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LOGO第三章 江河湖土堤设计计算主讲人: 段祥宝 南京水利科学研究院水文水资源及水利工程科学国家重点实验室 2010 年 12月 26 日毛昶熙 段祥宝堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿v （i i）堤体内有软弱夹层或堤底有）堤体内有软弱夹层或堤底有淤泥层，降低堤体抗滑稳定性，淤泥层，降低堤体抗滑稳定性，会发生小圆弧加大圆弧或直线复会发生小圆弧加大圆弧或直线复合滑动面或折线滑动面滑坡。合滑动面或折线滑动面滑坡。v （j j）堤坝肩堆积静荷载，将助长）堤坝肩堆积静荷载，将助长堤坡滑动或造成堤肩的局部滑坍堤坡滑动或造成堤肩的局部滑坍破坏。破坏。v （k k）堤坝肩的活荷载振动将使坡）堤坝肩的活荷载振动将使坡顶局部破坏，同样在地震的作用顶局部破坏，同样在地震的作用下，也将造成顺堤坝方向的裂缝下，也将造成顺堤坝方向的裂缝及大滑坡。及大滑坡。v （l l）坡脚下挖危及边坡的稳定性。）坡脚下挖危及边坡的稳定性。3.1 土堤的破坏形式土堤的破坏形式堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿F堤坝岸坡的破坏形堤坝岸坡的破坏形式，式，( (a a)()(d d) )是明显是明显的渗流破坏的渗流破坏F( (e e)()(i i) )也是与渗流孔也是与渗流孔隙水压力密切相关隙水压力密切相关的，说明渗流对边的，说明渗流对边坡土体破坏的重要坡土体破坏的重要性。性。F19981998年长江洪水险年长江洪水险情有情有8585以上是渗以上是渗流 险 情 ， 其 中 有流 险 情 ， 其 中 有62.462.4是管涌险情，是管涌险情，而且遭致溃口决堤而且遭致溃口决堤的几处堤防都是源的几处堤防都是源于管涌险情于管涌险情。3.1 土堤的破坏形式土堤的破坏形式堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿土堤岸坡的土堤岸坡的1212种破坏形式种破坏形式大致可将渗流破坏性分为：大致可将渗流破坏性分为：v （1 1）个别部位的集中渗流冲刷。个别部位的集中渗流冲刷。即由于大的渗压或出渗坡降即由于大的渗压或出渗坡降使地基或坡面发生管涌或流土的冲蚀或渗透变形；继而沿着渗使地基或坡面发生管涌或流土的冲蚀或渗透变形；继而沿着渗流阻力小的薄弱环节向上游发展，例如夹砂层或不同土层的接流阻力小的薄弱环节向上游发展，例如夹砂层或不同土层的接触面等会被渗流冲蚀形成管涌通道，甚至堤破溃决。触面等会被渗流冲蚀形成管涌通道，甚至堤破溃决。v （2 2）整个渗流范围内的滑坡整个渗流范围内的滑坡。即由于普遍存在的孔隙水压力。即由于普遍存在的孔隙水压力或渗透力所造成的大体积土体滑动；多发生在浸润线高、孔隙或渗透力所造成的大体积土体滑动；多发生在浸润线高、孔隙水压力消散慢的较陡粘性土坡。水压力消散慢的较陡粘性土坡。v 管涌与滑坡是代表土体渗流破坏的两种基本类型，也只有满足管涌与滑坡是代表土体渗流破坏的两种基本类型，也只有满足这两种渗流稳定性（局部与整体），才称得上渗流安全。这两种渗流稳定性（局部与整体），才称得上渗流安全。3.1 土堤的破坏形式土堤的破坏形式堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿护坡面层局部破坏形式护坡面层局部破坏形式 ：（a a）为波浪冲击局部坏，）为波浪冲击局部坏，（b b）水流冲刷局部坏，）水流冲刷局部坏，（c c）护坡块体被渗流承压水）护坡块体被渗流承压水顶出，顶出，（d d）块体下基土冲蚀下滑，）块体下基土冲蚀下滑，（e e）抛石护坡下基土流失，）抛石护坡下基土流失，（f f）护坡面层浪击或沉陷变）护坡面层浪击或沉陷变形。形。3.1 土堤的破坏形式土堤的破坏形式堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿图图3.2 护坡面层破坏形式护坡面层破坏形式F堤防的破坏力主要是水入侵使土体失去平衡堤防的破坏力主要是水入侵使土体失去平衡F外水直接冲击坡面见第外水直接冲击坡面见第6章叙述外章叙述外F本章主要讨论内水渗流作用力，即静水压力与动水压本章主要讨论内水渗流作用力，即静水压力与动水压力（或超静水压力），两者都是孔隙水所传递的，它力（或超静水压力），两者都是孔隙水所传递的，它们通称为孔隙水压力，密切关系着土体的渗流稳定性。们通称为孔隙水压力，密切关系着土体的渗流稳定性。