乔坨子堤防垂直铺塑和坡面防渗工程设计探析

性较弱，细砂层渗透性强，路堤两侧50 m处有坑和鱼塘，堤岸基础连接形成地下渗漏通道。本工程总防渗长度1 500 m；垂直铺塑工程量12 000 n?；坡面铺设复合土工膜工程量10 500 n?；平台开挖土方量6 510 m‘；坡面开挖土方量 6 820 m3o为此对垂直铺塑和坡面防渗工程进行初步设计，共相关部门参考。［关键词］堤防；垂直铺塑；坡面防渗；设计［中图分类号］TV223.4 ［文献标识码］B ［文章编号］1004 - 1184(2019)01 -0250 -03粉质粘土 2.5 m、细砂1.0 m,渗透系数分别为：k01 = 1.4 x10 ~2 cm/s、咕=6 x 10 6 cm/s ^k03 =1.4 x 10 ~2 cm/s，转化后

1大堤标准断面及渗流稳定计算辽阳县唐马寨镇乔坨子太子河右岸砂堤砂基防渗工程等 级标准为二级。T” 18：0 +500钻孔断面堤身含有细砂层，是 危险断面，具代表性，因此选用该断面作为标准断面进行设

等效渗透系数为k=7.01 x 10~ cm/s；比为堤前水位(取比

= 6.31 m);比为堤后水位(取比=0) :m,为堤迎水坡坡率

(取2.95) ；m2为堤背水坡坡率(取2.83)；T为透水层堤基

深度按无限深透水地基计算；L = 29.31 m取有效深度Te=0.5(L +g H,) =0.5 x (29. 31 +2.95x 6. 31 ) =23.96 m ；qD的计算按下式进行：q_____H[ $ _ h。-k 2( L, - m2h0)(2)图1辽阳县乔坨子堤防设计标准断面示意图标准断面如图1所示。堤顶宽5. 4 m,迎水坡坡比1 :

2.95,背水坡坡比1 ：2.83,堤基宽47.9 m,设计水位10.741

q _ h° _ 比 1 +m-> H,k mm->2 +0.5hn - H, +---------=~=-----y0 2 2(m2 +0.5)2_________比(3)m,堤前设计水深6. 31 m,堤脚高程4. 431 m,堤顶高程

L, = L + AL(4)(5)12.441 m,设计超高 1.7 m。根据资料统计，太子河干流各站一次洪水历时一般为7 d

m.AL = -~ H,2m1 + 1 1左右，连续两次为13 d。太子河堤防渗流稳定计算按《堤防 工程设计规范》m(GB50286 -2013)进行。取迎水坡设计水 位10.741 m,由于背水坡无水，故形成稳定渗流情况。采用《堤防工程设计规范》⑴规定的渗流计算公式，分别计算得 q = 13. 28( m3/d • m)；

堤防坡面渗流比降计算公式：(7)其中式6为沿渗出段坡面渗流坡降公式；式7为沿地基

段堤基渗流坡降公式；参见图3O式中：h°为特征水深；y为浸润线上垂直坐标；x为浸润

线上水平坐标；A为沿坡面的渗透坡降；J2为为沿堤基水平

渗透坡降；y、x为按有效范围(0.25 ~1.0)h0计算。当堤身渗透系数kw地基渗透系数k„时，特征水深h0按

图2大堤单宽渗流量计算简图q = qn + Ko xT( H, -H2)/(L + m|H, +0. 88T)

(1)下列公式计算：(叫 +0.5)H, 1 K„T ]+ (叫 +0.5)(% -HJ +0.5也1 +m,h0 +0.44TJ(8)式中：q°为单位宽度渗流量(m'/s • m) ;q为单宽度渗流 量(rr^/s - m) ；k为堤身渗透系数(cm/s)；(取1.00 x 10“

cm/s) ；k0为堤基渗透系数(cm/s);自上而下为细砂1. 1 m、将各参数代入上式中计算特征水深h° = 1.29 m。［收稿日期］2018-10-30［作者简介］曹博( 1987 -),女，辽宁盘锦人，工程师，主要从事水利工程设计工作。250第41卷第I期地下水2019年1月勘察及现场调查，全段都不同程度的存在渗漏问题，因此需

要进行防渗处理，总防渗长度为1 500 mo表1 土工膜性能指标项目

厚度(2 kPa下)/mm单位面积重量/g/m?M400土工膜图3透水地基土堤坡面渗流比降计算将各参数分别代人式6、7得：Ji =0. 333 -0.471 ；0.50 ±0. 06M430J2 =0. 297 -0. 594；M0.30MO. 30M400M4000.250.25抗拉伸氏率/%地质勘察分析结构表明，允许水力比降为0.2。M400上述计算结果指出该段堤防堤身渗流不稳定，需要进行 防渗处理，堤基有发生渗流破坏的可能，微粒在下游移动。

