水库除险加固

水库除险加固为了搞好堤防的除险加固，应做好几项前期工作。首先应收集掌握除险加固所需的基本资料，以便为堤防的安全评价和除险加固措施的选择提供科学依据，避免盲目性。在此基础上，有针对性地开展堤防的安全复核工作，并做出是否险工险段以及是否进行除险加固的判断，最后制定合理的除险加固办法，以防患于未然。此外，对汛期采取的临时抢险措施，必须分别具体情况进行善后处理，这也是汛后堤防除险加固必须做好的一项工作。第一节 除险加固所需的基本资料 为了开展堤防的除险加固工作，应对已有的工程资料进行收集，必要时应有针对性地进行工程地质勘察工作。所需资料包括：工程及水文地质资料；工程监测、检查及隐患探测资料；堤防建设和出险情况的历史资料。这是进行堤防安全复核的重要依据，也是进行堤防除险加固工程设计和选择施工方法的科学基础。 一、工程及水文地质资料 为了进行堤防的安全复核以及除险加固工程的设计和施工，首先应收集有关的工程及水文地质资料，包括工程的级别、工程的重要性、环境条件、堤身和堤基等有关材料的物理力学性质指标、堤身和堤基的地层分布等有关资料。必要时还应该有针对性地进行工程及水文地质的勘察工作，查明主要地质问题并获取有关资料。所涉及的工程及水文地质资料主要有： （一）土的物理力学性质指标 土的物理性质指标 常用的土的物理性质指标主要有：颗粒组成、比重（Gs）、湿密度()、干密度(d)、含水率()、界限含水率(塑限含水率P、液限含水率L)、孔隙率n、有效孔隙率ne、饱和度Sr、不均匀系数Cu等。这些均为堤防安全复核计算和除险加固设计时可能用到的资料。 土的力学性质指标 常用的土的力学性质指标主要有：渗透系数（k）、抗渗强度、抗剪强度指标（凝聚力c、内摩擦角）、压缩系数等。这些指标主要用于渗流及渗透稳定计算、抗滑稳定分析与沉降计算中。 （二）土的水理性质及水质分析授课：XXX 对黄土和分散性粘土应了解其湿陷特性、崩解和湿化特性等。这些特性对工程有重要意义。 水质分析的目的主要是为灌浆材料、防渗墙材料以及减压井的防化学淤堵设计提供资料。 （三）堤防的工程及水文地质剖面 堤防的工程及水文地质剖面是进行堤防安全复核和除险加固设计所必需的资料，应根据工程及水文地质勘察资料并经概化后得到。主要包括堤身和堤基的土层分布、分层厚度，地下水的分布、运动规律及边界条件等，加上通过试验得到的各土层的物理力学性质指标就构成了完整的工程及水文地质剖面图。根据我国江河堤防的实际情况，堤防险工险段的堤基结构大体上分为三类。 当相邻两层渗透系数之比小于5倍时，可简化为一层土，采用加权平均的渗透系数作为计算依据，这种简化对渗流计算成果影响很小。当相邻两层土的渗透系数相差100倍以上时，弱透水层可视为相对不透水层。由于岩石地基在堤防中极其少见，根据江河大堤经常遇到的地层结构及水文地质特性，堤防地基大体上可分为三种类型。1. 单层透水地基 地基中各土层的渗透系数相差在5倍以内。黄河大堤的大部分堤段都可以概化成这种地基。2. 双层地基 表层为弱透水的土层，下卧强透水的砂砾层，再下面的地层的渗透系数比砂砾层小100倍以上。长江干堤的许多堤段属于此类地基。3. 多层地基 不能概化为单层透水地基或双层地基的其它地基情况都可概化为多层地基。 二、工程监测、检查及隐患探测资料 堤防工程受自然因素的作用和人为活动的影响，工作状态和抗洪能力都会发生不断的变化，产生工程缺陷或出现其它问题，如不能及时发现和处理，一旦汛期出现高水位，将产生险情，往往会措手不及，造成防汛的被动局面。因此，应对重要堤防进行监测、检查和隐患探测方面的工作，对威胁堤防安全度汛的隐患要及时进行处理，确保工程安全渡汛。堤防的监测、检查和隐患探测资料是进行堤防安全复核的重要依据之一，是除险加固工作需要收集和掌握的资料。1. 安全监测资料 授课：XXX 安全监测是通过设置观测标点和传感器并进行定期观测，根据观测资料对工程进行安全评价的一种方法。 安全监测主要包括：沉降及水平位移观测、渗压观测、水下地形观测、裂缝（滑坡）监测等方面的内容。 （二）安全检查资料 堤防安全检查是对堤防进行安全评价的一个重要手段，分为堤防外部检查、和堤身隐患检查。 1.堤防外部检查 堤防外部检查一般分为经常性检查、定期检查和特殊（临时）检查。经常性检查是指由工程管理人员按照岗位责任制要求进行的工程检查。定期检查主要是指由基层管理单位按规定进行的工程全面普查，一般每年汛前、汛后各组织进行一次“徒步拉网式”的工程普查。特殊检查是指当工程处于非常运用条件下（如特大暴雨、飓风、地震、持续高水位等）进行的检查。 