例如局部的管涌、流土等的渗透变形问题或整体性的例如局部的管涌、流土等的渗透变形问题或整体性的滑坡，崩岸问题，都与孔隙水流动的渗流作用力密切滑坡，崩岸问题，都与孔隙水流动的渗流作用力密切相关；而且在渗流力的应用中还有误解。相关；而且在渗流力的应用中还有误解。F下面简要介绍概念。下面简要介绍概念。3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿v3.2.1 3.2.1 渗流作用力及其分解渗流作用力及其分解v3.2.1.1 3.2.1.1 单位渗流作用力单位渗流作用力v3.2.1.2 3.2.1.2 力的分解力的分解v3.2.2 3.2.2 渗流的两个分力及其破坏性渗流的两个分力及其破坏性v3.2.3 3.2.3 渗透力与边界水压力的转换关系渗透力与边界水压力的转换关系v3.2.4 3.2.4 单位土体渗流各力的图示与平衡算法单位土体渗流各力的图示与平衡算法3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿F 达西定律条件下，可概括为二：即垂直于颗粒周界表面的动水压力（图达西定律条件下，可概括为二：即垂直于颗粒周界表面的动水压力（图( (a a) )）和与颗粒表面相切的水流摩擦剪应力（图和与颗粒表面相切的水流摩擦剪应力（图( (b b) )）。这两个力经过对颗粒表面）。这两个力经过对颗粒表面进行积分都可各用一个向量和代表，并得其合力（图进行积分都可各用一个向量和代表，并得其合力（图(c)(c)）。）。F 此合力可称为渗流作用力，该力作用到每个颗粒上的大小和方向各有不同。此合力可称为渗流作用力，该力作用到每个颗粒上的大小和方向各有不同。如果考虑体积为如果考虑体积为V V的土体，则可将其中各土粒所受的力几何相加再除以体积的土体，则可将其中各土粒所受的力几何相加再除以体积即得单位体积土体中固相颗粒所受的渗流作用力为即得单位体积土体中固相颗粒所受的渗流作用力为Vff03.2.1 3.2.1 渗流作用力及其分解渗流作用力及其分解F（1 1）单位渗流作用力）单位渗流作用力3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿图图3.3 颗粒上的渗流作用力颗粒上的渗流作用力常把这个渗流作用力常把这个渗流作用力f f分解成两分解成两个方向的两个分力，例如图个方向的两个分力，例如图3.4 (3.4 (a a) )所示，把单位体积的土所示，把单位体积的土体所受渗流作用力体所受渗流作用力f f分成垂直分成垂直于等压力线的分力与沿流线于等压力线的分力与沿流线方向的分力。但是从渗流场方向的分力。但是从渗流场的方便来说，则以分成铅直的方便来说，则以分成铅直向上的分力与沿流线方向的向上的分力与沿流线方向的分力为好，如图分力为好，如图3.4 (3.4 (b b) )所示。所示。也就是分解成静水压力所产也就是分解成静水压力所产生的浮力生的浮力u u与动水压力所产与动水压力所产生的渗透力生的渗透力fs fs 。在研究渗透。在研究渗透稳定性问题时经常只考虑这稳定性问题时经常只考虑这两个分力，而不再去涉及到两个分力，而不再去涉及到合力合力f f了。了。3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.2.1 3.2.1 渗流作用力及其分解渗流作用力及其分解F（1 1）单位渗流作用力）单位渗流作用力图3.4 单位土体中颗粒所受渗流作用力的分解图图3.4 (3.4 (b b) )所示力的分解，其沿所示力的分解，其沿流向的分力即动水压力作用流向的分力即动水压力作用到土体颗粒骨架上的渗透力，到土体颗粒骨架上的渗透力，其值为其值为f fs =w s =w J J，可称为单位，可称为单位渗透力；另一分力是习惯上渗透力；另一分力是习惯上的上举力或静水浮力，其方的上举力或静水浮力，其方向铅直向上，即向铅直向上，即u u = (1- = (1-n n) ) w w。后面分解的这两个体积力后面分解的这两个体积力f fs s和和u u是渗流场研究方面所习是渗流场研究方面所习用的，它们不仅使土粒骨架用的，它们不仅使土粒骨架本身受到浮力和拖引力，同本身受到浮力和拖引力，同样也使整块土体受到这两力样也使整块土体受到这两力的作用。的作用。3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.2.1 3.2.1 渗流作用力及其分解渗流作用力及其分解F（1 1）单位渗流作用力）单位渗流作用力图3.4 单位土体中颗粒所受渗流作用力的分解除此渗流两分解力之外，考虑除此渗流两分解力之外，考虑到平衡计算就又有土体的干到平衡计算就又有土体的干容重容重d d，或者用单位土体中，或者用单位土体中的颗粒重表示为（的颗粒重表示为（1 1n n）g g，这里这里g g为骨架颗粒的单位重为骨架颗粒的单位重（容重）。