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,极易被顶穿而产生渗透破坏。如果表土层下是细砂或粉细砂层,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:
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80mFACE="宋体" LANG="ZH-CN" SIZE="3">,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。(考试大二级建造师编辑整理)