外部检查的主要内容有：堤身雨淋冲沟、陷坑、动物洞穴、裂缝、渗漏、滑坡、崩岸。堤基的薄弱环节，如取土坑、池塘、坑道、未封堵的钻孔、违章水井等。堤防穿堤建筑物及与堤身结合部的变形、裂缝、渗漏、淘空等缺陷。 2.堤身隐患检查 堤身隐患是削弱堤防抗洪能力，造成汛期抢险的主要根源。不论是汛前检查，还是平时管理中的维修养护，都应将它视为重点。 堤防经常发生的隐患主要有：生物洞穴、植物腐烂形成的空隙，堤内暗沟、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。 （三）隐患探测资料 堤防安全检查除沿堤进行实地查看和调查访问外，还应采取一些必要的探测措施，以及早发现和消除堤身隐患，达到确保堤防工程安全的目的。常用的探测方法有：人工或机械锥探、电法探测。 锥探可以根据锥头的进入速度（阻力）、声音等，凭感觉判别是否存在隐患，同时还可以向锥孔内灌入细沙或泥浆，进行验证的同时也对隐患进行了处理。 电法探测是地球物理勘探的一种方法。它是根据地下岩土层在电学性质上的差异，借助一定的仪器装置量测其电学参数，通过分析研究岩土电学性质的变化规律，结合有关岩土层资料，推断地下一定深度范围内的隐患存在情况。表11给出了几种常用的探测仪器及功能。授课：XXX表11 常用的几种电法探测仪单位使用仪器探测内容中国水利水电科学研究院SDC-2型大坝渗漏探测仪堤坝基础渗漏探测、灌浆加固效果检验、堤坝隐患普查、安装测压管定位以及其他工程地质勘探黄委会物探大队SD-1型瞬变电磁仪、浅层地震仪或动态信号接收分析仪、MIR-1C/MIS高密度电阻率连续电测系统堤坝软弱土层、堤身裂缝、堤身洞穴、渗漏等隐患的普查及重点探查山东黄河河务局ZDT-I型智能堤坝隐患探测仪同上江西九江市水科所TTY-1型便携式智能堤坝隐患探测仪同上 三、堤防建设和出险情况的历史资料 根据我国堤防工程的实际情况，由于工程地质勘察资料一般较少，因此，堤防建设和出险情况的历史资料，不但是进行堤防安全复核的重要依据，也是进行除险加固设计和施工所必须的资料。 堤防建设资料包括复堤、改建、扩建、加固等方面的设计与施工技术资料。 对历史险情应重点了解：出险时间、出险类型、出险位置、出险范围、出险程度、出险水位及历时等有关资料。第二节 堤防的安全复核 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授课：XXX 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：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（32）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32。粘性土的允许比降可按第三章的公式（31）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授课：XXX 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。 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。 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）渗流性质评价授课：XXX 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：授课：XXX （1）必然产生渗透破坏的堤基。 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。 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317，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。 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。 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。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。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0.050.1，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h110m，则L200m。