求其简便就又把（容重）。求其简便就又把土重和浮力两铅直力迭加起土重和浮力两铅直力迭加起来，记其浮重。若为湿土，来，记其浮重。若为湿土，则式中则式中n n应理解为有效孔隙应理解为有效孔隙率（充水孔隙率或饱和不足率（充水孔隙率或饱和不足度），更小；若为饱和土度），更小；若为饱和土s s，则则n n = 0 = 0，所以在饱和渗流区，所以在饱和渗流区总是用单位土体浮重计算稳总是用单位土体浮重计算稳定性。定性。3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.2.1 3.2.1 渗流作用力及其分解渗流作用力及其分解F（1 1）单位渗流作用力）单位渗流作用力图3.4 单位土体中颗粒所受渗流作用力的分解除此渗流两分解力之外，考虑除此渗流两分解力之外，考虑到平衡计算就又有土体的干到平衡计算就又有土体的干容重容重d d，或者用单位土体中，或者用单位土体中的颗粒重表示为（的颗粒重表示为（1 1n n）g g，这里这里g g为骨架颗粒的单位重为骨架颗粒的单位重（容重）。求其简便就又把（容重）。求其简便就又把土重和浮力两铅直力迭加起土重和浮力两铅直力迭加起来，记其浮重。若为湿土，来，记其浮重。若为湿土，则式中则式中n n应理解为有效孔隙应理解为有效孔隙率（充水孔隙率或饱和不足率（充水孔隙率或饱和不足度），更小；若为饱和土度），更小；若为饱和土s s，则则n n = 0 = 0，所以在饱和渗流区，所以在饱和渗流区总是用单位土体浮重计算稳总是用单位土体浮重计算稳定性。定性。3.2 3.2 渗流破坏力或作用力渗流破坏力或作用力堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.2.2 3.2.2 渗流的两个分力及破坏性渗流的两个分力及破坏性图3.4 单位土体中颗粒所受渗流作用力的分解v3.3 3.3 渗流控制渗流控制v3.3.13.3.1渗流控制要求渗流控制要求v3.3.2 3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v3.3.2.1 3.3.2.1 排渗减压沟排渗减压沟v3.3.2.2 3.3.2.2 减压井减压井v3.3.2.3 3.3.2.3 浅滤沟或截渗槽及排水沟浅滤沟或截渗槽及排水沟v3.3.2.4 3.3.2.4 压土平台压土平台v3.3.2.5 3.3.2.5 防渗墙防渗墙v3.3.2.6 3.3.2.6 防渗铺盖防渗铺盖3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.1 渗流控制要求渗流控制要求v 通过计算、试验和探测查明渗流场分布，确定下列水力因素：通过计算、试验和探测查明渗流场分布，确定下列水力因素：v （1 1）渗流水头（或压力及浸润线）渗流水头（或压力及浸润线）；对于堤基砂层中的有压渗流需要对于堤基砂层中的有压渗流需要知道其承压水头分布，以便验算顶破弱透水覆盖土层发生管涌的可能性；对于堤身知道其承压水头分布，以便验算顶破弱透水覆盖土层发生管涌的可能性；对于堤身的无压渗流需要知道浸润线位置和渗流压力分布，以便核算滑坡的可能性等。的无压渗流需要知道浸润线位置和渗流压力分布，以便核算滑坡的可能性等。v （2 2）渗流坡降（或流速及渗透力）渗流坡降（或流速及渗透力）：渗流的动水压力所产生的渗透力渗流的动水压力所产生的渗透力大小决定于渗流坡降，因此首先应知道背水坡及坡脚附近地面的出渗坡降，以便考大小决定于渗流坡降，因此首先应知道背水坡及坡脚附近地面的出渗坡降，以便考虑是否需要压盖或滤层防护出渗发生管涌的可能性；对于堤基砂层应知其渗流坡降虑是否需要压盖或滤层防护出渗发生管涌的可能性；对于堤基砂层应知其渗流坡降分布，以便考虑管涌会否发展影响地基的稳定性，甚至细颗被渗流冲蚀带走后，形分布，以便考虑管涌会否发展影响地基的稳定性，甚至细颗被渗流冲蚀带走后，形成冲沟通道，有造成溃口的可能。成冲沟通道，有造成溃口的可能。v （3 3）渗流量：）渗流量：有时需要知道穿过堤基的渗流量，以便估算与生态平衡有关的有时需要知道穿过堤基的渗流量，以便估算与生态平衡有关的内外水力联系，或者检验防渗的效果以及设计排水设备尺寸的参考。内外水力联系，或者检验防渗的效果以及设计排水设备尺寸的参考。v渗流控制的任务要求概括为：控制水头或浸润线、渗渗流控制的任务要求概括为：控制水头或浸润线、渗流坡降或流速和渗流量三者在允许值范围内。