小甸子防洪區堤防整治設計及滲透加固分析

王云飛

(丹東市愛河大洋河河道整治工程建設管理辦公室，遼寧 丹東 118000)

位于遼寧省丹東市和鞍山市境內的大洋河流域受暴雨影響嚴重，該河道的防洪水利設施建設于20世紀70年代，目前在洪災嚴重時，堤壩滲漏、管涌、決口和漫堤等問題普遍存在。據不完全統計，在近20年時間里，大洋河流域每年農田受災面積達到13.5萬畝，同時大量公路、渠道、生活設施遭到破壞，對該區域經濟發展造成不良影響，必須進行徹底整治。

1 工程概況

小甸子防洪區是大洋河干流治理工程的主要組成部分，總計治理長度約14.1km。考慮到本段防洪區為已有堤防，需在原堤防基礎上進行加高培厚，防洪標準提高到20年一遇。小甸子防洪區的主要治理內容為：加高河堤、提高防滲性、涵閘拆除重建、重新砌筑護坡、驗算其滲透穩定性和抗滑穩定性等內容。

2 小甸子防洪區堤身培厚加高設計

2.1 堤頂高程計算

依據相關規范，堤頂超高Y按照式(1)計算，計算結果見表1、2[1]。由計算結果可知：小甸子防洪區堤身高程欠高范圍在0.44～1.33m，設計培厚加高如圖1所示；0+000～2+444堤頂寬度設計為3.00m，其余部位堤頂寬設計4.00m，均采用200mm砂石路面，兩側設花崗巖路緣石，尺寸150mm×250mm×990mm；共設置14個錯車平臺，按1000m修建一個，錯車平臺設置在背水側，長10m，寬4m，兩側用30°角與土堤平緩連接。

Y=R+e+A

(1)

式中，R—設計波浪爬高，m；e—設計風壅水高度，m；A—安全加高，m。

表1 堤頂超高Y計算結果

表2 小甸子防洪區堤頂高程部分成果表單位：m

2.2 堤身填筑標準設計

(1)清基

培厚加高前首先將表層植物、石塊等雜物清除干凈，平均清基厚度200mm，將清理完成的堤坡表層平整壓實。清基土開挖后堆放于堤防迎水側，待雷諾墊驗收合格后，將清基土均勻平鋪至雷諾墊護坡上，平均厚度100mm[2]。本項目堤防邊坡迎、背水側坡比均為1∶2.0，在清基時要嚴格按照該比例施工。

(2)填筑標準

本工程筑堤料為粉質粘土，土料中不得含有植物根莖、磚瓦垃圾等雜質，填筑壓實度要求不小于0.91，土堤預留沉降量取15cm；加寬培厚段加高，高度為原高度的3%[3]。

3 小甸子防洪區護坡結構設計

3.1 護坡型式比選

護坡是小甸子防洪區治理的重點工程，堤線大體按照原堤線設計，部分彎曲段改直，急轉彎段平順。護坡設計結合地理位置、重要程度、水流及風浪特性、工程造價等因素進行綜合考慮[4]。結合本工程實際情況，以自然生態型和工程生態型選取護砌材料，主要以在草皮(播撒草籽)護坡、雷諾墊護坡、混凝土板護坡之間進行比選[5]，見表3。

表3 護坡型式比選分析

通過對比發現，小甸子防洪區部分堤防距大洋河主河槽較遠，灘地較寬，堤岸平順，流速低于2.2m/s，因此可設計草皮護坡，約8.4km；其余河段距居民區較近，對生態景觀要求高，設計采用雷諾墊護坡。

3.2 雷諾墊護坡結構設計

為提高堤身護坡抗滲性和穩定性，設計雷諾墊護坡具體結構從上至下依次為：300mm雷諾墊+100mm卵石墊層+400g/m2土工布一層[6]。但考慮到雷諾墊護坡造價較高，為提高護坡經濟性，在滿足使用要求的前提下在護坡上半段設計為草皮護坡；護坡坡腳選用賓格石籠形式，固腳尺寸均為0.5m(高)×0.5m(寬)，具體結構如圖1所示。

圖1 小甸子防洪區堤身結構示意圖

4 堤防滲透計算及加固方案

4.1 滲流計算

小甸子防洪區段所有土堤均需培厚加高，根據地質報告，該河段堤基均屬于多層透水地基，堤身土由原堤身土和料場取土組成，因此滲流計算時按透水堤基復雜土堤考慮[7]。

本項目采用北京理正滲流分析軟件中滲流問題的有限元分析法對堤身滲透性進行模擬，計算及浸潤線模擬結果見表4和圖2所示[8]。

表4 小甸子防洪區滲流計算成果表

圖2 小甸子防洪區堤身浸潤線示意圖

4.2 滲透加固方案

經地質勘察，小甸子防洪區堤身粉質粘土滲透變形為流土型，堤基地層中粉細砂滲透變形為流土型[9]，有壩基滲漏而滲透變形的危險，因此需要作防滲處理。經分析，可采取臨水側防滲鋪蓋、垂直防滲、背水側壓滲蓋重三種處理措施[10]，具體對比見表5。

表5 堤身防滲方案對比

由表5可知：從造價看，方案一>方案三>方案二；但方案三的施工及將來的運行管理都較其他方案要優越，且壓滲蓋重頂部寬度可利用做為防汛搶險通道[11]。綜合比較，本次工程的堤基加固處理采用方案三。

5 結語

防洪堤培厚加高是目前眾多地區河道普遍存在的問題，首先對標準高程要計算準確，因為其直接關系到工程造價；其次護坡形式選擇要因地制宜，在防洪要求低、洪水量、流速等較小地段可采用經濟性較好的草皮護坡，而重要及對景觀要求較高河段可采用雷諾墊、混凝土格柵網等生態護坡，做到經濟、實用、美觀相統一。本文在充分結合小甸子防洪區堤防工程實際情況下設計了相關加固方案，做到了理論結合實際，但在實際施工時還需要根據各地段特點進行調節，設計和施工單位應緊密協調，做到靈活應對。