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摘要:水利工程是用于控制和调配自然界的地表水和地下水，达到除害兴利目的而修建的工程。而堤防是水利工程建设中最常见的工程设施，堤防工程的施工技术事关千家万户切身利益、地方经济发展和社会民生实现，是确保工程施工质量的第一要务。本文通过对水利堤防工程的定义及种类、堤防施工中的防渗流技术以及堤防设施的崩塌和防护技术作了详细的阐述，以期为相关工作人员提供参考借鉴学习。
关键词:水利工程；堤防工程；防渗,防岸施工
改革开放以来，我国的社会经济得到了迅猛的发展，水利工程的发展也在不断加速中。而堤防的施工技术对于水利工程起到重要的作用，是国民经济的命脉。不仅关系到国民经济的发展，而且对广大人民群众的日常生活生产及生命财产安全具有十分重要的影响。如何保证堤防工程施工质量，把事故发生的概率和隐患降到最低，是水利工程施工建设前应首先考虑的问题。因此对水利工程的堤防施工技术展开探讨，于确保水利工程的质量有着重要作用。
1 水利堤防工程的定义及种类
堤防是世界上最早广为采用的一种重要防洪工程。筑堤是防御洪水泛滥，保护居民和工农业生产的主要措施。河堤约束洪水后，将洪水限制在行洪道内，使同等流量的水深增加，行洪流速增大，有利于泄洪排沙。堤防还可以抵挡风浪及抗御海潮。堤防按其修筑的位置不同，可分为河堤、江堤、湖堤、海堤以及水库、蓄滞洪区低洼地区的围堤等；按其功能可分为干堤、支堤、子堤、遥堤、隔堤、行洪堤、防洪堤、围堤（圩垸）、防浪堤等；按建筑材料可分为：土堤、石堤、土石混合堤和混凝土防洪墙等。
2 堤防施工中的防渗流技术
渗流是水利堤防工程常见的现象，防渗和排渗是施工建设中控制渗流的基本办法。防渗工程的两种基本型式为水平防渗和垂直防渗，鉴于堤防所处的特殊环境来说，由于水流的流量、流速和紊流的变化无常，传统的防渗方法显得应对不足，如:传统的堤岸防渗方法是在邻水的一侧作黏土铺盖防渗，这样的工程措施无法应对突如其来的洪水侵蚀，也有用建筑防渗墙的工程型式，具体是在堤防底部用防渗墙切断很深很厚的砂层，这样的工程虽然一定程度可以起到防渗作用，但缺点是费时费力，成本较高，而且会影响河床水体与两岸地下水体之间的互相补充交换。鉴于传统防渗方法的缺陷，可以采用在背水侧排渗的措施，具体是指在背水侧的堤防脚进行排渗减压，或者修筑类似压土平台设施。工程施工中可以采用建设排渗减压沟、减压井、浅滤沟或者截渗槽及排水沟、压土平台、防渗墙等。
a.排渗减压沟。堤基的结构多为二元层次的双层地基，因此，防渗工程施工中，覆盖土层不厚且为弱透水性时，可以在堤防侧面修筑排渗沟，排渗沟的深度应该深入砂层，这样可以有效消减承压水头，控制砂沸管涌事故的发生，排渗沟的挖沟地点一般位于堤防背水侧坡脚区域，如图1所示的防渗沟模型为美国堤防设计推荐的矩形沟，使用专用的挖沟填实施工设备，窄沟宽0.6～1.8m，防渗沟内的回填物料主要为达到设计标准的粗砂砾石等滤料；在靠近排渗沟底的地方还应安置有缝或者穿孔的集水管，要注意的是，为了防止回填滤料流入集水管内，可以在施工时，将集水管用30cm厚左右的砂粒滤料包围。在另外一些堤防的排渗工程中，也可以将排渗沟布置在堤内坡之下，再以水平排水褥垫引出渗流，这样的施工方法降低了堤坡内的浸润线。
b.减压井。水利工程建设堤防时遇到的弱透水土层一般的厚度均大于4m，即便在这种土层覆盖较厚的情况下，仍有渗水冒砂管涌险情发生的可能。这时，采取的工程防渗措施是建设较深的减压井列，这种减压井列可以有效消减砂层中的承压水头。在减压井列的位置选择上，一般选在堤岸坡脚附近较薄的区域，井间距控制在20cm左右。
施工的时候，也需要注重几个问题:○a钻孔尽可能不使用泥浆作为护壁，因为泥浆的加入会导致排水减压效果变差；○b要重视钻孔的土层结构及层位分布情况；○c如果井管处于极细粉砂土层带中，减压井管不能使用开孔管，因为开孔管会导致大量泥沙涌进井管，使有效下部井管失效。
c.浅滤沟或截渗槽及排水沟。如果在堤防下部的浅层地基中，出现薄层的透水性强于堤身，施工中可以在背水堤的脚下建设浅滤沟管排水减压，如图2所示为一个典型河堤加固工程的示意图，在开孔或者有缝的集水管外围填充砂砾滤层，然后覆盖黏土将其夯实，防渗效果同样明显。采用截渗槽，在迎水侧坡的黏土斜墙截断浅层夹砂层的工程防渗措施。
d.压土平台。水利堤防工程中，在堤后增设压土平台可以有效消除堤防后地面上可能发生的砂沸管涌险情，这种施工技术可靠、简单易行，只需要压土的自重大于压土层下部的承压水头便可以，这种工程型式在一些取土方便的农村堤防以及提取江河泥沙方便的江河堤防中较为适宜，例如:在长江堤防上进行的吹填工程以及在黄河流域的放淤作业等。其压土宽度用作计算并考虑原有覆盖土层的厚度变化，如图3所示，压土平台的宽度也应足够长，用以应对渗流而产生的砂沸管涌现象。
