]5.3～5.6及6.6条款相关规定进行。防渗效果的好坏与施工的关系非常密切，下面这几点应该充分满足之后，才能从根本上保证施工的质量和效果：
　　1.施工方案是否经过严格审核论证；
　　2.施工工艺是否合理；
　　3.施工材料的质量是否合格；
　　4.施工设备、机具和工具是否符合要求；
　　5.施工人员的技术水平是否达到要求；
　　6.施工的组织是否协调和衔接流畅；
　　7.重要的关键节点或结合部的施工是否到位；
　　8.施工是否严格按照工艺和规范执行。
3.1.2防渗工程施工的主要形式
　　1.水平防渗，以铺、压、导为主，例如铺盖、土工布等；
　　2.垂直防渗，主要是构造防渗墙。
3.1.3防渗施工的质量控制
　　施工质量控制的关键是有没有建立完善的质量保证体系，以及严格的检测和抽检制度。虽然事后检验很重要，但有些隐蔽的缺陷并不容易检验出来，把握施工质量还是要靠施工全过程的工作质量和扎实的施工管理来实现的。
　　防渗施工的质量检验依照施工规范10.4.5和10 .4.6进行。
3.2 监理环节的措施和原则
　　监理环节对保证防渗施工的效果和质量控制正发挥着越来越重要的作用，为了保证监理工作贯穿整个施工的全过程，需要重视以下几点[8] [9]：
　　1.监理部应在施工招标之前组建，以便更好地对施工单位进场的资质进行复核和对前期施工准备进行全面的监控和把握，防止工程一开始就失控。
　　2.选好总监，全面落实总监理工程师负责制。选择一个优秀的监理总负责人是实现监理工作重中之重，然后是组建好的监理团队。
　　3.理顺监理工程师的质量控制体系与施工单位的质量保证体系之间的关系。后者是前者的基础，监理工程师应在开工令发布之前检查施工单位的质量保证体系是否健全，不健全就不能开工。
　　4.处理好处理业主、监理、施工三方的关系及地方政府相关部门的关系。监理工程师监管整个施工体系的质量控制，业主应保证其工作的独立性。
3.3 工程验收环节的措施和原则
　　防渗效果的验收应按《堤防工程施工质量评定与验收规程（试行）》（简称验收规程）[10]执行。但是验收规程对防渗效果的验收缺乏物理指标的规定和检验方法，参考“长江重要堤防隐蔽工程质量检测及评价方法探讨” [11]，检测方法如下：
　　1. 检测组成防渗体的各种原材料（例如水泥、膨润土、外加剂、砂、石、土工布等）的物理力学性能指标；
　　2. 检测防渗墙墙体材料的质量和检测墙体的完整性。检测防渗墙墙体材料的质量方法是现场取样然后室内试验，如果成墙后就用钻孔取芯的方法检测，钻孔后注水试验，测试墙体的连续性和渗透系数。墙体完整性的检测主要检查墙体是否连续、完整，包括墙体的厚度、垂直度、墙体的外观、接缝等，采取现场开挖，使防渗墙暴露一定的深度，再进行观测的方法。
　　上面的方法对防渗墙有一定破坏，无损的检测可以使用相控阵地质雷达等手段[12]。
4.工程运行管理环节的防渗措施和原则
4.1 工程运行之后的管理措施和原则
　　工程运行之后的管理应该按照《堤防工程管理设计规范》[13]（简称管理规范）执行。
4.1.1渗漏观测项目主要有两点：
　　1.表面观察。观察裂缝、洞穴、隆起、翻沙涌水等渗透特征。
　　2.渗流观测。观察堤身浸润线，堤基渗透压和减压井排渗效果等，还可以测渗流量和检测水质。
4.1.2管理规范还规定了必要的机构组织建设，通讯、交通和其他维护设置等。
4.2 堤身的应急处理措施
　　在汛期洪水猛涨时遇到堤坝险情，常以以下方法处置[14]：
　　1.堤身漏洞。采用“前截后导，临重于背”的原则，在临水侧堵，背水侧疏导，并设围反滤井，阻止泥土流失。主要做法有塞堵和盖堵以及“软帘堵漏[15]”等。
　　2.堤基管涌。管涌多发生在背水侧，处理原则是反滤导渗。主要做法是反围滤井、反滤层压盖和蓄水反压等做法。
　　3.堤坡渗水。原则是“前堵后排”。
　　其实，上面几种险情处置的原则都是类似的，临水一侧可以利用水压达到堵的效果，背水一侧面临水压只能疏导，不能堵，堵则越堵水越大。
5.结束语
　　本文对堤身堤基防渗处理技术性措施的叙述较简，因为笔者认为大部分工程渗漏的问题如果单纯从技术角度观察并不是太复杂不能解决的，目前已有的很多方法都比较成熟可靠，也足以应对这些问题，比较难的是防渗其实牵扯到方方面面，这些需要从整个系统的角度来考虑它，并加以解决。笔者尝试提出一些观点，以期达到“抛砖引玉”效果，不妥之处还望有识之士不吝指正。
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　　[11]李家正等. 长江重要堤防隐蔽工程质量检测及评价方法探讨[J]. 中国水利，2002（12）.
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　　[13] SL171-96，堤防工程施工质量评定与验收规程（试行）[S]. 北京：中国水利水电出版社，2005.
　　[14] 《水利水电施工技术手册》编委会. 水利水电施工技术手册 土石方工程[M]. 北京：中国电力出版社，2002.
　　[15] 尚士稳. 软帘堵漏技术浅析[J]. 治黄科技信息，2005（6）. 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/sklw/slgc/249562.html