专利名称：采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法
技术领域：
本发明涉及堤防工程，特别是一种在堤防工程中采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法。
背景技术：
我国是洪涝灾害十分严重的国家。在相当长一段时期，由于乱砍滥伐、过度放牧以及其他种种对环境的破坏行为，致使江河湖海周边生态环境受到极大损害，有统计表明，长江流域洪水发生频度由从前的每八年一次，渐次缩短到每五年、每二年一次。我国堤防种类繁多，按筑堤材料分为土堤(坝)、砌石堤、土石混合堤、钢筋混凝土防洪墙等。其中土堤在整个堤防工程中占相当重的比例。
在洪汛期，土坝临水面长时间承受高水位水压力，坝体内含水量增大，浸润线上升，坡后出逸点上升，坡面潮湿、软化。加上人畜践踏或坝体内遗留有树桩、管道等构筑物或临时堆载或坝体的不均匀性(往往经历过多次加高培厚)等等因素，会使堤坝出现散浸管涌，严重时会诱发和加剧脱坡的发生。经验和实践表明，降低浸润线，降低出逸点是防止土坝后散浸、管涌或脱坡的有效办法，增加排水导滤设施是行之有效。现在常见的方法有如下几种一是坝体临水面加粘土墙和铺盖截水；二是在坝中心线帷幕灌浆隔渗到基层截水；三是在坝体背水面加筑压浸台；四是在坝体背水面设置垂直排水导滤井；五是在坝后坡开挖人字形排水导滤浅沟。前四种方法对降低坝体浸润线，降低出逸点有明显效果，但工程量大，耗费较高，有几种还受施工作业环境、时间(是否在汛期)的限制，最后一种方法则只是一种汛期应急措施，效果有限。
发明内容
本发明的目的是提供一种施工简便，导滤有效并且经济的降低坝体浸润线的方法，减少坝后坡含水量。
本发明所说方法是在拟需导滤坝体后坡坝基脚处坡面上打洞，洞向平行或大体平行于水平面，洞的直径为70～90mm，深度为2～6m，向洞内填充或置入易渗透水之材料，形成沙针，而后用混合沙石料对洞口进行封闭，恢复坝坡外形，将渗入坝体之水引向洞口，排出坝体。针距为1～1.5m，单行或双行排列，彼此相间，或者呈梅花状排布。
在坝后坡上平行或大体平行于水平面，向临水面方向打入一排或多两排沙针，利用沙针易渗透水特性，能有效地将沙针以上坝体所含渗水导向洞口，而后通过坝外排水沟排出，此法对堤坝毫无损坏，具有成本低廉，施工方便，不需开挖坝体的优点，降低浸润线效果显著，立竿见影，能十分有效地排水固结稳定坝后坡，最终起到防止散浸、管涌和脱坡以及稳固堤防的作用。
图1是本发明导滤效果示意图；图2是图1的俯视图
图3是沙针排布形式示意图；图4是一种用于打洞的气动穿孔锤结构原理示意图；图5～图8是沙针施工工艺流程图。
图中1-原浸润曲线，2-坝顶，3-打沙针后浸润曲线，4-后坡，A-原出逸点，B-打沙针后出逸点，5-内脱坡线，6-沙针，7-坝基脚，8-临水坡面，9-钻头，10-套管，11-穿掘机钻杆，12-导向管，13-连接器，14-托架，15-导轨，16-张紧器，17-穿孔锤，18-定向仪，19-空气软管，20-压力表，21-配套管路，22-储气包，23-空气压缩机，24-标尺，25-黄沙填充料，26-沙石混合封口料。
实施方式类似于上海产QC气动穿孔锤和湖北工学院产气动地下穿掘机等地下穿掘机械很是适于在堤坝上穿掘本发明所说的洞。枯水季节天气干燥，堤坝土壤含水量小，形成小孔径时，孔内不易坍塌，此时是采用本发明所说方法施工的最佳时期。方法有两种，一是用穿掘机械挤压打孔，达到设计深度时，立即退出穿孔锤，随后即将PVC管或钢管送入洞内，然后边进沙边退管边拆管；二是套管打孔，管与锤同步前进，达到设计深度时，马上将穿孔锤退出管外，然后，边进沙边退管边拆管。应注意A可采用推沙杆(其前端有圆形推板、杆分节、设接头)推沙塞紧，退管时推紧洞内黄沙；B因为导滤沙针的直径小，长度短，所以退管阻力不大；C因为沙针较短，所以除要求水平外，与坝体轴线大致垂直即可，一般不必定向，如需要定向，可用工程测量方法定向打洞；D由于堤坝后施工场地较宽，所以可以只挖浅工作坑或者不挖工作坑；E为施工操作方便，各类套管皆可做成2米一节，设接头。
在同样条件下也可人工成孔。用洛阳铲先试掘几孔，如果顺利，则在成孔后立即塞入黄沙。要求是洗净的黄沙，一旦成孔立即塞进沙并塞紧，合理布孔。
在非开挖地下施工设备中，气动穿孔锤以高效率、低成本、施工方法简单的优势通常用于市政建设中铺设管线。它由一个密闭的缸体和一个在缸体内作往复运动的活塞组成，活塞以压缩空气为动力，随着气压在前后腔的交替变化，不断往复冲击其前端与缸体连在一起的冲击头，从而使穿孔锤或者钢管在土层中沿设计的轴线不断前进，实现非开挖打孔铺管的目的。图5～图8所示沙针施工工艺流程具体作业步骤是第一步，钻头和套管同时前进(图5示)；第二步，到达洞底后，套管不动退出钻杆，进中粗沙(图6示)；第三步，套管退出一段，再进沙料(图7示)；第四步，重复第三步，边退套管，边推进黄沙，洞口用瓜米、黄沙碎石混合料封闭，长400mm。