若堤底宽为80m，则管涌点到背水侧堤脚的距离为120m。就是说，在距背水侧堤脚授课：XXX120m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。第三节 抢险工程的善后处理 汛期抢险是防汛紧急时期所采取的应急措施，受各种条件的制约，一般用料不大讲究，方法比较粗放，具有抢修快、标准低的特点，有些也可能处理不当，技术上很难达到规范合理。因此，汛期过后，对达不到长期运用标准的抢险工程，必须进行善后处理。对某些情况，缮后处理本身即可达到除险加固的目的。对另外一些情况，善后处理则是除险加固前必须的前期准备工作。 裂缝抢险的善后处理 在汛期，在裂缝产生原因不完全清楚的情况下，有可能判断失误而采取了不当的抢险措施，也有可能采用各种临时代用料进行封堵。汛后，应对裂缝的产状、分布、规模以及产生的原因作进一步的分析研究。经过论证确认裂缝已经稳定和愈合，不需重新处理的，须经上级主管部门批准。汛期采用临时代用料没有彻底处理的，或处理不当的，应根据裂缝的产状、规模及其成因采取合理的处理措施。属于滑坡引起的裂缝，在本文第四章中叙述；属于不均匀沉陷引起的裂缝，见第五章。其它原因引起的裂缝，如为纵向表面裂缝，可暂不处理，但应注意观察其变化和发展，并应堵塞缝口，以免雨水进入。较宽较深的纵缝，则应及时处理。横向裂缝不论是否贯穿堤身，均须处理，详见第三章。龟纹裂缝一般不宽不深，可不进行处理，较宽较深时可用较干的细土予以填缝，或用水洇实。对纵向横向裂缝，可用灌注法、开挖回填法、横墙隔断法处理。 渗水抢险的善后处理 渗水抢险常用背水坡开挖导渗沟、做透水后戗和临水坡做粘土防渗层的方法，汛后应对这些措施进行复核。凡是处理不当或属临时性措施的均应按新的设计方案组织实施，在施工中要彻底清除各种临时物料。若背水坡采用了导渗沟，对符合反滤要求的可以保留，但要做好表层保护。不符合设计要求的，汛后要清除沟内的杂物及填料，按设计要求重新铺设。若抢险时误用比堤身渗透系数小的粘土做了后戗台，则应予清除，必要时可重做透水后戗或贴坡排水。 管涌抢险的善后处理 管涌抢险，多数是采用回填反滤料的方法进行处理，有时也采用稻草、麦秆等作临时反滤排水材料。对后者，汛后必须按反滤要求重新处理。对前者则应根据情况分别对待：若汛期无细砂带出，也没有发生沉陷，表明抢险工程基本满足长期运用要求，可不再进行处理；若经汛期证明不能满足反滤要求者，汛后则应按设计要求进行处理。 漏洞抢险的善后处理授课：XXX 汛期，在堵塞漏洞时可能采用了棉被、稻草、麦秆等其它临时物料，汛后应予清除并按设计要求重新封堵漏洞。 滑坡抢险的善后处理 对汛期出现的滑坡，汛后应进一步查明滑坡原因及滑坡的规模，对抢险措施不当或不能满足要求的抢险工程，应按新的设计方案重新进行处理。对基本满足要求的抢险工程，适当修整加固后可直接变为永久加固工程。 对临水侧滑坡，如系堤身原因引起，则在堤身加固中一并处理，如属崩岸引起，则应在崩岸处理中一并考虑。 崩岸抢险的善后处理 汛后应查明崩岸性质、范围和该堤段的工程地质条件，对已采取的抢险措施进行复核，如果在固岸抢险时使用了木料、竹笼、芦苇枕、稍枕等临时代用料，则应进行清除并重新按设计固岸，对不满足设计要求的其它情况也应按新的处理方案组织施工。 7.风浪抢险的善后处理 汛后应根据堤防的等级和具体堤段的险情，进行防浪设计，并对已采用的防浪措施进行评价，因地制宜地筛选设计方案。凡不符合选定方案的各种临时措施，均应拆除、清理，尤其是打入堤身的竹桩、木桩以及其它易腐物质，要认真彻底清除。 漫溢抢险的善后处理 汛期加高堤防多采用土料子堤、土袋子堤、桩柳（木板）子堤、柳石（土）子堤等手段，这些子堤在汛末退水时即应拆除。在汛后进行堤防加高培厚时，若子堤用料是防渗性能好的土料，则可用于堤防的加高培厚；若是透水料则可放在背水坡用作压浸台或留作防汛材料堆放，其它杂物如树木、杂草、编织袋等，均应清除在堤外。 陷坑（跌窝）抢险的善后处理 汛后应对陷坑产生的原因进行分析，判断其是堤防隐患引起的还是堤防质量引起的，并对汛期采取的填堵措施进行评价，按照陷坑产生的原因，采用相应的加固补强措施。汛期采用的各种应急措施，凡不满足设计要求的，应予清理、拆除，按新的设计方案处理。 溃口抢险的善后处理 汛期封堵决口时，用料一般非常复杂，如沉船、汽车、钢筋笼、钢管、编织袋装土石、大块石、木料、粮食、大豆、等等，若汛后要在原址复堤，则应将这些物料彻底清除，并按设计重新复堤。