流坡降或流速和渗流量三者在允许值范围内。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 渗流控制基本方法渗流控制基本方法：防渗与排渗，并在渗流出口等部位设滤层：防渗与排渗，并在渗流出口等部位设滤层保护。保护。v 防渗措施防渗措施：垂直和水平两种基本形式。对于堤防来说，由于河：垂直和水平两种基本形式。对于堤防来说，由于河床演变冲淤无常，在临水侧作粘土铺盖防渗有时不可靠，而在床演变冲淤无常，在临水侧作粘土铺盖防渗有时不可靠，而在堤防底下用防渗墙切断很深的砂层，既不经济，又会影响低水堤防底下用防渗墙切断很深的砂层，既不经济，又会影响低水位时两岸地下水的消退，因此最好是在背水侧采用排渗措施，位时两岸地下水的消退，因此最好是在背水侧采用排渗措施，即在背水堤脚排渗减压或压土平台为主，必要时再截渗防渗。即在背水堤脚排渗减压或压土平台为主，必要时再截渗防渗。v 总之，堤防的渗流控制，原则上不外总之，堤防的渗流控制，原则上不外“排、压、截（防）排、压、截（防）”三三途径，它们的适用性决定于堤基土层分布与要求。途径，它们的适用性决定于堤基土层分布与要求。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 排渗减压沟排渗减压沟v 堤基多是二元结构双层地基，当弱透水覆盖土层不厚时，可堤基多是二元结构双层地基，当弱透水覆盖土层不厚时，可挖排渗沟深入砂层消减承压水头和砂沸管涌现象，挖沟地点在挖排渗沟深入砂层消减承压水头和砂沸管涌现象，挖沟地点在堤防背水侧坡脚处。堤防背水侧坡脚处。v 如图如图3.73.7所示为美国堤防设计推荐的矩形沟所示为美国堤防设计推荐的矩形沟1111，有专用的挖沟，有专用的挖沟填实施工设备，窄沟宽填实施工设备，窄沟宽0.61.8m0.61.8m，沟内回填符合标准的粗砂砾，沟内回填符合标准的粗砂砾石滤料；靠近沟底还可布设有缝或穿孔的集水管，但此管必须石滤料；靠近沟底还可布设有缝或穿孔的集水管，但此管必须有有30cm30cm厚左右的砂砾滤料包围，免得回填砂进入管内。回填厚左右的砂砾滤料包围，免得回填砂进入管内。回填砂砾料不宜过分夯实，免得降低透水性，集水管的大小决定于砂砾料不宜过分夯实，免得降低透水性，集水管的大小决定于排出的渗流量。排出的渗流量。v 有时把排渗沟布置在堤内坡之下，再以水平排水褥垫引出渗流，有时把排渗沟布置在堤内坡之下，再以水平排水褥垫引出渗流，如图如图3.83.8所示，此时更可降低堤坡内的浸润线。所示，此时更可降低堤坡内的浸润线。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 排渗减压沟排渗减压沟 3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿图图3.7 背水堤脚减压沟背水堤脚减压沟 图图3.8 堤内褥垫减压沟堤内褥垫减压沟3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 我国施工限制，多挖梯形排渗沟，沟内再回填砂砾料，如图我国施工限制，多挖梯形排渗沟，沟内再回填砂砾料，如图3.93.9为为19951995年某江堤一施工断面，由于挖沟未深入强透水砂层（应年某江堤一施工断面，由于挖沟未深入强透水砂层（应深入至少深入至少0.5m0.5m），回填粗砂砾石料又欠妥，沟底透水性差，沟），回填粗砂砾石料又欠妥，沟底透水性差，沟顶路面通车会振动细粒料下沉减小透水性和排水等原因，所以顶路面通车会振动细粒料下沉减小透水性和排水等原因，所以洪水时堤内农田砂沸管涌严重。经过随后的渗流计算分析如图洪水时堤内农田砂沸管涌严重。经过随后的渗流计算分析如图示的等势线分布，沟后剩余水头仍有示的等势线分布，沟后剩余水头仍有30%30%以上，说明排渗减压以上，说明排渗减压效果不大。效果不大。v 图图3.9 3.9 减压沟实例分析减压沟实例分析3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 排渗沟不回填作为明沟排水减压的也属不少，只需作好沟底边排渗沟不回填作为明沟排水减压的也属不少，只需作好沟底边坡的滤层；但维护管理不易，也有风沙泥污水侵入淤积堵塞失坡的滤层；但维护管理不易，也有风沙泥污水侵入淤积堵塞失效之患。因此可挖筑成暗沟排渗，如图效之患。因此可挖筑成暗沟排渗，如图3.103.10所示为新沂河大堤所示为新沂河大堤暗沟排渗成功的一例，沟底深入强透水砂层暗沟排渗成功的一例，沟底深入强透水砂层0.51.0m0.51.0m，滤层施，滤层施工严格，效果显著。