抗拉强度/kN/5cmM0.30M0.30随着时间的推移，细颗粒消失，基础被掏空，导致坍塌。产生 流土和接触冲刷破坏⑷。通过计算及分析，堤身、堤基越往

0.25梯形撕裂/kNCBR顶破强度/kN背水坡堤脚处比降越大，需要进行防渗处理。0. 252基础防渗方案设计唐马寨镇乔坨子砂堤险工段基础的细砂层没有穿透，深

0.82<10-1180垂直渗透系数/cm/s顶破伸长量/n】m度可视为无限深。如果采用封闭防渗墙，其造价非常高，在 经济上不可行⑸。悬挂式防渗帷幕只能用来增大堤坝的渗

抗渗强度1.05 MPa水压下48 h不渗水流直径，减少堤后渗流，消除危险，达到防洪安全的目的⑺。

2.3. 1 帷幕深度根据垂直防渗的一般经验，其深度为S= (1 -1.5)H, S = 6.31 -9.47 mo根据计算值S,对太子河下游堤防工程进

2.1垂直铺塑防渗材料的选择结合太子河左岸桥头子沙堤砂基防渗工程及防渗结构形 式借鉴以往工程实践⑻，其土工膜技术性能指标详见表1。

行了计算。帷幕防渗深度确定为8 m。2.2帷幕位置根据工程的实际情况，结合现场的具体条件⑷，在沟槽

2.3.2 帷幕厚度计算取土工膜厚度T=0.50 mm,并釆用工膜厚度计算 公式进行复核。T =0.204

中竖直埋置土工膜，形成基础防渗体。当堤防不透水时，将 复合土工膜铺设在坡面上，从地基底部到堤岸上部形成防渗 帷幕a〕。帷幕轴线位于迎水坡的堤防底部。在竖向浇筑施 工中，边坡路堤的树木和弯道会影响浇筑帷幕轴线的位置，

■Je(8)式中：T为单宽土工膜的拉力(kN/m)；p为膜上作用水

轴线的位置可以根据实际情况做适当改变。压力(kPa),取 p = 14.31 X9.81 = 140.38 kPa；b 为预计膜下 地基可能产生的裂缝宽度(m),分别取b, =5 mm,b2 = 10 mm;e为膜的拉应变(％ )。2.3帷幕长度砂基段桩号为T右17：0 +850 ~T« 18：0 +750,通过地质

表2 土工膜拉力计算表单宽土工膜膜的拉应变/%I拉力/kN/m

230.951.88450.74670.631.2380.5990.551.09100.53裂缝 宽度/mm

51.1. 162.310.831.630.681.33JO3.261.461. 151.03绘制土工膜应力~应变关系曲线见图4。交点对应的应变引、电分别为裂缝宽b,丄2,拉力T,、丁2

时的拉伸应变。其中 P, ( 1. 84% , 1. 20) , P2 (2. 93% ,

1.90)。土工膜设计极限抗拉强度为Tf =6.0 kN/m,相应应

变为9.23%。则拉力与应变的安全系数分别为：FS1 = Tt/T, =6.0/1.2 =5. 00； F“ = e/e, =9. 23/1. 84 =

3. 16；Fs2 = Tf/T2 = 6. 0/1.90 = 5.02 ； Fs2 = ef/e2 = 9. 23/2. 93 =3. 15；计算结果符合《水利水电工程土工合成材料应用技术规 范》⑺中安全系数F»=4~5的要求。由此可见，选择厚度为 0.5 mm的土工膜较为合适。图4 土工膜应力~应变关系曲线24帷幕体的防渗效果251第41卷第1期根据表1中土工膜性能指标,0.50 mm厚的聚乙烯薄膜

地下水技术规范[S].2019年1月在1.05 MPa以下48小时内不渗漏，说明土工膜防渗效果非 常理想。考虑到土工膜在生产中的缺陷和运输、储存、施工

[3] 池海清.垂直铺塑防渗技术在基础防渗处理中的应用[J].水利

技术监督.2009(03).中不可避免受到人为损坏，研究机构认为土工膜的渗透系数

[4] 崔洪升，张显春.垂直铺塑防渗技术在绕阳河砂质堤防中的应用

[J].吉林水利.2007(Sl).仍可达]0一”〜IO-\" cm/s,才能满足要求。[5] 郁凌峰，韩敏华，唐峰.浅析几种砂基防渗技术在辽宁省河道整

治工程中的应用[J].水利技术监督.2003(02).3结语该工程地基的防渗设计采用了在临水坡路堤下垂直浇筑 的防渗处理方案，选用厚度为0.50 mm的LDPE 土工膜作为

[6] 朱宏杰，魏进升•垂直铺塑及其在堤基防渗处理中的应用[J].