授课：XXX 城市堤防的汛后清理 经过城市的堤防，汛后需进行全面清理。在进行堤防的加固处理时，要在确保防洪安全的前提下，除考虑其重要性和堤防等级外，要与城市规划相协调，做到绿化、美化、方便群众，为发展旅游业创造条件。 因自然与人类活动的影响等原因，不少江河湖堤防（此处不包括海堤）的防洪标准很低。从抗御1998年大洪水的实际看来，很多堤防面临着漫顶的现实威胁，出现了靠子堤挡水12m的超常状态，险情极为严重。在正常情况下，堤防要解除漫溢的威胁，堤顶必须达到有关规范规定的设计高程。堤身加高，堤坡和堤顶相应也要加培。 堤防溃决的复堤、因崩岸退堤还滩、堤线的裁弯取直等，需要在新的地基上，进行新堤的设计和施工。第一节 堤顶高程的复核 堤顶高程应由推定的设计洪水位h1加上一定的堤顶超高y所确定。凡是堤顶高程尚未达到两者之和的堤防，原则上都应加高培厚堤身，使之达标。所以，为了进行堤防漫溢破坏的除险工作，首先就要复核堤顶高程，检查其是否满足规范规定的要求。 一、堤防工程防洪标准的推定 堤防工程防护对象的防洪标准应按国家标准防洪标准确定。堤防工程的防洪标准应根据防护区内防洪标准较高防护对象的防洪标准确定。堤防工程的级别应符合国家标准堤防工程设计规范的规定，见表21。表21 堤防工程的级别 防洪标准重现期（年）100100,且5050,且3030,且2020,且10堤防工程的级别12345 对于特别重要的堤防，其防洪标准经专题论证后，要报主管部门审批确定。蓄、滞、行洪区的堤防工程的防洪标准，应根据江河流域规划要求专门确定。 以洪水的重现期表示的防洪标准，所对应的是洪峰流量值。不同河段应该通过洪水的频率分析，计算出相应重现期的设计洪水洪峰流量值，实测当时河段的纵横断面，并分析选用糙率值，通过推水面线的方法，得到该河段沿程的设计洪水位值。对于选用的糙率、断面等，必须通过非设计流量下实际水面线的反复校核。授课：XXX 以重现期表示的设计洪水位，一般可以保持一个相当长时期的稳定。如果河道糙率或断面发生了很大变化（如淤积、裁湾等），必须采用上述步骤，重新推算沿程新的设计洪水位，以免对堤防安全造成威胁。 当江河水系复杂，分流、顶托组合因素很多，难以用某一重现期的设计洪水来推定设计洪水位时，在一些流域规划中，往往以实际发生的某次洪水的最高水位，或者在此基础上酌量提高后作为设计洪水位，在经上级主管部门批准后，也可作为堤顶高程设计洪水位复核的依据。 二、堤顶超高的计算 由于风浪和各种不确定性因素确定的影响，在设计洪水位上必须再加上一定的超高，以策安全。堤顶超高： y=R+e+A (2-1) 1.波浪爬高R： 在风浪的作用下，波浪爬高常会引起堤防的漫溢险情。波浪爬高可按堤防工程设计规范所介绍的方法计算。 湖堤及内陆河堤设计波浪的计算风速，可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍。 2.风壅水面高e： 风沿水域吹过所形成的水面升高，即风壅水面超过静水面的高度，在有限风区的情况下，可按下式计算：e=KV2F/(2gd).cos (2-2)式中 e为计算点的风壅水面高度，m；K为综合摩阻系数，取K=3.6106；V为设计风速，m/s，按计算波浪的风速确定；F为由计算点逆风向量到对岸的距离m；d为水域的平均水深m；为风向与堤轴线的法线的夹角，度。 3.安全加高A： 在设计堤顶高程时，要有一定的安全加高值，是因为水文分析中观测资料系列的有限性，河道冲淤变化，主流位置改变，堤顶磨损和风雨侵蚀。安全加高值不含施工予留的沉降加高。该值应根据堤防国家标准堤防工程设计规范，工程的级别和防浪要求按表22的规定分析确定。表22 堤防工程的安全加高堤防工程的级别12345安全加高(m)不允许越浪的堤防工程1.00.80.70.60.5允许越浪的堤防工程0.50.40.40.30.3 4.堤顶超高的取值：江河湖泊堤防原则上应按上述方法计算堤顶超高。在堤防加固设计中，堤顶超高计算值可能变幅很大，直接使用有困难，往往按堤的等级、材料及河段特性，分段给出规定值。如长江中游堤防特别重要的一类堤超高授课：XXX2.0m；二类堤超高1.5m；一般的三类堤超高1.0m。第二节 漫溢除险与复堤的布置 一、除险加高布置 经分析论证确定堤防加固高度后，应根据安全可靠，因地制宜的原则选择加固断面的结构型式。 我国绝大多数堤防为粘性土均质堤。若无特殊原因，一般多选择与原堤防相同的土料加固堤身，结构简单，施工便利，有利于新老土层间的结合。 若原筑堤粘性土料短缺，且堤防加高高度大，所需粘性土料方量大，则可选择复式断面结构型式，以少量粘土作防渗斜墙，以砂砾石或砾卵石作支承体。