連江敖江流域防洪治理工程（文新段）堤防優(yōu)化設計探討

陳 實

（福建省建江水利水電設計咨詢有限公司，福建 福州 350001）

1 工程概況

連江城區(qū)段敖江左岸文新堤段位于城區(qū)敖江干流南岸文新村。起始于敖江三橋下游300 m 處（文新村村頭）右岸，終止于文新村村尾，位置處于感潮河段，且發(fā)生過滑塌，基礎不穩(wěn)定，該段總長0.518 km，原設計采用扶壁式擋墻堤型。

舊堤總長512 m，修建于20 世紀50 年代，防洪堤堤身為土堤，防洪標準不足20 年一遇，堤身建在灘地淤泥上，淤泥堤基未做處理，2018 年年底險情應急加固工程中完成了本堤段基礎的拋石壓載和阻滑樁等施工。

2 堤防險情及原因分析

2018 年10 月26 日文新舊堤段迎水坡堤腳便道部分路面出現(xiàn)下沉和開裂現(xiàn)象，下沉約1.3 m 左右并被江水淹沒；10 月27 日第一次發(fā)生滑坡，縱向滑塌長度90 m，堤腳開裂長度97 m?；潞缶壐叱碳s5.5 m，滑坡前緣高程約1.0 m，臨空面相對高差約4.5 m，滑坡面積約40 m2，總體積約3000 m3，堤頂縱向裂縫長度約50 m；11 月3 日～14 日之后由于降雨以及原堤身斷面穩(wěn)定被破壞，滑塌面向堤身繼續(xù)發(fā)展，堤身再次滑塌，滑坡后緣高程約9.5 m，滑坡前緣高程約1.0 m，相對高差8.5 m，滑坡面積約100 m2，總體積約9000 m3，為中型滑坡，施工便道開裂，裂縫寬度為3 cm～10 cm。為防止險情惡化，采用防滑樁進行緊急加固處理。

經分析造成滑塌的起因是堤防荷載過高，引導荷載過高的因素有：

1）含光塔公園和人行橋施工重載車輛頻繁通行堤腳便道，增加了邊坡的不利荷載；

2）連續(xù)降雨，由于雨水的入滲，斜坡土體由于飽水而重度增加，增加了坡體荷載；

3）舊堤自身填筑質量不達標，文新舊堤為土堤，存在滲漏問題，堤防建設滯后；

4）沿堤線現(xiàn)狀房屋緊鄰堤防背水坡，部分房屋建設已對堤防背水坡進行開挖，破壞了堤身結構和堤身斷面薄弱；

5）該段河道凹岸。河道深泓線逐年偏向右岸，根據2018 年實測與2016 年實測地形圖對比發(fā)現(xiàn)，文新段河床底高程從-3.0 m 沖刷至-4.5 m。

3 堤防優(yōu)化設計

3.1 原設計堤防斷面

原設計堤軸線為5018 m，擋墻結構采用扶壁式擋墻，工程投資1907 萬元，沿著已批復的規(guī)劃岸線布置，即文新舊堤堤腳擋墻位置，堤型采用C30 鋼筋砼扶壁式擋墻，墻頂寬0.5 m，墻身垂直，頂部露出設計堤頂高程0.8 m 兼做防浪墻；根據墻高不同，墻趾挑懸長度2.5 m，墻踵挑懸長度5.0 m，基礎厚1.0 m，下設C15 素砼墊層厚0.1 m，堤腳與阻滑樁平臺齊平，擋墻后采用粘土回填。堤頂總寬3.5 m，泥結石路面厚0.2 m，堤防背水側坡比為1∶2.0，鋪設草皮護坡，坡腳設C15 砼排水溝。堤后地面與舊堤堤頂齊平，布置3.0 m 寬防汛道路，采用瀝青混凝土路面。

圖1 扶壁式擋墻斷面

3.2 優(yōu)化設計后

文新段堤段出現(xiàn)堤身滑塌，且舊堤填筑質量較差，防洪堤優(yōu)化設計的前提不宜在堤身上部增加過多荷載。由于原設計扶壁式擋墻地基接觸面積小，地基應力較集中，根據實際情況考慮，原方案必須要更改。

3.2.1 優(yōu)化后堤防斷面

（1）考慮因素

復合式土堤對地基的適用性較好，堤身與地基接觸面積大，地基應力相應較小，在軟弱地基上容易保持穩(wěn)定，另外復合式為分級斜坡，可設置親水平臺，總工程投資需要1213 萬元。結合城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，敖江周邊城區(qū)定位為“環(huán)境優(yōu)美的生態(tài)城鎮(zhèn)”“宜居城鎮(zhèn)”，規(guī)劃沿敖江下游重點打造濱水景觀。綜合以上因素，采用土堤結合上部防洪墻的復合式土堤方案。

堤后民房較密集，避免居民后期修建房屋擾動堤防穩(wěn)定，堤軸線布置在文新舊堤防浪墻與規(guī)劃岸線之間，距離規(guī)劃岸線6 m～10 m，堤段樁號為WX0+000～WX0+511。優(yōu)化設計防洪堤長度511 m，堤防斷面為土堤+擋墻結構，堤頂設C30 鋼筋砼懸臂式擋墻，擋墻基礎設高壓旋噴樁防滲墻，墻后填土，堤頂寬度3.5 m，堤坡采用生態(tài)砼護坡。