工严格，效果显著。v 排渗沟沿堤脚输水一段长度设有出口集水设备，需按照输水量排渗沟沿堤脚输水一段长度设有出口集水设备，需按照输水量和出口处地形设计，也是一个方便管理，发挥排渗减压功效的和出口处地形设计，也是一个方便管理，发挥排渗减压功效的关键性问题。关键性问题。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿图图3.10 减压暗沟实例减压暗沟实例3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v（2 2）减压井）减压井v当弱透水覆盖土层较厚（当弱透水覆盖土层较厚（3 4m3 4m以上），但不均匀，以上），但不均匀，仍会出现渗水冒砂管涌险情，此时可采用较深的减压仍会出现渗水冒砂管涌险情，此时可采用较深的减压井列措施（参见图井列措施（参见图3.73.7，沟改井）消减砂层中的承压水，沟改井）消减砂层中的承压水头。井列位置也可选在堤坡脚附近较薄处；井间距可头。井列位置也可选在堤坡脚附近较薄处；井间距可选取选取20m20m左右，与井深、井径有关。左右，与井深、井径有关。v减压井列的优点减压井列的优点: :补打方便；补打方便；缺点缺点: :易淤堵，效果渐减。易淤堵，效果渐减。因此设计施工都必须注意到泥污水、铁锈水、细菌生因此设计施工都必须注意到泥污水、铁锈水、细菌生长等的淤堵和碳酸盐类对井管腐蚀的可能性以及将来长等的淤堵和碳酸盐类对井管腐蚀的可能性以及将来设法洗井增大出水量的考虑。设法洗井增大出水量的考虑。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v（2 2）减压井）减压井v 美国密西西比河大堤采用减压井较早，最近建议的井结构设计美国密西西比河大堤采用减压井较早，最近建议的井结构设计如图如图3.113.11所示所示1111要点如下：要点如下：v （a a）井管：透水孔眼井管恰在透水砂层顶面之下开始，向下）井管：透水孔眼井管恰在透水砂层顶面之下开始，向下到井底，孔眼井管向上为上升管到地面。在砂层中遇有极细粉到井底，孔眼井管向上为上升管到地面。在砂层中遇有极细粉砂区间应换为不开孔眼的井管。井管多是不锈钢或塑料的，不砂区间应换为不开孔眼的井管。井管多是不锈钢或塑料的，不过塑料管还有被损坏的可能。过塑料管还有被损坏的可能。v （b b）滤层：包围井管的滤层必须按照滤层规格施工，回填粗）滤层：包围井管的滤层必须按照滤层规格施工，回填粗砾石滤层应均匀，厚度至少砾石滤层应均匀，厚度至少15cm15cm，越过砂层顶面至少，越过砂层顶面至少60cm60cm，在，在孔眼井管底面以下至少孔眼井管底面以下至少120cm120cm。在砾石滤层顶面以上到混凝土。在砾石滤层顶面以上到混凝土或不透水回填底面之间可以填砂。或不透水回填底面之间可以填砂。v （c c）配件：防止内涝泥污水回灌、杂物酸类侵入和人为的破）配件：防止内涝泥污水回灌、杂物酸类侵入和人为的破坏等导致失效，每口井顶端配有铝制阀、橡皮垫片、塑料立管坏等导致失效，每口井顶端配有铝制阀、橡皮垫片、塑料立管和和V V形量水堰以及金属网、栅栏等附属设备。立管出流的高程形量水堰以及金属网、栅栏等附属设备。立管出流的高程应服从设计要求。应服从设计要求。v 图图3.11 3.11 减压井结构减压井结构3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 减压井的运用成功经验在于钻孔、回填的方法和维护管理，否减压井的运用成功经验在于钻孔、回填的方法和维护管理，否则就达不到预期的效果。则就达不到预期的效果。v 我国减压井存在的问题：我国减压井存在的问题：v 施工方面施工方面，有的钻孔采用了泥浆护壁，结果排水减压效果差；，有的钻孔采用了泥浆护壁，结果排水减压效果差；有的装填滤层逐渐发生淤堵失效；有的未重视钻孔土层分布情有的装填滤层逐渐发生淤堵失效；有的未重视钻孔土层分布情况，极细粉砂土层带中的井管仍是开孔管，导致大量泥砂涌进况，极细粉砂土层带中的井管仍是开孔管，导致大量泥砂涌进井管，使最有效下部井管失效；有的忽略了覆盖土层中的夹砂井管，使最有效下部井管失效；有的忽略了覆盖土层中的夹砂层，该段井管仍是不开孔盲管，致使减压效果减小；有的管段层，该段井管仍是不开孔盲管，致使减压效果减小；有的管段接头加工损坏等。接头加工损坏等。