也可采用土工膜作防渗斜墙。若当地碎石料或煤矸石料丰富，亦可用碎石料或煤矸石料作支承体。 堤防加高的断面型式选择应通过技术经济比较后确定。 （一）按均质堤型加高 1.背水面培厚加高 背水面培厚加高型式具有土源相对丰富、施工方便的优点，但也应注意防止新、老堤土结合面成为渗流薄弱面。 (1）料场选择的原则 土料的渗透系数不大于104cm/s； 土料的粘粒含量应与原堤土相当或略低，土料的渗透系数应与原堤土相当或略大。粘粒含量比原堤土高出较多，渗透系数小得较多的粘土，不应采用，因其不利于堤体渗水的排出； 土料天然含水率尽量接近最优含水率； 重要堤防的料场应离堤脚300m以外，或者也可在距堤脚200m左右处取压盖平台的吹填固结土，但必须尽快吹填补齐； 若堤防附近无合适土源，则料场选择还应考虑运距、交通方便、造价等因素。 （2）堤身布置授课：XXX 堤身培厚加高的布置见图21。堤顶宽度根据防汛、交通等实际需要确定，一般3级以上堤防不宜小于6m，堤坡可拟定为1：3，经稳定计算后确定（详见第四章）。堤高大于6m者，背水坡应设戗台，其顶宽不小于2m，戗台的顶高程应在设计水位时的渗流出逸点以上。浸润线与渗流出逸点计算，见第三章。原堤防临水坡应按加高设计坡度整坡，背水坡则应挖成台阶状，按1：3.0的坡连接。图21 背水面培厚加高的均质堤断面示意图22 临水面培厚加高的均质堤断面示意 2.临水面培厚加高 当河道整治需要或背水坡有其他工程设置无法培厚时，可考虑在临水面培厚加高堤防，断面布置如图22所示。若需在临水面滩地取土，为了保护滩地的天然铺盖作用，取土范围应在距堤脚50m以外，取土深度不超过1.5m。土料的渗透系数应小于或相当于原堤土料的渗透系数。原堤防背水坡应按加高设计坡度削坡，临水坡应挖成台阶状，按大于1:3.0的坡连接，以利于新、老堤身的结合。培厚加高后的临水坡的稳定复核计算，应考虑设计水位降落时的反向渗透力及土体结合面浸水后的抗剪强度的降低。汛期退水时应加强对临水面培厚加高堤段的观察。 （二）按复式堤型加高 1.粘性土斜墙复式堤 将原堤防按粘性土斜墙复式断面加高，其断面型式如图23所示。图23 背水面培厚加高的粘土斜墙复式堤断面示意 斜墙土料宜选择粘粒含量小于1530的亚粘土或粘粒含量小于3040的粘土。支承体宜选择最大粒径小于60mm级配较好的砂砾石。 粘性土斜墙底部应伸入原堤身1m，斜墙底宽约23m，具体可按接触渗径大于（1/41/3）的水头计算，顶宽1m，应高出设计水位0.5m。 砂砾石堤体的背水坡也应设置贴坡排水与反滤层。反滤层的设计将在本节第二部分中介绍。 2.土工膜斜墙复式堤 以土工膜斜墙防渗、以砂砾石作支承体的复式加高断面如图24所示。若采用单层PE或PVC膜，厚度约为0.4mm左右；若采用两布一膜型复合土工膜，膜厚约为0.20.3mm，膜两边的土工织物分别为200250g/m2。授课：XXX图24 背水面培厚加高的局部土工膜斜墙复式堤断面示意图25 土工膜在粘性土中埋置示意 土工膜可埋置在原堤顶开挖的槽内，槽的形状尺寸见图25所示，膜与原堤土应紧密贴合，接触渗径应大于承受水头的1/41/3。复合土工膜也应以单层膜的型式埋置在槽中，否则，带有透水织物的那一面就不能保证应有的接触渗径。土工膜在堤顶应与防浪墙相连接。若不设防浪墙，则可向背水面平铺50cm作封顶，土工膜上面为保护覆复层。土工膜的技术要求将在本章第三节中介绍。 若原堤防土质疏松或土料渗透性大，也可将土工膜一直铺至堤脚，形成土工膜整体斜墙防渗，如图26所示。 （三）按防洪墙堤型加高 1.以混凝土或浆砌石墙加高土堤图2-6背水面培厚加高的土工膜斜墙复式堤断面示意 城市堤防加高，往往因场地所限，采用防洪墙型式加高土堤。防洪墙一般有钢筋混凝土挡土墙和浆砌石挡土墙两种型式，图27为南京市长江某堤段城市防洪墙加高断面。墙高一般不大于56m为宜，防洪墙布置在临水堤肩处，墙背水侧中下部填土作为堤顶路面，上部1.21.5m作为防浪墙，也可挡水。防洪墙的稳定和强度应按挡土墙复核。授课：XXX图27 南京市长江某堤段城市防洪墙加高断面(a)钢筋混凝土防洪墙加高土堤 (b)钢筋混凝土防洪墙加高浆砌石防洪墙图27由南京市水利规划设计院提供。 2.以混凝土墙加高防洪墙 防洪墙一般采用临水面加厚加高。可在原浆砌石或砼防洪墙的临水面向内设置锚筋，直径约16mm，深度约60cm，间距约50cm。然后在原防洪墙临水面现浇钢筋混凝土防洪墙，具体尺寸可根据实际情况按挡土墙计算确定。图27（b）为钢筋混凝土防洪墙加高浆砌石防洪墙。 