水力充填堤坝的渗流特性研究与控制技术

水力充填筑堤工艺是随沿海地区实施圈围造地工程而逐步发展起来的，已成为一种常规工艺。尤其是像上海地区因缺乏筑堤土石材料，水力充填工艺可以利用长江口大量淤积泥沙，结合航道疏浚要求、就地取材，可大大降低工程投资，因此水力充填筑堤得到了较好的发展和应用。

水力充填堤坝不同于常规的碾压土石坝，堤坝渗透稳定的影响因素多且突出，主要由其特殊的构筑方式和构筑条件决定，具体体现在以下几个方面。

（1）堤身构造具有特殊性。水力充填堤坝采用吹填袋装砂筑堤，堤坝两侧为吹填土工管袋棱体，堤芯中上部为吹填散砂，堤身底部滩面上一般铺设一层护底防冲的土工织物软体排。由此吹填管袋之间及与护底排体的搭接处都极易形成孔隙，尤其对于深槽堤段采用水上抛填袋，袋体采用高强土工布，水上散抛，无规律性排列，极难密实。即使堤身形成后部分孔隙也很难弥合，在水库运行后可能形成固定的渗漏通道。试验显示：堤芯吹填砂的渗透性一般在10－3～10－4cm／s量级，土工管袋结构的透水性为吹填砂体的2～4倍，水上抛填袋达到10－3～10－2cm／s量级。

（2）堤基土渗透性大、抗渗透变形能力弱。受到河口海湖相沉积特点影响，堤基土在空间上分布不均匀，尤其是表层土，层位不稳定，离散性大。上部砂质粉土和粉砂层一般厚度在5～20m之间，密实度松散～稍密，属于不易判别渗透变形类型的土质，且特殊的沉积环境导致渗透破坏形式多变，既有可能发生管涌，也有可能发生流土。流土破坏时，临界坡降在0.85～1.35，渗流破坏主要由砂层的水平破坏控制，而试验得出的水平坡降为0.08～0.13；管涌破坏时，临界比降到0.5～0.8之间。因此堤基土渗透性大、抗渗透变形能力极弱。

（3）施工工艺特殊且质量控制难。水力充填堤坝筑堤工艺主要采用水下抛填和吹填工艺，中高滩采用人工赶潮作业，深低滩采用船上作业。且均为临水施工，水力充填存在施工速度快、施工质量控制难度大、施工质量不确定性因素多等特点。堤身密实完全依靠土体自重水上水下自然固结。堤坝承受一定水头后，容易形成连续贯穿性的渗漏通道。(www.xing528.com)

（4）堤坝坡面反滤结构特殊。与碾压土石坝的干地施工条件不同，潮汐河口地区水库堤坝施工受到潮水影响，因此传统的级配反滤层施工质量无法保证和控制。青草沙水库堤坝坡面上虽设置了反滤复合土工布和袋装碎石组成的反滤层，但反滤层与堤脚先期为保护管袋的抛石结构之间无法在水下形成连续整体，该处恰好又是流土破坏时出逸坡降最大产生部位。另外在实际施工过程中，因施工抛石备料、机械设备的穿行以及整理边坡过程中的削切，反滤层的施工质量很难得到保障。

（5）堤坝承受双向渗透水流。青草沙水库在运行过程中咸潮期和非咸潮期库内水位不断变化，库内最大水位差达8m，同时库外潮水位每日两涨两落，最大潮差达5m以上。因此水库堤坝存在双向渗流稳定问题，既存在库内向库外的渗流（稳定渗流），也存在库外向库内的渗流（非稳定渗流）。

（6）渗透破坏具有隐蔽性。青草沙水库最高蓄水位7.00m，比库外100年一遇高潮位高，且库内水位变化较为缓慢，而临江侧潮位起伏变化较快（一天两潮），因此库内向库外渗流状况比库外向库内危险。库内向库外渗流，下游坡为长江口（潮涨潮落），加之堤脚有保滩护底抛石结构，边坡或堤脚一旦出现问题，很难发现，而且反滤层修复难度大。

由于国内目前类似的潮汐河口建设水力充填堤坝水库的工程经验不多，对于充砂管袋堤身以及抛填袋装砂斜坡堤堤基的综合渗透系数和土工布的抗渗作用尚缺少研究，渗流数值计算参数和渗透稳定控制标准难以确定，计算依据不充分。因此，通过堤坝渗控专题技术研究，揭示水力充填坝渗流特性，为堤坝渗流及渗透稳定分析、渗透稳定标准确定及防渗技术研究奠定基础。主要包括：通过室内测定试验、现场抽（注）水试验以及水工模型试验等试验途径，揭示水力充填坝渗流特性、不同渗透变型的临界渗流坡降及土工布的防渗反滤作用，确定水库堤坝堤身综合渗透系数；通过数值分析和水工模型试验，充分论证水库堤坝采取渗控措施的必要性和防渗措施的合理性，针对青草沙水库工程渗控的重要性和复杂性，进行渗控工程措施的研究和经济比较；通过开展现场防渗试验工程，论证防渗体施工的可行性和可靠性，为大规模渗控工程实施及质量评估提供充分的依据。