（2）堤防斷面的確定

堤型采用土堤+防洪墻，堤身迎水側采用粘土置換舊堤的填筑料，置換厚度不小于2.0 m，迎水側坡比1∶2.5，坡面結構采用生態(tài)混凝土護坡，結構自下而上為土工布一層，現(xiàn)澆生態(tài)砼0.15 m 厚，表面覆土0.03 m 厚，坡腳與已建的阻滑樁冠梁連接；為減少土堤高度，斜坡頂采用C30 鋼筋砼防洪墻，墻頂高于設計堤頂?shù)缆?.0 m，堤頂寬度為3.0 m，設置瀝青混凝土路面；擋墻頂寬0.5 m，墻身垂直，墻趾挑懸長度0.7 m，墻踵挑懸長度3.0 m，擋墻底板厚0.5 m，下設C15 素砼墊層厚0.1 m。擋墻洪水位以上部分采用可拆卸式防浪墻。

此段舊堤填筑材料主要為粉砂，滲透較大，在防洪墻下部設置高壓旋噴樁防滲墻，樁徑0.6 m，樁間距0.4 m，防滲墻穿透粉砂層。具體斷面圖見圖2。

3.2.2 上部防洪墻優(yōu)化設計

此次堤防優(yōu)化設計原則為上部減載，增加堤防的穩(wěn)固性，且工程緊鄰連江縣含光塔公園，對于后期景觀要求較高，堤后沿線村民多次要求降低擋墻高度，綜合以上因素，本次優(yōu)化設計上部防洪墻采用方案二懸臂式擋墻+防浪板方案。

堤坡上部采用C30 懸臂式擋墻，墻頂高于舊堤頂1.3 m，填筑粘土0.3 m 作為堤頂?shù)缆?，堤頂寬度?.0 m，路面與擋墻高差1.0 m；擋墻頂寬0.5 m，墻身垂直，墻趾挑懸長度0.7 m，墻踵挑懸長度3.0 m，擋墻底板厚0.5 m，下設C15 素砼墊層厚0.1 m。擋墻頂部采用可拆卸式防浪墻，防浪墻高度1.0 m，由5 塊防浪板拼插而成。

3.3 防洪墻穩(wěn)定計算

防洪墻斷面按最大高度4.3 m 進行計算，采用“理正巖土計算軟件”6.5 版進行計算，結果如下：

（1）物理力學指標

堤基土層及回填土料物理力學指標詳見地質章節(jié)，地基考慮樁基效果。

（2）計算工況

根據《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013）規(guī)定，穩(wěn)定計算取用的工況如下。

工況1：施工期的臨水、背水側堤坡（非常情況）；

工況2：設計洪水位下的穩(wěn)定滲流期的背水側堤坡（正常情況）；

工況3：設計洪水水位驟降期的臨水側堤坡（正常情況）。

（3）穩(wěn)定計算成果分析

計算成果見表1。

表1 防洪墻抗滑穩(wěn)定計算成果表

由表1 可以看出，防洪墻自身穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

3.4 堤防滲流穩(wěn)定計算

（1）堤防現(xiàn)狀滲流穩(wěn)定計算

根據地質鉆探、實驗，堤防各巖土層物理力學參數(shù)選用建議值，并參照工程經驗值，選取各土層滲透系數(shù)見表2。建模材料：①素填土，②粉砂，③淤泥，④粉質粘土，⑤強風化花崗巖，⑥弱風化花崗巖，⑦拋石。

表2 堤防各土區(qū)滲透系數(shù)K

計算斷面選用堤防最不利斷面，按有限深透水地基計算，采用河海大學編寫的“水工結構有限元分析系統(tǒng)Autobank 7.07”進行滲流計算。

計算工況為：外江水位為設計洪水位，下游無水時現(xiàn)狀堤防滲流情況。經計算，堤防滲流計算成果見表3。

表3 現(xiàn)狀堤防滲流計算成果表

根據計算可以看出：堤后出逸點位于粉砂層，最大水力坡降大于允許水力坡降（[J允]＝0.2），理論上在反濾失效的情況下堤防土體會發(fā)生滲透破壞。

鉆孔現(xiàn)場注水試驗堤身粉砂層滲透系數(shù)平均值K=2×10-3cm/s，屬強透水性；根據鉆探揭示成果和現(xiàn)場注水試驗，壩體土層均勻性較差，存在滲漏隱患。故采用高壓旋噴防滲墻對堤身進行防滲加固。

（2）堤防加固后滲流穩(wěn)定計算

本次加固后的堤防滲流計算方法和計算工況與前節(jié)一樣，單管高壓旋噴防滲墻滲透系數(shù)取1.0×10-6cm/s 進行滲流分析計算。

表4 加固后堤防滲流計算成果表

堤防通過單管高壓旋噴防滲墻加固后最大水力坡降均小于允許值，堤身將不會產生滲流破壞。理論計算上單寬滲流量減少顯著。因此，本次采用防滲墻對堤身進行防滲加固是必要可行的。

4 結果及結論

連江敖江流域防洪治理工程（文新段）堤防優(yōu)化設計后對連江敖江流域防洪治理工程綜合整治長度和旱閘規(guī)模無影響，受影響主要是由于堤軸線變動，原堤防長度523.0 m 減少至511.0 m，總投資減少506.86 萬元，比連江敖江流域防洪治理工程初設批復概算總投資減少1.96%；堤型由扶壁式擋墻變更為經濟生態(tài)的復合式，下部土堤上部可拆卸防浪墻，不僅減輕了堤防的荷載力，而且解決了原設計中上部懸臂式擋墻對堤后居民視野造成阻擋的問題，增強堤后居民視野通透性。綜上所述，工程優(yōu)化變更后經濟、生態(tài)、防洪各方面效果顯著。