摘要：堤防工程作为抵御江河洪水的主要屏障，在整个防洪工程体系中发挥着重要作用，而堤防沿线数量众多的穿堤建筑物，对防洪体系的完整性和可靠性至关重要。穿堤箱涵作为典型的穿堤建筑物，本次对其渗流稳定及防渗设计的理论研究分析，对今后类似工程的结构设计、施工控制和运行管理等有一定的借鉴意义。

关键词：堤防工程；穿堤箱涵；渗流；设计分析

引言

穿堤箱涵在涵前和涵后存在的水头差会引起地下水在涵与土的接触面及涵周围土体孔隙中移动，沿箱涵四周或土体中移动的渗流将有可能将土颗粒带走，或在渗流逸出处造成整块土体的移动，产生管涌、流土、接触冲刷和接触流土等渗流破坏，这对堤防和整个防洪体系而言是严重的安全隐患，因此从设计层面对堤防工程中穿堤箱涵的渗流稳定及防渗设计进行合理分析具有重要意义。

1 穿堤箱涵渗流破坏的风险

对穿堤箱涵等水利工程而言，水的破坏作用主要分为地表水和地下水两种。一般来说，地表水流的冲刷破坏比较容易发现和处理，而地下水的渗流破坏具有较强的隐蔽性，因而有时问题一经发现，渗流破坏已经达到一定的严重程度，补救的难度和成本均较高。

渗流破坏的外观主要是建筑物及其地基与侧岸的破坏和漏水，主要包括管涌、流土、接触冲刷和接触流土四种形式，前两种发生在单一土层内，后两种形式发生在成层土中，其中接触冲刷对于穿堤箱涵而言最为危险，原因是地下渗流沿着两种不同材质（箱涵主体与两侧回填土）的接触面流动时，容易沿接触面带走土体中的细颗粒，最后发展成为渗漏通道，造成箱涵附近堤身的塌陷和溃决，严重危及堤防和防洪体系的安全运行。

2 穿堤箱涵渗流破坏的原因分析

2.1 主体结构有效渗径长度不足

穿堤建筑物主体结构的防渗长度L一般可采用直线比例法初步确定，计算公式如下：

L=C*△H

式中：L为防渗长度（m）；△H为上、下游水位差（m）；C为允许渗径系数。

但根据试验统计，均质土体内部或出口逸出段的允许比降要大于土体与建筑物接触面的允许比降，这造成箱涵主体防渗长度L满足上述公式计算结果的情况下，仍易发生接触冲刷等渗流破坏，因此须按照接触面允许比降C值来确定箱涵防渗长度L。

2.2 结构分缝及止水失效

由于箱涵上部的填土高度和车辆荷载沿纵向通常是变化的，需通过合理设置沉陷缝来防止纵向强度破坏。为防止沉陷缝漏水，缝接头应做止水处理，尤其是有压箱涵，一方面是为保证箱涵有足够的渗径长度以防止渗透破坏，另一方面也为防止在正、负压作用下使接头遭到破坏。

穿堤箱涵实际运行过程中，由于分段间的上部荷载不同引起的竖向不均匀沉陷或水平向变位大、止水材料质量差和适应变形能力低等原因，导致止水失效的情况较为常见。

2.3 回填土方材质及施工质量差

由于接触冲刷都是沿着土体与建筑物接触面中允许比降C值最小的通道进行，因此穿堤箱涵开挖范围内的回填土方施工质量对渗流稳定影响显著，包括回填土料（黏粒含量、塑性指数、渗透系数、含水率与最优含水率的允许偏差值等）、土方压实度以及施工机械设备对截渗墙、齿墙等施工作业面较小区域的碾压效果等。

2.4 箱涵结构的冻害破坏

在我国的东北、西北、华北等寒冷地区，箱涵工程普遍存在着冻害破坏问题，包括不均匀冻融变形引起的涵身破坏、涵洞挡土墙的冻害破坏以及冻融土引起的渗流破环，如何从改变地基土的冻胀条件或采用有效的结构措施防止涵洞工程的冻害，这是寒冷地区箱涵工程设计中的主要问题之一。

3 穿堤箱涵的防渗设计

穿堤箱涵防渗设计的原则：一是要通过调整渗径长度，减小渗流出逸坡降和出逸流速；二是加强渗流逸出处的防护，以防止发生管涌、流土、接触冲刷等渗流破坏。

3.1 结构设计方面

穿堤箱涵由进口段、主体段、出口段三部分组成，根据地基土和回填土的特性选用合适的接触面允许比降C值，由渗流稳定控制工况确定的上、下游水头差△H，最终确定防渗长度L的理论计算值。主体结构防渗设计方面主要包括以下几个方面：

（1）防渗长度设计，根据理论计算需要，在主体段增设必要的截渗墙，一般截渗墙布设在堤身中间位置，以确保最佳的截渗效果；同时需控制箱涵纵向和垂直向防渗长度的协调性，避免发生侧向绕渗的渗透破坏。

（2）沉陷缝的止水设计，选用耐久性好、强度高、适应不均匀沉降变形能力强的止水材料，如复合型止水带、变形型止水带、钢边橡胶止水带等，配合缝内的遇水膨胀型填缝材料，确保分缝处的止水效果。

（3）防水层设计，在寒冷地区，为防止箱涵周身渗透水对结构的溶融损坏作用，需在箱涵四周设置防水层，防水层一般可采用石灰三合土、水泥沙浆、沥青、胶泥等材料制作。

3.2土工织物等反虑材料的应用

滤层的作用主要是保护渗流出口处的土体，以防止发生渗透变形或颗粒流失所引起的破坏，以往通常采用不同颗级所组成的砂砾滤层，在工程实践中已取得一定的成效。目前，因织物滤层具有整体性和压缩性，应用其替代传统砂砾滤层的做法也较为常见，且效果良好。

3.3 渗流原型观测

渗流原型观测是揭示实际渗流状态的重要于段，观测数据是分析工程安危的科学依据。实践证明，由于人为或自然因素的影响，所测数据并非完全可用，因此在运用观测资料评价穿堤箱涵的渗流问题之前，应先对数据加以系统整理和鉴别，去伪存真，使分析工作建立在可靠的原始资料基础上。

4 结语

通过对堤防工程中穿堤箱涵的渗流稳定及防渗设计分析研究，可为类似工程的结构设计、施工控制和运行管理等提供科学的依据和指导。并且随着科技的发展和工程经验的积累，我们将能够更加准确地评估和提升穿堤箱涵的渗流稳定性，为工程规划和设计提供更好的技术支撑。

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