二、除险复堤布置授课：XXX 复堤往往是堤防除险加固的一项重要工作。由于河道的裁弯取值，崩岸的退堤还滩和汛期溃口的复原，都需要进行复堤工作。 （一）断面选择与布置 1.断面结构型式选择 复堤断面的选择应循守安全经济、尽可能就地取材、尽可能与两端堤防断面结构一致的原则。 若堤线附近粘土或粉质粘土充足，可选择均质断面。 若堤线附近粘土或粉质粘土较少，可选择复合断面，以透水性较大的土石料作为堤支承体，以粘性土、土工膜作为防渗体。防渗体的型式一般有心墙和斜墙两种，防渗体材料与型式的选择需经技术经济比较及与地基防渗型式统筹考虑确定。 心墙防渗体受地基不均匀沉降及地震作用等影响损害小，但其施工与支承体有干扰，工期相对长。 斜墙防渗体施工程序简单，速度快，在地基较好、地震烈度小的地区具有优越性，一旦防渗体受损害也易修复。 粘土等塑性材料与土工膜等柔性材料适应地基不均匀沉降的能力强于混凝土等刚性材料。 各种结构型式的堤身断面见图28。. 有防洪墙. 有防浪墙授课：XXX. 无墙(a)(b)(c)(d)(e)图28 各种结构型式的堤身断面(a)均质堤断面单位：cm,高程：m； (b)土心墙堤断面示意；(c)土斜墙堤断面示意(d)土工膜心墙堤断面示意；(e)土工膜斜墙断面示意 2.断面轮廓布置 （1）堤顶高程 堤顶高程的确定见本章第一节。堤顶路面填筑物，如碎石、沥青、混凝土等不计入堤顶高程。当堤顶设置稳定坚固的防浪墙时，墙顶高程即为设计堤顶高程，但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上。一般土堤还应有堤高的38作为预留沉降量。溃口段的堤高应从溃口最深处算起。 （2）堤顶宽度 规范规定，1、2级堤防顶宽不宜小于6m，应根据防汛、管理、交通、施工、构造及其它要求确定。湖北、江西、江苏等地的重要长江干堤，堤顶宽在8m以上，荆江段准备加宽至12m。黄河一些平工堤段顶宽810m，险工段顶宽1012m。 应按实际需要间隔一段距离，在顶宽以外设置回车场、避车道、器材物料存放场，具体尺寸应根据各堤段实际需要确定。 （3）堤坡与戗台 堤坡应根据堤基、堤身结构与防护、土料及施工条件经稳定计算后确定，对于地基较好的粘土、粉质粘土均质堤，堤坡约为1:3，复式断面的堤坡约为1:2-1:3；对于软基，堤坡约为1:3-1:5，甚至更缓。授课：XXX 堤高超过6m者，应在堤的背水面设置戗台，戗台高程应在设计水位时的渗流出逸点以上，顶宽应在2m以上。实践证明，戗台对增加堤身稳定，排除散浸险情具有明显作用。 浸润线与渗流出逸点计算见第三章。稳定计算及安全系数的选取见第四章。堤顶与堤坡的防护结构见本章第四节。 （4）粘性土防渗体 防渗心墙或斜墙应高出设计水位0.5m，顶宽b按构造和施工要求应不小于1m，底宽B不小于设计水头的四分之一，即BH/4(m)(2-3)b1(m)(2-4)式中 H为防渗体底部所承受的设计水位时的水头，防渗体应与地基防渗土料或地基防渗体结合紧密，应有足够的接触渗径。 （5）土工膜防渗体 土工膜防渗常采用斜墙型式，其与堤体施工无干扰，铺设简便，施工速度快。若采用复合土工膜，可直接铺设在砂砾石或砾卵石堤坡上，其上面可直接铺砼板或块石护坡，也可在复合土工膜与护坡之间铺设1520cm厚的砾卵石过渡层。若采用单层土工膜，则必须在砾卵石堤坡上铺厚20cm的砂砾石垫层，再铺单层土工膜，其上必须依次铺各厚15cm的砂砾石，砾卵石或碎石作为保护过渡层，最后铺设砼板或块石护坡。土工膜与砂砾垫层，土工膜与保护层或护坡之间的稳定安全系数可用式（25）或（26）计算，Kgs值应大于1.5。护坡或保护层透水性良好时: Kgs=fgs/tg(2-5)护坡或保护层透水性不良时: Kgs=(g/gm)(fgs/tg)(2-6)式中 Kgs、fgs分别为土工膜与护坡或保护层之间的抗滑安全系数和摩擦系数；为临水面堤坡角度；g、gm分别为护坡或保护层的浮容重和饱和容重。 采用土工膜作心墙，若选择复合土工膜，则可直接置于堤体中，若在砾卵石堤体中采用单层土工膜，则需在膜两侧各填筑厚25cm的砂砾过渡层。 （6）贴坡排水 当采用砂砾石作支承体时，在背水坡面的渗流出逸处以上30cm向下设置块石贴坡排水，厚约30cm，两种土石料之间，应设置反滤层，厚约20cm，如图29所示。授课：XXX （7）反滤层图29 砂砾堤身的背水坡反滤排水示意 防渗体与堤体之间或地基土与堤体之间颗粒粒径相差较大时，以及砂砾堤坡的渗流出逸处，易发生渗透破坏，应设置反滤层。反滤层通常可采用颗粒型或土工织物型反滤层。 