河南水利.2006( 10).[7] 张艳杰，叶剑•垂直铺塑防渗技术应用[J].西北水资源与水工

程.2003(03).防渗材料，防渗深度为8 M。防渗帷幕体位于堤脚内侧，防渗 效果较好。将400 g/m2的复合土工膜铺设在面向水的边坡

[8] 潘维宗.垂直铺塑技术在堤防防渗加固中的应用[J].水文地质

工程地质.2001(04).上，在复合土工膜下铺设0.80M。堤防边坡内侧连接边坡防 渗和基础防渗，形成整体式悬吊防渗帷幕。参考文献[1JGB 50286 -2013.堤防工程设计规范[S].[2]SL/T225 - 1998 (条文说明).水利水电工程土工合成材料应用[9] 罗晓军•垂直铺塑防渗技术在河道堤防除险加固中的应用[J].

吉林水利.2018(02).[10] 宋克民.垂直铺塑防渗帷幕之地球物理特性及其施工质量无损

检测方法的实现[J ] •水利规划与设计.2008 (05).(上接第230页)境、社会、以及经济风险4个维度建立了指标体系；然后

-0.40.30.30.30.4R,=0. 30.20.5；r2 =0.20.40.20.40.4_0.2r0. 10. 10.40.50. 10.5r3 =；r4 =l0.40.40.2.0. 10.2-0. 12.2计算综合权重系数0.50.40.20.40.20.50.20.30.40.40.3o. r0.40.60.20.6-0.4-0.70.20.50.40.6-利用模糊综合评判模型进行了客观、科学的全面分析，并对 比分析了各指标影响程度，得岀的主要结论如下：(1) 影响水库移民的风险较多，且各风险要素之间的作

用关系较为复杂，采用爛权法可最大程度的体现指标符合实 际情况的程度；而AHP法能够同时考虑指标的客观性与主观

性判断，进一步提高权重的可靠性与合理性。将AHP与信息 爛理论相结合可有解决补移民风险指标权重准确定较低的

问题，研究成果为水库移民安置以及促进区域经济发展提供 一定参考与决策依据。(2) 辽宁省铁岭市某水库移民实例应用显示，该水库风 险评判值为0.551 7,整体处于低风险状态，该评价结果与水

库实际状况基本相符。另外，根据准则层各指标综合爛权计

然后利用文中所述指标层权重计算公式，可分别得到主

算结果可一直，对水库移民风险影响最大的指标为经济风 险，其影响程度为0.633 2；另外，其他三项指标同样可对风

观、客观与综合权重3：计算结果如表4所示。2.3确定模糊综合评判矩阵然后利用上述综合权重计算结果，并根据模糊评价隶属 度矩阵计算公式可分别得到经济、社会、、环境四个方面

险存在不同程度的影响，环境的影响作用最小为0. 028 5。(3) 为改善水库移民生活水平并促进该区域的经济，应

妥善安置移民并给予合理的补偿，由此可大大降低移民风险 的发生概率。参考文献[1] 鲁文兵，陈志鼎，柯超.基于嫡权-AHP的水库移民风险模糊综

合评价模型及应用[J].水电能源科学.201& 36( 1 ) ： 149 -

的隶属度矩A, ~A4O根据指标层隶属度矩阵可得到相应的 爛权和准则层指标隶属度矩阵R,最终的带准则层综合爛权 为 3 = (0.028 5,0. 224 1 ,0. 133 2,0. 633 2) 0 因此得到该

水库移民风险隶属度评价矩阵为：A = 3 • R = (0. 185 2,0.2 1 ,0.551 7)按照最大隶属度原则对该水库移民风险进行综合评判，

151.结果显示该水库风险评判值为0.551 7,整体处于低风险状 [2] 刘国富.努力发展经济为水库搬迁安置移民增收[J].水利规划

与设计.2012(04) ：36 -38.态，该评价结果与水库实际状况基本相符。另外，根据准则 层各指标综合爛权计算结果可一直，对水库移民风险影响最

[3] ，姚凯文，张丹.基于模糊层次分析法的水库移民收入风险

分析[J].水力发电.2013(07) ：10-13.大的指标为经济风险，其影响程度为0.633 2；另外，其他三

项指标同样可对风险存在不同程度的影响，环境的影响作用 最小为0.028 50所以，为改善水库移民生活水平并促进该

[4] 刘涛，牛阿果.水库除险加固施工资源优化研究及应用[J].水

土保持应用技术.2017. (05) ：46 -48.区域的经济，应妥善安置移民并给予合理的补偿，由此可大 大降低移民风险的发生概率。[5] 鲍文李洁.浅议疏勒河移民工程对流域生态环境的影响[J].水

土保持应用技术.2005. (06) ：4-6,[6] 师桂琴.大中型水库移民后期扶持实施的经验利效益[J].

水利技术监督.2011. (5) ；56 -58.3结语本文以辽宁省铁岭市某水库移民风险为例，分别从环252