v 设计方面，设计方面，有的井深未深入到下部强透水带，作用小；减压井有的井深未深入到下部强透水带，作用小；减压井底部有较长（底部有较长（12m12m）的所谓沉淀管，丧失了最有效的下部该段）的所谓沉淀管，丧失了最有效的下部该段管的减压作用；设计井口高出地面较高、井管细、铁管锈蚀等管的减压作用；设计井口高出地面较高、井管细、铁管锈蚀等影响出水量；井的上端出口也很少像图影响出水量；井的上端出口也很少像图3.113.11所示注意到管理维所示注意到管理维护设计的。也很少考虑到铁锈水、物化淤堵的设计。护设计的。也很少考虑到铁锈水、物化淤堵的设计。v 还有还有管理上的难度管理上的难度等原因。使得我国对减压井的认识发生疑虑。等原因。使得我国对减压井的认识发生疑虑。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v （3 3）浅滤沟或截渗槽及排水沟）浅滤沟或截渗槽及排水沟v 堤底下浅层地基中遇有薄层比堤身透水性强时，则可在背水堤脚下挖设浅堤底下浅层地基中遇有薄层比堤身透水性强时，则可在背水堤脚下挖设浅滤沟管排水减压，如图滤沟管排水减压，如图3.123.12所示为新沂河大堤加固一例。开孔或有缝集水管所示为新沂河大堤加固一例。开孔或有缝集水管外包围砂砾滤层后，再覆盖粘土夯实。具有同样效果，此时也可以采用截外包围砂砾滤层后，再覆盖粘土夯实。具有同样效果，此时也可以采用截渗槽或迎水侧坡粘土斜墙截断浅层夹砂层的防渗措施，如图渗槽或迎水侧坡粘土斜墙截断浅层夹砂层的防渗措施，如图3.123.12中的虚线所中的虚线所示。示。v 即使没有强透水地基，如一般堤坝和开挖公路的坡脚，也都需要布置排水即使没有强透水地基，如一般堤坝和开挖公路的坡脚，也都需要布置排水沟，可采用暗沟、暗管方式，如图沟，可采用暗沟、暗管方式，如图3.133.13所示。所示。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿图图3.12 浅滤沟浅滤沟 图图3.13 坡脚排水沟坡脚排水沟3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v （4 4）压土平台）压土平台v 消除堤后地面砂沸管涌险情的最可靠、简易、一劳永逸、有安消除堤后地面砂沸管涌险情的最可靠、简易、一劳永逸、有安全感的方案可能就是堤后的压土平台，只要压土重胜过其下的全感的方案可能就是堤后的压土平台，只要压土重胜过其下的承压水头即可，特别适用于抽吸江河泥沙方便的河流或取土方承压水头即可，特别适用于抽吸江河泥沙方便的河流或取土方便的农村堤防的加固，如长江堤防的吹填工程和黄河的放淤等。便的农村堤防的加固，如长江堤防的吹填工程和黄河的放淤等。其压土宽度应作计算并考虑原有覆盖土层的厚度变化，如图其压土宽度应作计算并考虑原有覆盖土层的厚度变化，如图3.143.14所示上图缺少一段压土宽度将会导致渗流更集中出渗砂沸所示上图缺少一段压土宽度将会导致渗流更集中出渗砂沸管涌，势必延长压土平台如图管涌，势必延长压土平台如图3.143.14下图所示。下图所示。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿v 图图3.14 压土平台压土平台3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 压土平台类别取决于压盖材料如下：压土平台类别取决于压盖材料如下：v （a a）不透水压台：）不透水压台：可澈底消除渗水，但会增大底下的承压水可澈底消除渗水，但会增大底下的承压水头，使得压盖厚度和宽度加大。头，使得压盖厚度和宽度加大。v （b b）半透水压台）半透水压台：压盖半透水土料或与原覆盖土层类同的土：压盖半透水土料或与原覆盖土层类同的土料，压台上仍会出现渗水，也将增大渗流阻力，使底下的承压料，压台上仍会出现渗水，也将增大渗流阻力，使底下的承压水头略增大。水头略增大。v （c c）透水砂料压台）透水砂料压台：不增加原有的承压水头，节约压土料，：不增加原有的承压水头，节约压土料，但压砂平台排水不足时，顶面渗水，湿潮。但压砂平台排水不足时，顶面渗水，湿潮。v （d d）自由排水压台）自由排水压台：在正规水平排水粗砂砾石层上的随便填：在正规水平排水粗砂砾石层上的随便填压平台，并有末端的孔眼集水管系统，类似土坝底的水平褥垫压平台，并有末端的孔眼集水管系统，类似土坝底的水平褥垫排水。此时在同样减压效果下，压料厚度及宽度最小，但投资排水。此时在同样减压效果下，压料厚度及宽度最小，但投资大，采用者少。大，采用者少。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v 目前我国采用压土平台的压渗措施渐多，但均是就地取土料，目前我国采用压土平台的压渗措施渐多，但均是就地取土料，如图如图3.153.15的赣抚大堤填筑亚砂土的压渗台，厚的赣抚大堤填筑亚砂土的压渗台，厚3m3m，宽，宽50m50m，加，加固后基本上消除了每年汛期堤后的管涌现象。