填塘壓滲技術(shù)在河道整治中的應(yīng)用分析

□楊長(zhǎng)庚 □蘇衛(wèi)濤 □陳玉培（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司）

1 存在的問題

賈魯河在西華縣境內(nèi)全長(zhǎng)34.37km，集水面積160km2，共涉及7 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口11 萬人，耕地1.17 萬hm2，是該縣糧、棉、油生產(chǎn)基地。由于種種原因，西華段賈魯河多年來未進(jìn)行系統(tǒng)治理。流域內(nèi)地表土壤大部分為沙土、沙壤土防沖能力差，水土流失比較嚴(yán)重，導(dǎo)致河道淤積，排水能力日漸衰減，現(xiàn)河槽寬度僅27.00m 左右，過流能力約100m3/s，僅為3a 一遇除澇流量的26%，加之兩岸基本無堤防，沿線洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生。

西華縣城區(qū)段河道兩岸基本沒有堤防，生產(chǎn)生活區(qū)沿河兩岸分布。河灘內(nèi)密布藕塘、魚塘，深度多在1～4m，最深的達(dá)9m左右。坑塘的存在帶來兩個(gè)問題，首先，導(dǎo)致筑堤土源缺乏，給堤防填筑帶來困難；其次，坑塘增加了堤身的相對(duì)高度，減少了滲徑長(zhǎng)度及覆蓋層厚度，使得侵潤(rùn)線升高，出逸坡降增大，危及堤防安全。

2 設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)

2.1 土料匱乏的應(yīng)對(duì)

2.1.1 堤型比選

按照要求，西華城區(qū)段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a 一遇，堤防超高1.50m。現(xiàn)狀河道和灘地的寬度為190～275m，兩岸均為生產(chǎn)生活區(qū)，堤距在保證堤線平順、盡可能減少拆遷的原則下規(guī)劃為220～275m。土堤是我國(guó)江河、湖、海防廣為采用的堤型。土堤具有就近取材、便于施工、能適應(yīng)堤基變形、便于加修改建、投資較少等特點(diǎn)，堤防設(shè)計(jì)中往往作為首選堤型。賈魯河沿岸已有堤防也都采用土堤。但是西華城區(qū)段河灘上密布坑塘，導(dǎo)致灘區(qū)筑堤料缺乏，且沿河兩岸生產(chǎn)生活區(qū)密集，針對(duì)這種現(xiàn)狀，擬定兩種方案進(jìn)行必選，具體是：

方案一：兩側(cè)堤防均采用斜坡式均質(zhì)土堤，堤頂高程按防洪水位加1.50m 安全超高計(jì)，內(nèi)、外邊坡均為1:3，堤頂寬6m。方案二：兩側(cè)堤防采用土堤+防浪墻的型式。土堤頂高程為20年防洪水位加0.50m，防浪墻頂部高程為20年防洪水位加1.50m，土堤內(nèi)、外邊坡均為1:3，堤頂寬6m。對(duì)兩方案的堤防填方、堤防占地、防浪墻等工程量進(jìn)行對(duì)比，具體詳見表1。

表1 堤防規(guī)劃方案對(duì)比表

方案一、二在施工難度上差別不大，施工均較為簡(jiǎn)單；方案二節(jié)約了占地。目前，城區(qū)段沒有堤防，河灘地不屬于國(guó)有土地，占地補(bǔ)償在投資中占較大比例，節(jié)約占地將帶來可觀效益。而且方案二減少了填方，使總投資較方案一小。因此，推薦方案二（土堤+防浪墻方案）。這也說明在城鎮(zhèn)附近場(chǎng)地受限制且取土困難的條件下，修建防浪墻是經(jīng)濟(jì)合理的。

綜上所述，為盡可能減少堤防占地，增加行洪寬度，減少填方，對(duì)城區(qū)段兩岸采用“土堤+防浪墻”的堤防型式。

2.1.2 防浪墻

防浪墻斷面設(shè)計(jì)為倒“T”型，墻身和基礎(chǔ)均采用C20 鋼筋混凝土。防浪墻由擴(kuò)大基礎(chǔ)、墻體和立柱3 部分組成。基礎(chǔ)為寬1m，厚0.35m 的C20 混凝土結(jié)構(gòu)，埋置于堤頂以下0.30m。墻體為高1.30m，厚0.30m 的C20 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，堤頂以上外露1m。為適應(yīng)堤防地基沉降，防浪墻沿水流方向每隔15m 預(yù)留一道變形縫，縫寬2cm，縫內(nèi)用閉孔泡沫板填塞，迎水面2cm密封膠抹縫。按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）要求進(jìn)行防浪墻穩(wěn)定計(jì)算。由于防浪墻均位于設(shè)計(jì)洪水位以上，其底板底部不承受揚(yáng)壓力，計(jì)算工況選擇完建期。

