圩堤工程加固設計方案分析

趙 霞

（南昌縣象湖聯圩管理站，江西 南昌 330200）

圩堤是在沿江、濱海以及濱湖區的低洼地帶修筑的抵御外水入侵、保護耕地堤防建筑。自1998年長江大洪水后，國家加大了鄱陽湖地區防洪建設力度。目前，湖區圩堤防洪能力已得到了較大提高，取得了良好的經濟效益和社會效益。但是，部分圩堤依然存在堤段堤身土方嚴重流失，堤頂路面破壞嚴重，汛期堤頂防汛通道難以正常通車等問題，給防洪搶險帶來了一定的困難。為加強長江防洪體系的建設，穩定鄱陽湖防洪大局，增強湖區抗御洪澇災害的能力，促進圩區內經濟發展，根據水利部相關文件要求，提高鄱陽湖區及整個長江中下游的總體防洪能力，滿足湖區人民工作、生產、生活和經濟發展的需要，實施圩堤除險加固已刻不容緩。

1 工程概況

1.1 長樂圩區概況

南昌縣長樂聯圩是江西省鄱陽湖區重點圩堤之一，圩堤可保護面積274.71 km2、耕地1.71 hm2、人口22.6萬人、區內企業205個及昌萬公路、樂溫高速等重要設施。區內地勢較平坦、土地肥沃、水土資源豐富，盛產糧食及農副產品，為重要商品糧基地，圩區2017年工農業生產總值13.4億元。

1.2 堤防工程現狀

長樂聯圩為土堤，總長97.1 km，起始于土坊街，其中樁號30+600-45+000為臨湖堤，其余堤段為臨河堤。圩堤原設計斷面為堤頂寬8 m，臨水坡坡比1∶3；臨湖堤背水坡在設計堤頂以下3 m處設一寬2.0 m的馬道，馬道以下坡比為1∶3.5，馬道以上邊坡比為1∶3.0；臨河堤背水坡在設計堤頂以下3 m處設一變坡點，變坡點以上邊坡坡比為1∶3，以下邊坡坡比為1∶3.5；堤頂超高臨河堤為1.5 m，臨湖堤為2.0 m。

2 存在問題及必要性分析

2.1 堤防存在的主要問題

由于施工條件及資金限制，圩堤加固未到位，經過十余年的運行，險情偶有發生，主要表現在：

（1）根據當時的施工條件，圩堤土方填筑主要是依靠群眾挑抬填堤，雖然要求采用拖拉機或推土機碾壓，但由于缺乏碾壓設備，存在填土壓實度不夠的現象，經多年運行，堤身產生沉降。

（2）部分堤段未采用硬護坡或竣工后沒有及時進行草皮護坡，風浪、雨水對砂質堤坡沖刷嚴重，造成土方流失。

（3）缺少相應的堤防工程設計、施工規范，圩堤加高時沒有預留超高。

（4）尚有部分房屋未拆遷，影響圩堤的加高加寬。

（5）限于歷史條件，建設管理體制不夠完善，沒有全面實行招投標制，工程監理制和合同制，不能做到分段驗收、分段達標。

（6）堤身滲漏。長樂聯圩堤身土取自堤內外表土，主要由粘土、壤土組成，堤身質量總體較好，但一些堤段主要由砂壤土、粉細砂組成，汛期易發生滲漏或滲漏隱患。

2.2 工程建設的必要性

聯圩保護區地勢低洼，鄱陽湖高水位持續時間長，受鄱陽湖洪水和撫河洪水的影響，洪澇災害多發，嚴重制約當地的經濟發展，威脅人民生命財產。堤頂路面破壞嚴重，每年汛期堤頂防汛通道難以正常通行。因此為加強長江防洪體系的建設，增強湖區抗御洪澇災害的能力，須對長樂聯圩進行培寬加固改造，以提高鄱陽湖區及整個長江中下游的總體防洪能力。

3 加固工程任務及設計標準

3.1 工程任務

針對長樂聯圩部分堤身斷面達不到設計要求，已達到設計要求的堤身斷面堤容堤貌差，堤身存在滲漏險情，現有護坡護岸工程不能滿足防風浪水流沖刷的要求，按照擬定的防洪標準，確定工程建設的主要任務為：①達不到設計要求的防汛通道堤身斷面，進行培寬處理，已達到設計要求的堤身斷面進行堤容堤貌整理；②新建防洪通道，對防洪通道進行抗風浪水流沖刷護坡；③對堤身培寬涉及到的建筑物進行加長加固；④完善必要的工程管理措施。

3.2 工程設計標準

長樂聯圩地處撫河及清豐山溪尾閭地區，其設計防洪標準為：河洪防御撫河及清豐山溪20年一遇洪水位，湖洪防御相應湖口20.59 m洪水位。工程設計按4級堤防設計，穿堤建筑物的級別按《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）、《泵站設計規范》（GB/T 50265-2010）和《水閘設計規范》（SL 265-2016）確定，但不應低于4級，本次加固的建筑物均按4級建筑物設計。