e.防渗墙。防渗墙在消减水头和渗流量方面较上述的排渗与压渗措施更为有效，垂直方向的防渗板墙在性能上强于水平防渗设施。如果弱透水覆盖土层下有深厚强透水砂基，自然是悬挂式板墙为宜，它不影响内外水力联系，洪水时两侧广大地区砂基有蓄洪滞洪的作用，洪水过后也不阻拦内涝的消退；同时对制止和延缓堤后管涌险情的继续发展具有决定性作用。
如图4所示，防渗板墙的建设位置，若建设在堤前坡的①位置，则需要压实加厚该区域的黏土并注意防止水流的冲刷；若考虑到堤身，则可以选取位置②，因为洪水位边线之下的堤基渗流坡降最大；如果堤防施工不便时，可以考虑堤顶的位置③处，堤后坡脚位置④对消减堤后出渗坡降和管涌险情的效果最为明显。
3 堤防设施的崩塌和防护技术
河流的迎流顶冲处常会引起崩岸滑坡，长江中下游江堤3600km中，崩岸长度就有1500km。同样，流经黄土高原的黄河，沿岸黄土的垂直崩塌也很常见。崩岸的发展自然会危及到大堤的安全，因此防止大江大河的崩岸滑坡也是保证大堤安全的前提。堤岸防护工程从治河布局方面考虑，主要有平顺护岸工程，以遏制近岸崩塌的可能性；矶头、坝垛守点工程，谋求逐步连线的护岸；丁坝群改造岸线工程等。从工程结构上考虑，主要有护坡式、挡土墙或者板桩墙式和控导水流坝工式。下面介绍几种常见的护岸防冲工程施工类型。
a.抛石护岸堤工程。抛石护岸工程常用于崩岸抢险，而单纯的抛石抢险只是暂时的，但抛石层内仍有流速及紊动水流的掏刷，同时还有岸坡地下水渗流的冲蚀，因此需要垫层、滤层或者土工织物保护抛石层下泥土的稳定性，如图5所示，抛石层厚0.6m，砌石可小到0.4m，其下垫层和土工织物厚0.1～0.15m。水上施工的坡面陡缓由土质决定，在抛石的休止角35°～42°之间设计，抛石护坡不宜陡于1:1.3。
式中vb——块石与基土接触面处的流速；
S——水力坡降；
D50——抛石平均直径；
n——糙率系数，n=0.020～0.025。
由上式可以估算，河床粉细沙将被紊流冲刷，所以抛石护岸护坡工程多采用垫层技术。
b.砌块和石笼护坡技术。人工铺砌块石和利用碎块石料以网筋包装成石笼或者排垫护坡，更好地利用了开采的大小石料。
人工铺干砌块石护坡与抛石相比，受到水上施工的限制，表面平整，受流水冲击较小，但比抛石坡面的波浪爬高大50%左右。砌石方法技术很多，常见有单层铺设护坡，排放大石块表面平整，小石块挤塞缝隙。英国和苏联学者均提出了各自的计算公式，用以作为工程施工中单层砌块石护坡厚度标准。
浆砌块石，其结构是将沥青胶黏物、水泥砂浆等灌入块石的缝隙中，这样就可以将块石连接块成护面整体结构，浆砌块石的特点是抗冲击能力强，开采的大小石块均可以使用到工程中。如果需要做不透水处理，施工中应该保留一部分冒水孔。具体的施工技术方法为:使用较干灰浆灌入所有缝隙，只需露出块石表面即可；然后将较稀的灰浆注入块石间的所有缝隙中；最后使用手工填塞灰浆逐一勾缝，这样既达到了牢固的要求，而且整体美观。
石笼护坡，常以铁丝、钢筋、聚合物筋等编成网状箱、笼、排垫等形状充填石块，即为石箱、石笼、石排等，有柔性透水优点，常用于防冲及浪击的护岸、护底、护坡工程。如图6所示，石笼一般尺寸为长3～4m，宽1～3m，厚0.3～1.0m，大面积薄的石排(小于0.5m)作为排垫时可编好网状先铺在坡面上，然后充填石块、碎石，再封闭上口。石笼的破坏多是石块受到来回摇动，割断网筋或者铁丝锈蚀。
除了上述几种护坡施工技术外，还有块体铺面护坡、种草植树护坡、充填混凝土护坡、现场浇铺混凝土板护坡、沥青护坡、丁坝挑流防护堤岸和重力墙护岸等几种施工技术手段。
4 结语
总而言之，水利工程是确保国民经济的发展，保障人们生活生产正常进行的重要民生工程，其中堤防在水利工程中扮演者不可替代的重要角色，其设计和专业技术方法的运用直接关系到整个水利工程的质量及功能效益的发挥。因此，在水利工程建设过程中，有关人员要强化自身的专业水平，对堤防施工中的防渗流技术以及堤防设施的崩塌和防护技术掌握到位，确保工程质量，从而提高堤防工程建设的经济效益和社会效益。
参考文献
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[2] 朱治平.水利堤防工程施工技术分析[J].建筑•建材•装饰, 2015(2):185-185.
[3] 张沙沙.浅谈水利堤防工程施工技术要点[J].建筑知识:学术刊, 2013(7):488-488.
论文作者:伍德
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/24
标签：堤防论文; 护坡论文; 工程论文; 渗沟论文; 防渗论文; 护岸论文; 水利工程论文; 《基层建设》2016年35期论文;