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第二节 堤防的安全复核
发布日期:2012-06-14信息来源:水利局浏览次数:字号:[ ]
  
  通过对堤防进行安全复核,可以分清隐患的危险程度,做出是否险工险段以及加固处理先后次序的判定,从而做到有目的、有计划地清除隐患,保证堤防安全运行。因此,堤防的安全复核是除险加固工作的一项重要前期工作,做好这项工作有着十分重要的意义。
  
  堤防的安全复核,通常应从三个方面着手:以现有的规程规范为依据进行安全复核;以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核;以多年运行状态为依据进行安全复核。
  一、以现有规范规程为依据进行安全复核
  根据堤防工程技术规范规程的要求,对堤防进行安全复核的主要内容有:堤顶高度、堤坡的抗滑稳定性、堤坡的渗透稳定、地基的渗透稳定、堤岸的稳定等。
  1.堤顶高度
  堤顶设计高程应按设计洪水位加堤顶超高确定。若达不到规范要求,则视为不安全,应进行堤身的加高和培厚。
  2.堤坡的抗滑稳定
  
  抗滑稳定复核分为正常情况和非常情况。正常情况下抗滑稳定复核的内容有:①设计洪水位下的稳定渗流期或不稳定渗流期的背水侧堤坡,设计洪水位骤降期的临水侧堤坡。非常情况下的复核内容为:多年平均水位时遭遇地震的临水、背水侧堤坡。复核计算一般可用瑞典圆弧滑动法或改良圆弧滑动法。若复核的安全系数不满足规范要求,则应进行除险加固。
  3.堤坡的渗透稳定
  
  通过渗流计算得到背水堤坡渗流出逸段的渗透比降,若大于允许比降或渗透水流产生堤坡冲刷,则应设置贴坡反滤等保护措施。堤坡最易产生渗透破坏的地方是渗流出逸点,其抗渗临界比降可根据第三章的公式(3—2)确定,再除以安全系数就是允许比降值。
  4.堤基的渗透稳定
  通过渗流计算确定堤基表土层的渗流出逸比降,若大于堤基表土层的允许比降,则应采取盖重或减压措施。
  在没有反滤保护的情况下,无粘性土的允许比降参见表3—2。粘性土的允许比降可按第三章的公式(3—1)先求得流土的临界比降,然后除以安全系数得到。
  5.堤岸的稳定
  受风浪、水流等作用,在可能发生冲刷破坏危及堤岸稳定的堤段,应采取防护措施,防护措施可按有关规定因地制宜地确定。
  二、以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核
  
  监测、检查和隐患探测资料是进行安全复核的重要依据之一。根据这些资料,进行必要的分析判断,就可以对堤防存在的一些问题做出安全评价,据此对工程进行除险加固处理,确保工程安全。
  1.根据沉降观测或检查结果进行安全复核
  
  一般认为,沉降量不超过堤高的3%就不会有危险。如有异常,应检查分析原因。如属堤身正常固结沉降所致,则汛前应进行加高培厚。若因堤基变动或因堤身受外力作用所引起,则应采取相应的除险加固措施。
  2.根据渗流观测和检查结果进行安全复核
  
  一般来说,在同样水位情况下,如果渗流量没有变化,或逐年减少,渗水即属正常。若渗流量随时间增加,甚至发生突然变化,则属异常渗流,应分析成因,根据不同情况采取相应除险措施。
  3.根据水下地形观测和检查结果进行安全复核
  如果靠近堤脚附近的河床被刷深,或险工、矶头所抛护底护脚块石断面发生变化,说明有“根石走失”现象,表明有崩岸的可能,应根据不同情况,采取相应加固措施。
  4.根据裂缝(滑坡)监测和检查结果进行安全复核
  当发现堤身裂缝,经分析有可能是滑坡引起,或将造成滑坡时,应及时采取除险加固措施。
  ⒌根据其它检查资料进行安全复核
  如发现穿堤建筑物及与堤身的结合部发生错位、集中渗流,堤基有取土坑塘等薄弱环节,应分析成因并对可能造成的后果进行分析评价,做出是否需要进行除险加固的判断。
  ⒍根据隐患探测资料进行安全复核
  
  对探测到的生物洞穴、植物腐烂造成的空洞、暗沟、暗管、废井、坟墓、堤身填筑隐患(冻土块、大块土、工段接头、新旧堤结合面、裂缝)等,应根据其危害程度,经分析论证后采取相应措施进行除险加固。
  三、以多年运行状态为依据进行安全复核
  