固后基本上消除了每年汛期堤后的管涌现象。v 图图3.15 3.15 压土平台实例压土平台实例3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v （5 5）防渗墙）防渗墙v 防渗比上述的排渗、压渗措施在消减水头和渗流量方面更为积防渗比上述的排渗、压渗措施在消减水头和渗流量方面更为积极，有直接阻渗和延长渗径的作用；而垂直防渗板墙又胜于水极，有直接阻渗和延长渗径的作用；而垂直防渗板墙又胜于水平防渗，特别是浅层地基有薄砂层时，筑墙或挖槽换粘土以及平防渗，特别是浅层地基有薄砂层时，筑墙或挖槽换粘土以及土工膜截断薄砂层即可。但若弱透水覆盖土层下有深厚强透水土工膜截断薄砂层即可。但若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却有决涝的消退；同时对制止和延缓堤后管涌险情的继续发展却有决定性作用，原因是（定性作用，原因是（a a）阻渗效果大，较之水平阻渗所损失的）阻渗效果大，较之水平阻渗所损失的水头约水头约3 3倍（倍（LaneLane，19351935），（），（b b）管涌冲蚀的垂直临界渗流坡）管涌冲蚀的垂直临界渗流坡降远大于水平者，约降远大于水平者，约6 6倍以上倍以上11。v 3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿图图3.16 悬挂式防渗墙位置悬挂式防渗墙位置3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v （5 5）防渗墙）防渗墙v 防渗板墙的位置，如图防渗板墙的位置，如图3.163.16所示，多在堤前坡脚所示，多在堤前坡脚处，但应培处，但应培厚该处的粘土并注意防冲；若考虑到堤身，则可选取位置厚该处的粘土并注意防冲；若考虑到堤身，则可选取位置，因为洪水位边线之下的堤基渗流坡降最大；若施工不便，也可因为洪水位边线之下的堤基渗流坡降最大；若施工不便，也可移至堤顶位置移至堤顶位置；堤后坡脚位置；堤后坡脚位置也值得考虑，它对消减堤后也值得考虑，它对消减堤后出渗坡降和管涌险情的作用最大，而堤前的板墙只有减轻堤基出渗坡降和管涌险情的作用最大，而堤前的板墙只有减轻堤基承压水头的作用。如果结合板墙垂直效率考虑（与水平阻渗相承压水头的作用。如果结合板墙垂直效率考虑（与水平阻渗相比）其消减水头和增大抗渗坡降有比）其消减水头和增大抗渗坡降有3 63 6倍的功效，则可选取堤倍的功效，则可选取堤基截流位置基截流位置和和两道短板墙，其垂效最大，高达两道短板墙，其垂效最大，高达8 8以上以上22，可以大幅度削减容易冲蚀发展的堤基水平渗流坡降，较之单独可以大幅度削减容易冲蚀发展的堤基水平渗流坡降，较之单独的长板墙有利和经济。的长板墙有利和经济。v 悬挂式防渗墙的适宜深度悬挂式防渗墙的适宜深度，从垂效来说，以设在堤前后坡脚处，从垂效来说，以设在堤前后坡脚处的短墙较好，对于深厚砂基，可取贯入度的短墙较好，对于深厚砂基，可取贯入度S/TS/T0.20.20.40.4；若不；若不能满足设计要求时，还可延长堤后压土长度。对于较浅砂基可能满足设计要求时，还可延长堤后压土长度。对于较浅砂基可取较大的贯入度取较大的贯入度S/TS/T0.60.60.80.8。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.3.2 3.3.2 渗流控制措施渗流控制措施v （6 6）防渗铺盖）防渗铺盖v 上游采用粘土铺盖，增长水平渗径防渗，多用于水库土坝工程，上游采用粘土铺盖，增长水平渗径防渗，多用于水库土坝工程，如果堤前河床不会被洪水冲刷，也可考虑。一般可在原有弱透如果堤前河床不会被洪水冲刷，也可考虑。一般可在原有弱透水覆盖土层的残缺部位填补或加厚，达到经济的防渗措施。水覆盖土层的残缺部位填补或加厚，达到经济的防渗措施。v 以上六种渗流控制的防（截）、排、压措施在堤防工程中可因以上六种渗流控制的防（截）、排、压措施在堤防工程中可因地制宜选取其中一种或两种，最好设计是综合考虑以求其经济地制宜选取其中一种或两种，最好设计是综合考虑以求其经济可靠，这些具体设计和渗流计算方法见后。可靠，这些具体设计和渗流计算方法见后。