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3. 土堤病害的处理
土堤病害的产生,往往不是一种原因产生的,一般是几种原因共同作用,几种病害同时发生。
3.1 渗流引起病害的处理
如前所述,渗流引起的病害统称渗透变形,都是发生在土堤持续挡高水位、堤内最高浸润线即将或已经形成的时候。处理的总原则是迎水坡堵截、减压,背水坡或脚导渗、抗压。由于水位高水深大,一般情况下,在迎水坡采取截渗措施比较困难,而是在渗流出口采取措施,保护渗流出口,不使遭受破坏,避免病害发展造成失事。
3.1.1 散浸的处理
散浸处理最有效的办法是用反滤层保护散浸出口。反滤层的层间粒经级配应满足四个要求:
a.各层内部颗粒不得移动;
b.较细一层的颗粒不得移动;
c.除极细颗粒外,被保护的土壤不应被带入细层;
d.允许带走的土壤,不应停留在反滤层内,以免反滤堵塞;
反滤层的结构,如(图五)。为满足条件①,反滤层同层内的粒料不均匀系数应满足 ;为满足条件②和③,相邻层间的粒料系数 ;为满足条件④,砂砾中小于0.15mm和碎石中小于5mm的颗粒含量不应超过5%,任何层中小于0.1mm的颗粒含量都不应超过5%。
:表示某一粒径,滤料中恰好有60%的颗粒小于这个粒径。 意义相仿。
、 :表示粗层和细层,或细层和被保护土壤的平均粒径。
反滤层都用于土堤挡高水位时,散浸面积大,土壤严重饱和的情况。如1983年和1998年汛期黄石西塞堤、合兴堤、二百二堤、鼎丰堤背水坡或脚散浸处,就是采取这种措施处理的,效果很好。
如果堤身宽大,散浸初起,土壤饱和不严重,可在内坡开沟,沟内按上述要求填滤料做成导滤沟,导滤沟有纵沟,斜沟和纵斜沟联合成“人”字沟三种,斜沟导滤范围大,收效快;“人”字沟具有斜沟的优点,又便于将渗水导出堤脚处,一般最为常用。
“人”字沟布置,如(图六)。沟深0.5~0.8m;沟宽0.3~0.8m,纵沟间距5~8m。1998年汛期黄石鼎丰堤普遍散浸,处理措施,大部分是“人”字沟法。
在采用导滤沟,反滤层措施处理散浸时,如果滤料用量大,材料供应或运输有困难时,还可用柴草代替滤料,具体做法是,在散浸部位的坡面上,完全铺一层厚5cm的稻草,上铺一层5~10cm厚的芦柴或细竹再盖一层草袋或稻草,然后表面覆土夯实;同样可用稻草包、芦柴、细竹做成导滤沟。
在做导滤层和导滤沟时,应该特别注意其上、下界线,上界必须在浸润线顶点稍上,下界必须直至堤脚处,这样才能将渗水全部导出堤外,控制散浸的发展。
3.1.2 流土、管涌的处理
流土、管涌表象相似,一般极难区分,为分别病害轻重,作适当的划分是必须的,利用渗流出口沙离沙丘的沙量平衡法来判别,通过1983年和1998汛期的实践证明,具有一定的可靠性。
具体做法是:根据现场量测,可粗略地得到沙离的体积 和沙丘的体积 ,如(图七),若 ,则说明渗水只带动了出口的砂土,可算为流土,若挡水位稳定或下落可暂时不处理;当 ,则表明堤基内部砂土已被水流带出,则管涌已经发生,则必须立即采取措施处理,如1983年汛期,西塞堤渗流出口带砂的险情多数属于流土,有部分未作处理而只是严密观察。
流土、管涌是由于渗透压力超过地层盖重,水冲破地层带砂出露而成。
渗透压力的大小决定于渗透坡降和透水体的土力学特性。对于某一挡水土体能否出现流土或管涌,常常用出现流土,管涌时的临界渗透水力坡降来判断(即 )。 的计算可用汰沙基经验公式估计:
——土粒比重,n:土壤孔隙率
这个公式,实质上是考虑动水压力和土的浮重平衡原理演变而来的。
当流土或管涌已经发生,则可以采取加重出口重盖的措施来处理,重盖的厚度可用力平衡原理建立公式来估算:
t:渗流某点以上重盖总厚度;
h:某点的渗透压力,以水柱高计;
r:为重盖材料(土、水和导滤料)的浮溶重。
K:安全系数,粘性土取1.5~2.0,非粘性土取2.0~2.5。
关于h值的确定,若有历年的渗透观测资料,可用实际资料分析估算:用现时浸润线坡度 ,减去渗流破坏坡度 ,乘以渗径长度L即是, 。如(图八)所示。
当无实测资料时,可以现场估算。估算的办法是:可在流土管涌出口点扣桶,让其水位升高最大值,此时流土管涌基本停止,则桶内水深即为h值,由于桶和土的接触面不可能绝对不漏水,因此此法所得h值应视实际情况适当加大。
有了上述估算方法,我们就可以按照流土管涌处理的总原则制定具体措施。
1983年汛期黄石西塞堤严重漏水。其上游堤段主要漏水处都集中在沟洼处。处理的措施:通过现场估算水位,一般在2cm左右,渗透压力不大,采取堵沟蓄水控制,水面稍低于地面,实际水深约0.3m时,流土管涌大部分停止。为防江水上涨,水中填铺砂、石导滤料0.2m(相当于低反滤围堰)。
3.1.3 脱坡的处理
脱坡的原因是滑动力超过了抗剪力。处理的原则是设法减小滑动力,增加抗剪力,其做法可归纳为“上部减载、下部压重”,如因渗流作用增加滑动时,必