颗粒型反滤层的层数与粒径大小需通过以下反滤设计确定。 对于被保护土为无粘性土时的第一层反滤料应满足下式：D15/d854-5(2-7)D15/d155(2-8)对于被保护土为粘性土时的第一层反滤料应满足下式：对于d850.074mm的粉土和粘土料: D159d85 (2-9)对于d0.074mm的颗料含量占4085的砂质粉土和粘土，以及不均匀系数Cu较大的其它防渗土料D150.7mm (2-9)式中 D15为反滤料的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15；d85为被保护土的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的85；d15为被保护土的特征粒径，小于该粒径的土占总土重的15；d为被保护土的粒径。 将该反滤层作为被保护土，而将堤体砂砾石料或堤坡块石排水作为反滤层，若满足式（27）和式（28），则只需设这一层反滤层。若不满足，则需设第二或第三层反滤层，直至满足式（27）和式（28）。 按构造与施工要求每层反滤层的厚度为20cm。 当堤防的防渗体、地基土为粘土而堤支承体为最大粒径小于60mm的砂砾石时，它们之间可不专门设置反滤层。 土工织物型反滤层的设计见本章第四节第二部分。 （二）复堤段与两端堤防连接 1.两端堤防的连接方式 （1） 应将两端堤防的连接面挖成台阶状，两台阶之间以1:31:5以上的坡衔接，以利于分层压实。授课：XXX （2）连接面可做成以临水坡堤角为支点向新堤段转角510形成的微斜面，有利于水压力作用下新老堤连接面的稳定，同时接触面的渗径也有所增加。 （3）溃口两端，应从清基后的刷深地基向上坡到堤顶成为连接面。 2.不同结构断面的连接 （1）新堤土料防渗心墙或斜墙在连接段部位的断面应扩大为非连接段断面的3倍，与均质断面相连。 （2）新堤土工膜防渗斜墙应一直铺设至连接段末并再延伸68m。 （3）两端均质堤防的连接面应挖成台阶状并以1:31:5的坡衔接，以利于分层压实。 3.与培厚加高堤段的连接 （1）复堤段新堤应与两端培厚加高堤段的堤轴线保持一致。 （2）先完成两端培厚加高断面。 （3）再按上述连接方法进行堤段的连接。 （三）堤线选择的原则 退堤还滩和裁弯取直段的堤防需要新建，该段堤线的选择十分重要，一般应遵循以下原则： 1.应与河势流向相适应，并与大洪水的主流线大致平行，宜保留适当宽度的滩地。 2.尽量避开软弱地基，古河道，强透水层地层，应选择土质较好的地基填筑堤防。 3.堤线力求平顺，不同堤段间应以平缓曲线相连接，不宜采用折线或急弯。 4.同一河段两岸堤防的间距或一岸高地与一岸堤防间的距离应大致相等，不宜突然放大或缩小。 5.堤线所在范围应尽可能拆迁量少。第三节 堤身填筑技术要求授课：XXX 无论是在新堤线上建新堤防，还是培厚加高原堤防，都应按堤防工程施工的有关规范进行施工，严格控制堤身填筑质量，改变以往堤防工程施工质量难以控制和保证的局面。 一、清基 1.新堤或培厚部分的地基 （1）应将表层的石块、淤泥腐殖土、杂填土、泥炭以及杂物等清除干净，并将堤基平整压实，清基范围应超出设计边线50cm。 （2）堤基如有房基、孔洞应彻底清除，所有坑洼应按堤身要求分层压实填平。 2.溃口地基 在将溃口的抛填物全部清理干净，直至地基，并将地基表层厚30cm的土挖除。 3.特殊地基 软基、强透水地基应进行专门处理，见第五章。 二、土料及材料的选择与设计 （一）均质堤土料 筑堤材料就地取材，因材设计，沼泽土、富含未完全分解有机质的土料不宜采用，采用膨胀性土，分散性粘土应作专门论证，一般粘土、亚粘土都可作为筑堤土料，优先选用粘性含量1530，塑性指数1020，天然含水率接近填筑最优含水率的亚粘土。要求不含砂、植物根茎、砖瓦、垃圾等杂物，浸水变形量小，渗透系数不大于1104cm/s，按重量计，水溶盐含量不大于3，有机质含量不大于5。填筑压实干密度ds：ds=dmax (2-11)式中 为压密度，1级堤防不应小于0.94；2级和高度超过6m的3级堤防不小于0.92； 3级以下及低于6m的3级堤防不小于0.90；dmax为标准击实仪击实试验最大干密度（g/cm3），同时得出最优含水率wop。最优含水率wop与最大干密度dmax可由两种方法得出，一是由标准击实试验得出，应尽量采用此法；二是通过以下公式计算，作为设计参考。授课：XXXwop=wp+BIp (2-12)式中 wp为塑限含水率（）；IP为塑性指数（%）；B为稠度系数，可采用0.2。