一般情况下，为了背水堤坡的安全，在背水的坡脚处设置水平沙针导滤排水设施既可将出逸点降到坡面以下，又比较经济。然而，尽管沙针导滤并不影响坝体的整体稳定，但由于坝体形成因素复杂，一般而言有如下四方面原因，一是有些土堤都是从明清至今多次加高培后才达到现在的堤防断面，其土质不均匀，甚至参混有细沙土、沙壤土甚至历史上遗留下来的建筑物和构筑物；二是在施工过程中，填土过厚，碾压不实，干容重没有达到设计标准，加高培厚时“贴膏药”，抗剪强度不够，水中填土筑坝进度太快或排水不善形成集中软弱层；三是管理原因，在堤坝内随意堆载，人为增加了内脱坡荷载，对严重散浸和管涌堤段汛前没有采取措施，堤后导滤排水设施不完善，积水难以外排；四是自然原因，汛期高水位持续时间过长，洪水位超出设计标准，浸润线持续上升，坝后坡面出逸点不断上升。因此，除了按照本发明所说常规方法确定沙针的直径、深度、针距和沙针排布形式外，为安全计，应该控制针入深度，应按照水利行政主管机关和设计部门的安全要求施工，遵守水法和河道堤防管理条理。并应根据国家标准“GB50286-98，CJJ50-92“进行渗流及渗透稳定计算，而后再做适当调整。
所说向洞内填充易渗透水材料之一为黄沙，应洗净；向洞内置入易渗透水材料之一为塑料导滤软管，此软管有市售产品，但从未用在非开挖水利工程上；同时，还可在洞內置入监测仪器，用以监测坝体渗水、稳定性等情况。
权利要求
1.一种采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是在拟需导滤坝体后坡坝基脚处坡面上打洞，洞向平行或大体平行于水平面，洞的直径为70～90mm，深度为2～6m，向洞内填充或置入易渗透水之材料，形成沙针，将渗入坝体之水引向洞口，排出坝体。
2.如权利要求1所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是针距为1～1.5m，单行或双行排列，彼此相间，或者呈梅花状排布。
3.如权利要求1、2所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是用混合沙石料对所说洞口进行封闭，恢复坝坡外形。
4.如权利要求1、2所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是打洞机械和操作工艺是一用穿掘机械打孔，达到设计深度时，立即退出穿孔锤，随后即将PVC管或钢管送入洞内，边进沙边退管边拆管；二是套管打孔，管与锤同步前进，达到设计深度时，管不动，马上将穿孔锤退出管外，然后，边进沙边退管边拆管。
5.如权利要求1、2、5所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是用手工工具先试掘几孔，如果顺利，则在成孔后立即塞入洗净的黄沙。
6.如权利要求1、2所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是所说向洞内填充易渗透水材料之一为黄沙；向洞内置入易渗透水材料之一为塑料导滤软管。
7.如权利要求1、2和6所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是也可在洞內置入监测仪器。
8.如权利要求1～6所说采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，其特征是在非正常情况下和/或坝体形成因素复杂情况下，根据国家标准“GB50286-98，CJJ50-92”对坝体进行渗流及渗透稳定计算，而后对沙针直径、深度、针距和沙针排布形式作出调整。
全文摘要
采用沙针导滤降低坝体浸润线的方法，在拟需导滤坝体后坡坝基脚处坡面上打洞，洞向平行或大体平行于水平面，洞的直径为70～90mm，深度为2～6m，向洞内填充或置入易渗透水之材料，形成沙针，而后用混合沙石料对洞口进行封闭，恢复坝坡外形，将渗入坝体之水引向洞口，排出坝体；针距为1～1.5m，单行或双行排列，彼此相问，或者呈梅花状排布。所说方法利用了沙针易渗透水特性，能有效地将沙针以上坝体所含渗水导向洞口，排除坝外，此法对堤坝毫无损坏，具有成本低廉，施工方便，不需开挖坝体的优点，降低浸润线效果显著，立竿见影，能十分有效地排水固结稳定坝后坡，最终起到防止散浸、管涌和脱坡以及稳固堤防的作用。
文档编号E02D19/00GK1412390SQ02147779
公开日2003年4月23日 申请日期2002年12月4日 优先权日2002年12月4日
发明者刘燕翊 申请人:刘燕翊