2.1.2.1 防浪墻基底壓應(yīng)力驗(yàn)算

按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265－2001），墻底應(yīng)力按下式計(jì)算：

式中：Pmax—防浪墻底板應(yīng)力的最大值或最小值；ΣG—作用在防浪墻底板上的全部豎向荷載；ΣM—作用在防浪墻上的全部豎向和水平向荷載對(duì)基礎(chǔ)底面形心軸的力矩；W—防浪墻基底面對(duì)該底面形心軸的截面距。經(jīng)計(jì)算，防浪墻最大基底應(yīng)力為24kPa，滿足承載力要求。

2.1.2.2 不均勻系數(shù)計(jì)算

式中：η—壓應(yīng)力最大值與最小值的比值，中等堅(jiān)實(shí)地基的基本荷載組合取2。經(jīng)計(jì)算，不均勻系數(shù)η＝1.21，滿足穩(wěn)定要求。

一般情況下，防浪墻只有防浪要求，沒有擋水要求，墻體前后填土高程相同，土壓力產(chǎn)生的水平力相抵消，防浪墻抗滑、抗傾穩(wěn)定靠本身自重即可滿足穩(wěn)定要求。防浪墻需在堤身沉降基本完成后進(jìn)行。

2.2 填塘壓滲

城區(qū)段河灘上密布坑塘，這些坑塘在汛期隨著河道水位的升高，背水側(cè)堤基的滲透出逸比降逐步增大，一旦超過堤基的抗?jié)B臨界比降，就會(huì)產(chǎn)生管涌等滲透破壞，給堤防的安全帶來隱患，所以必須進(jìn)行治理。針對(duì)這些特殊地段，工程地質(zhì)勘察報(bào)告建議采用固灘、灌漿防滲、填平坑塘、堵塞滲水通道等措施延長(zhǎng)滲徑。但是填塘壓滲是最為簡(jiǎn)單易行、節(jié)省投資且效果較好的防止?jié)B透破壞的處理辦法。

填塘壓滲法就是將堤后部分坑塘以透水性相對(duì)較好的土料填筑，延長(zhǎng)水流滲徑，減小滲透壓力，以防止堤基滲流對(duì)表層土的滲透破壞。壓滲蓋重寬度可根據(jù)布萊蠕變比進(jìn)行近似判斷：

式中：CB—透水地基的堤防布萊蠕變比，細(xì)砂或粉土的CB值取18；X1—上游鋪蓋的有效長(zhǎng)度，m；L—大堤底寬，m；X—背水壓滲蓋重戧體的寬度，m；h—大堤的凈水頭，m。

經(jīng)計(jì)算分析，當(dāng)背水壓滲蓋重的寬度達(dá)到20m 時(shí)，布萊蠕變比大于允許值。因此，根據(jù)計(jì)算成果并參考沙潁河等已建堤防工程，填塘寬度采用20m。

具體設(shè)計(jì)：堤防迎水側(cè)堤腳5m 范圍內(nèi)、背水側(cè)堤腳20m范圍內(nèi)所有坑塘均填至附近地面高程，末端以1:3 坡與塘底連接。當(dāng)背水側(cè)坑塘寬度<20m 時(shí)，以實(shí)際寬度和深度進(jìn)行填筑。迎水側(cè)填料宜采用粘性土以增加滲徑，背水側(cè)填料宜選用砂性土，以有效降低堤基滲透壓力，防止?jié)B透破壞。填料應(yīng)適當(dāng)碾壓、平整，背水側(cè)填料表面撒草籽或栽植草皮防護(hù)。

3 結(jié)語

在城鎮(zhèn)附近場(chǎng)地受限制且取土困難的條件下，修建防浪墻往往是經(jīng)濟(jì)合理的。由于土堤沉降不穩(wěn)定易導(dǎo)致防浪墻止水破壞，故新建防浪墻需在堤身沉降基本完成后進(jìn)行。針對(duì)多坑塘堤段的堤防穩(wěn)定，填塘壓滲是最為簡(jiǎn)單易行、節(jié)省投資且效果較好的防止?jié)B透破壞的處理辦法。對(duì)設(shè)計(jì)來說，運(yùn)用布萊蠕變比近似判斷壓滲蓋重寬度不需要復(fù)雜計(jì)算，簡(jiǎn)單可行。