3.3 3.3 渗流控制渗流控制堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿v3.4 3.4 堤身结构设计堤身结构设计v3.4.1 3.4.1 堤顶高程及结构堤顶高程及结构v3.4.1.1 3.4.1.1 堤顶超高堤顶超高v3.4.1.2 3.4.1.2 堤顶宽度结构及防浪墙堤顶宽度结构及防浪墙v3.4.2 3.4.2 堤坡、戗台与护坡防冲、防渗堤坡、戗台与护坡防冲、防渗v3.4.3 3.4.3 挖土筑堤标准挖土筑堤标准v3.4.3.1 3.4.3.1 取土坑取土坑v3.4.3.2 3.4.3.2 筑堤土料标准筑堤土料标准3.4 3.4 堤身结构设计堤身结构设计堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿 堤身设计与堤基密切相关，已有的地理、地质勘探资料和取土堤身设计与堤基密切相关，已有的地理、地质勘探资料和取土坑土质分布等，并参考过去堤防的现状和经验，划分堤段，选坑土质分布等，并参考过去堤防的现状和经验，划分堤段，选定堤轮廓断面。定堤轮廓断面。一般是在地价高、基础好的地区，选择辗压密实的陡坡堤断面；一般是在地价高、基础好的地区，选择辗压密实的陡坡堤断面；并再分析研究。在地价低、基础差、施工期多雨的地区，选择不太压实的缓坡断面。并再分析研究。在地价低、基础差、施工期多雨的地区，选择不太压实的缓坡断面。 堤身的结构堤身的结构应经济实用，就地取材，便于施工，满足防汛和管应经济实用，就地取材，便于施工，满足防汛和管理要求。理要求。 设计应依据堤基、筑堤材料及运用要求进行，可初拟一个或几设计应依据堤基、筑堤材料及运用要求进行，可初拟一个或几个标准断面，经稳定计算和技术经济比较后确定堤身各部位的个标准断面，经稳定计算和技术经济比较后确定堤身各部位的结构与尺寸。结构与尺寸。 土堤设计的堤身断面应包括外形轮廓尺寸（堤顶、堤坡、饯台土堤设计的堤身断面应包括外形轮廓尺寸（堤顶、堤坡、饯台等）及其结构（堤顶防洪墙、护坡、排水、防渗等）；并应考等）及其结构（堤顶防洪墙、护坡、排水、防渗等）；并应考虑施工时的筑堤土料等天然材料的选用取法及其填筑标准。虑施工时的筑堤土料等天然材料的选用取法及其填筑标准。3.4 3.4 堤身结构设计堤身结构设计堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.4.1 3.4.1 堤顶高程及结构堤顶高程及结构v （1 1）堤顶超高）堤顶超高v 堤顶高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定。超高堤顶高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定。超高（freeboardfreeboard）定义为设计水位以上的堤顶高度，按照堤防设计）定义为设计水位以上的堤顶高度，按照堤防设计规范规范11规定，其值计算如下式规定，其值计算如下式vY Y R R + + e e + + A A （3.63.6）v 式中式中 R R为波浪爬高（见小节为波浪爬高（见小节4.5.24.5.2），对允许越浪的累计频率取），对允许越浪的累计频率取1313，对不允许越浪的累积频率取，对不允许越浪的累积频率取2 2；e e为风壅增水高度（见为风壅增水高度（见小节小节4.5.34.5.3）；）；A A为安全加高（见表为安全加高（见表1.61.6）。计算单位都是）。计算单位都是m m。1 1、2 2级堤防的堤顶超高值不小于级堤防的堤顶超高值不小于2m2m。一般堤防的最低超高也应在。一般堤防的最低超高也应在0.5m0.5m以上（见表以上（见表1.71.7）。）。3.4 3.4 堤身结构设计堤身结构设计堤防工程手册堤防工程手册讲稿讲稿3.4.1 3.4.1 堤顶高程及结构堤顶高程及结构土堤施工堤顶应预留沉降量，通过沉降过程计算确定。土堤施工堤顶应预留沉降量，通过沉降过程计算确定。一般施工土堤沉降量为一般施工土堤沉降量为5 51010；美国规范规定施工后沉降量，对于压实、；美国规范规定施工后沉降量，对于压实、半压实、不压实的筑堤方法，依次为半压实、不压实的筑堤方法，依次为5 5，1010，1515。至于地震引起的沉。至于地震引起的沉降，海啸超高等一般不予考虑。降，海啸超高等一般不予考虑。对于必须考虑的重要堤段应专门论对于必须考虑的重要堤段应专门论证确定证确定（参见海堤章节（参见海堤章节5.65.6）。）。v 长江中下游的长江中下游的1 1、2 2、3 3级堤防设计超高依次为级堤防设计超高依次为2m2m、1.5m1.5m及及1m1m。v 日本的防洪规范规定堤防超高是随河道设计流量的增大而加大，日本的防洪规范规定堤防超高是随河道设计流量的增大而加大，流量大于流量大于10000m3/s10000m3/s时超高为时超高为2m2m，流量，流量