4 工程總體布置設計

4.1 堤線布置

長樂聯圩是由老長樂圩、北防洪堤聯并而成，其后又聯并撫河左岸南河圩等堤及下游圍墾的長腰湖圩等共計35座，形成現在的長樂圩。圩堤經過歷年的加高加固，形成較為完整的防洪體系，因此防汛通道堤線布置方案基本維持現狀不變。防汛通道堤線基本維持現狀，根據其存在問題，分別進行培寬處理。

4.2 防汛道路培寬

根據長樂聯圩現狀情況，按照《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013），加固堤線維持現有堤線不變，對達不到設計要求的斷面，按設計斷面進行培厚。堤線不順直的地方采取加寬拉直的方式保證堤線順直。在保持堤線順直的情況下，合理選擇培厚方式。基本達標的斷面，存在坡面不整、水土流失、植被覆蓋較厚等問題，致使堤容堤貌外觀形象差。設計進行堤容堤貌修整處理，主要內容包括：①清除較厚的植被覆蓋；②對雨淋溝進行回填處理；③不平整的坡面進行整坡回填等。

4.2.1 堤身滲流及滲透穩定分析

根據現狀調查，堤身填筑過程中存在滲漏隱患，汛期高水位曾出現滲流險情，為防止產生滲透破壞，結合堤身填筑土質情況，對堤身出現滲漏險情的堤段進行防滲處理，對可能出現滲漏破壞的堤段進行加固處理。

4.2.2 堤身抗滑穩定分析

計算斷面：根據地形地質條件及堤身斷面情況，選取堤身高度大、地質條件差（堤基有淤泥質軟弱土層或細砂等）典型斷面進行分析計算。

計算工況：本次設計主要是復核背水側邊坡穩定，現狀堤防斷面培寬，外河水位降落緩慢，僅計算外河為設計洪水位時的穩定滲流期的內坡抗滑穩定，不考慮外河水位驟降的工況。

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013），堤身抗滑穩定計算采用瑞典圓弧滑動法，見式（1）。

式中：b為土條的寬度，m；W為土條重量，kN；Q、V為水平和垂直地震慣性力，V向上為負，向下為正；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kN/m2；α為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，°；μ為穩定滲流期堤身或堤基中的孔隙水壓力，kPa；c'、φ'為土條底面的有效凝聚力和有效內摩擦角；Mc為水平地震慣性力對圓心的力矩，kN·m；R為圓弧半徑，m。

采用理正巖土計算軟件進行堤身抗滑穩定計算，計算成果見表1。由表1可知，其抗滑穩定安全系數均大于規范規定允許安全系數。

表1 堤身抗滑穩定計算成果表

4.3 護坡工程

4.3.1 護坡型式選擇

根據鄱陽湖區護坡工程建設經驗，考慮護坡造價經濟、便于施工和整體美觀的要求，對新增的硬護坡采用預制砼塊護坡。護坡下設砼齒槽，上設砼壓頂。砼護坡、齒槽及壓頂砼的強度等級均為C20，護坡墊層采用10 cm厚碎石墊層，下層采用5 cm砂墊層。

4.3.2 護坡厚度設計及選用

砼預制塊平面尺寸為邊長30 cm的正六邊形。護坡厚度按砼塊在波浪壓力和浮力作用下，滿足整體穩定要求確定，按照式（2）計算。

式中：t為砼護坡厚度，m；K為安全系數，本圩為4級堤防，取K=1.15；2h為設計波高，m；rc為砼的容重，取 2.4 t/m3；rw為水的容重，取 1.0 t/m3。

根據計算結果，設計臨湖堤預制塊砼護坡厚度采用10 cm，臨河堤砼預制塊厚度采用10 cm。

4.4 建筑物加固

長樂聯圩現有穿堤建筑物98座，其中自排閘40座，電排站42座，電灌站15座，交通閘1座，穿堤涵管結構形式為方涵、圓涵，采用鋼筋砼工藝施工而成。由于前期對現有建筑物進行了拆除重建或除險加固，故本次僅對因防汛道路拓寬穿堤建筑物堤內側進行駁長處理。經統計，共有9座穿堤箱涵進行駁長，設計尺寸與現狀箱涵相同。

4.5 工程安全監測

長樂聯圩工程設置堤身沉降、水位、滲流觀測（包括堤身浸潤線及，堤基滲透壓力）、附屬建筑物的水平和垂直位移以及表面觀測，針對新建防汛通道堤身沉降、水位、滲流觀測（包括堤身浸潤線及堤基滲透壓力）等的觀測。

5 結語

長樂聯圩加固工程實施建成后，將產生較大的防洪治澇效益、灌溉效益和社會效益。工程實施后，將減少本區域的洪澇災害損失，提高農作物的收成，改善項目區內的生產、生活環境條件。

圩堤加固設計方案體現出與其他防洪水利設施不同的環境背景與要求，因此，需要針對各工程的現狀特點，從保護目標的變化情況、防洪標準提高以及薄弱環節的除險等方面入手，因地制宜設計加固實施方案。