  经过汛期考验,尤其是经过历时长、水位高的洪水考验,堤防隐患大多暴露出来,这相当于一个破坏性质的原型试验。由于堤防的工程地质资料一般较少,因此,以多年运行状态为依据进行安全复核显得特别重要也特别实用。首先,对汛期暴露出来的险情多发区、险情严重区必须进行除险加固,除险加固的顺序应根据险情的危害程度决定,险情的危害程度可以根据险情发生的实际情况和表现来判断。另外,还可以通过出险情况的反分析,推断可能的更高洪水位下的堤防渗流状态、渗透稳定性、抗滑稳定性等,并做出安全复核,决定处理与否。
  (一)渗流性质评价
  堤防渗流分正常渗流和有害渗流两种。
  1.正常渗流的判别方法
  渗流均匀地从土体表面逸出,不带出土颗粒且不产生局部隆起,呈清水,不冲刷土体表面,相同水位下渗流量不随时间增大,出逸点不高且渗流量不大,则属正常渗流。
  对土质堤防,堤身边坡一般在1:3左右,对没有压渗平台的断面情况,正常渗流的出逸点应在堤身高度的三分之一以下。
  2.有害渗流的判别方法
  有下列现象之一即属有害渗流:渗流成股逸出,渗水浑浊,带出沙粒,产生隆起变形,冲刷土体表面,相同水位下渗流量随时间不断增大或渗流量过大,出逸点过高等。
  (二)堤身渗透稳定及填筑质量复核
  对在汛期曾经产生有害渗流的堤段均应进行除险加固。
  
  另外,可以根据汛期堤身的渗水情况对堤身的填筑质量进行评价。这可以根据渗流量的大小、是否产生集中渗流、出逸点的高低、背水坡产生出逸的时间等进行综合判断。若超过正常范围,则表明堤身存在隐患。可能的原因有:堤身填筑隐患(冻土块、大块土、工段接头、新旧堤结合面、裂缝)、生物洞穴、植物腐烂形成空隙等。
  (三)堤坡抗滑稳定复核
  
  首先,对汛期出现过滑坡的堤段应进行除险加固。其次,对出现滑坡征兆(如堤身纵向裂缝、堤脚隆起等)的堤段,应根据堤坡渗流情况进行抗滑稳定复核,若不满足规范要求,则也应进行除险加固。
  (四)穿堤建筑物集中渗流的安全复核
  在穿堤建筑物与堤身的结合部,如果发现有集中渗流,则极易造成接触冲刷。这种险情的危害极大,汛后必须对其进行除险加固。
  (五)堤基渗透稳定的安全复核
  1.地基水文地质条件的评价
  我们国家的主要堤防基本上都是建造在单层或双层地基上。从产生渗透破坏的难易程度上可大致分为三类:
  (1)必然产生渗透破坏的堤基。①
  砂土地基且下层渗透系数大于表层10倍以上。此时在表层砂土下的地下水微具承压状态,因此表层砂土的出逸比降较大,加之砂土无粘性,若无反滤保护则极易发生砂沸,进而产生大的管涌洞。②
  双层地基且临水侧表土层缺失,背水侧有近堤脚的深塘,如果强透水层较厚,则背水侧表土层下的扬压力很大(如图3—17,可达净水头的60%),加上深塘内的表土层较薄且往往松软,极易被顶穿而??则往往会产生大的管涌险情。
  (2)易于产生渗透破坏的堤基。① 比较均一的砂土地基,若背水堤脚无反滤保护措施,也易发生砂沸,以粉细砂地基最明显。②
  双层地基,临水侧表土层连续但背水侧有近堤脚的坑塘,或者背水侧表土层连续但临水侧表土层缺失。
  (3)比较安全的堤基。双层地基,临水侧和背水侧的表土层均呈连续分布且较厚、较长。
  2.堤基渗透稳定的安全复核
  对堤基渗透稳定的复核应首先根据汛期表现进行,这是最直接有效的办法。
  (1)渗透稳定的堤基。经过设计洪水位或超设计水位运行,背水侧堤脚只出现渗流,堤基未出现翻水冒砂和地面隆起等渗透破坏现象,则地基是渗透稳定的。
  
  (2)渗透稳定不满足要求的堤基。汛期在近堤脚附近发生渗透破坏的堤基,表明均不能满足渗透稳定的要求,必须进行除险加固。但应该根据渗透破坏产生的位置、原因和程度(承压水头、涌砂量、渗流量等)的不同,采取不同的除险措施。①对经历过设计洪水位的考验,但由于背水侧存在坑塘等薄弱环节引起的堤基渗透破坏,只要用反滤料填平坑塘就基本可以满足堤基渗透稳定的要求。②对背水侧没有坑塘等薄弱环节,但在设计洪水位以下就发生近堤脚渗透破坏的堤段,则必须采取系统有效的渗流控制措施进行除险加固。若堤基管涌的位置距堤脚很远,则随着管涌流量的增加,渗流出口处的比降将逐渐降低,管涌流量达到一定程度后,渗透破坏将不再发展,从而达到新的平衡状态。因此,管涌位置的危险范围可以根据堤基砂层的允许比降近似确定。堤基砂层的允许比降范围可取0.05~0.1,重要堤防取0.05,一般堤防取0.1。
  举例说明,若堤基砂层的允许比降为0.05,对没有垂直防渗的情况,则管涌的危险范围可由下式近似确定:
  J平均=h1/L=0.05
  式中:J平均为堤基平均水力比降;L为管涌发生点到临水侧堤脚的距离;h1为江水位与管涌点地面水位的差值;由上式可知,若h1=10m,则L=200m。若堤底宽为80m,则管涌点到背水侧堤脚的距离为120m。就是说,在距背水侧堤脚120m的范围内为管涌危险区,如果管涌点再远,则对大堤安全的威胁程度将显著降低。


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