dmax=Gs(1-Va)/(1+Gswop) (2-13)式中 GS为土粒比重；Va为压实土的含气率，粘土为0.05，亚粘土0.04-0.03。 得出dmax值后，由式（211）可得到填筑压实干密度ds，亦即设计要求达到的干密度。 如采用较轻的碾压机具，则应根据与施工碾压机具相应的击实试验或碾压试验曲线确定填筑干密度和最优含水率。一定压实功能下的最大干密度与最优含水率对应，若实际填土含水率与填筑最优含水率有较大偏差，则在同样的压实功能下，就达不到设计填筑压实干密度，所以实际填土含水率与填筑最优含水率的差值，应不小于3。填筑含水率是土堤填筑施工前控制填筑质量的重要指标之一，填筑干密度是检查、控制填筑质量的主要指标之一。 （二）复式堤防渗体土料 防渗体土料应选择粘粒含量不大于3040、渗透系数不大于1105cm/s的粘土，应不含杂质，水溶盐及有机质含量应分别小于3和5，天然含水率应接近填筑最优含水率。 （三）复式堤砂砾料 应选择耐风化，水稳性好，颗粒级配较好（连续性好，不均匀系数较大），透水性好，不易发生渗透变形，含泥量小于5的砂砾石或砾卵石。 砂砾石、砾卵石填筑的设计指标用相对密度Dr表示，一般Dr 应达到0.65，即中密程度。其碾压设备尽量采用振动碾。以相对密度Dr表示的填筑干密度d为：dmax=maxmin/(1-Dr)max+Drmin) (2-14)式中max、min分别为由试验得到的最大干密度与最小干密度。 （四）复式堤防渗土工膜 土工膜有单层土工膜与复合土工膜之分，常用的膜料材质是聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）。单层土工膜即仅有裸露的该层PE或PVC，复合土工膜则在PE或PVC的两侧或一侧粘合非织造针刺土工织物（俗称无纺土工布或无纺布），形成两布一膜或一布一膜的复合土工膜。授课：XXX 应优先选择复合土工膜，并且优先选择两布一膜型复合土工膜。因为两侧的无纺布不仅对中间的防渗膜起保护作用，而且沿其平面具有一定的排水功能，此外，无纺布与土料的摩擦角一般大于膜与土料的摩擦角。虽然复合土工膜的价格比单层土工膜稍贵，但从结构布置简单，施工便利、经久耐用的等方面综合考虑，采用复合土工膜是经济合理的。 堤防采用的PE或PVC膜料厚度范围为0.20.8mm，起保护、排水作用的无纺布的选取范围为150400g/m2。若采用复合土工膜，宜选择膜厚0.250.4mm，两侧无纺布各为200300g/m2；若采用单层土工膜，宜选择厚度0.50.8mm。 三、土料填筑的技术要求 （一）堤身压实参数的选定 在堤防除险加固工程正式开工以前，应尽量按选择的施工机械安排压实试验，通过试验选定铺土厚度、土块限制尺寸、含水率的适宜范围、压实方法和压实遍数。 在无试验资料时，铺土厚度和土块粒径的限制尺寸可参照表23选用。表23 铺土厚度和土块粒径的限制尺寸压实功能类型压实机具种类铺土的限制厚度（cm）土块的限制粒径（cm）轻型人工夯、机械夯15205510t平碾20258中型1215t平碾斗容2.5m3铲运机58t振动碾253010重型斗容7m3铲运机1016t振动碾加载气胎碾303515授课：XXX 砂砾料应尽量选择振动碾压实，图210为一均匀砾质砂的相对密度随深度分布情况，可供参考。 因当地条件所限选用履带拖拉机碾压时，为在压实过程中产生较大的振动力，一般拖拉机要用34挡速度，表24为某些土坝工程实际使用的经验，可供参考。图210 均匀砾质砂用振动碾压实的相对密度随深度分布情况表24 某些土坝用拖拉机压实的施工参数土类名称拖拉机型号履带单位压力（KPa）铺土厚度（cm）碾压遍数（遍）压实平均干密度（g/cm3）砂砾料C804840121.722.09砂砾料D7、D8、HD1443535061.72亚粘土C8048309101.65亚粘土C8048256101.621.65 （二）土料填筑的技术要求 1.含水率的处理 （1）低含水率的洒水处理 当土料的含水率比施工填筑最优含水率低，可在取土时用雾状水给土料加水，然后将土料堆置在另一处，搁置一定时间，使含水率均匀，即可用于填筑。 （2）高含水率的人工翻晒处理 选择适当的场地，用齿耙将土耙碎，坚硬粘土用铁铣切成厚12cm薄片，每层深1020cm，挖后使其相互架空晾晒，待表层稍干即打碎成小于23cm的土块，继续翻晒。表层稍干用铁铣翻动一次，如此反复，直至含水率降低到施工控制含水率范围为止。 2.卸、铺料 粘性土料宜用进占法或后退法卸料。砂砾料卸料高度不宜过大，如发生颗粒分离，应混合均匀。授课：XXX 铺土压实应从最低部位开始，按水平