在建工程對堤防度汛影響分析及工程措施

◎ 劉闖 中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司

1.引言

在建工程所在地區澇災頻繁發生，現有排澇設施排澇能力不足，一旦遭受澇災，將給當地人民生命財產安全帶來巨大損失。安徽省蕪湖市無為大堤某在建泵站工程，排澇標準為20年一遇，排澇流量近60m3/s，工程等別為Ⅱ等，投入運行后，將會大大提高排澇片區抵御洪澇災害的能力，同時改善該地區的生態環境。

入汛以來，受多地持續強降雨影響，長江水位快速上漲。沿江鳳凰頸閘下水位更是高達15.21米，超過1998年歷史最高洪水位。受長江持續高水位影響，作為無為大堤的外護圩及防洪屏障，惠生聯圩于7月11日出現潰口，潰口長度約110米。惠生聯圩潰口引發長江洪水倒灌，使在建工程所在堤段直面長江大洪水的考驗。

受新冠疫情影響，工程施工進度相對滯后，未能達到預期目標。雖然穿堤建筑物已完成澆筑并及時復堤，但復堤后短時間內就面臨特大洪水的考驗，仍然存在較大風險：一是新堤在持續高水位條件下自身的穩定狀況；二是新堤與老堤結合處、穿堤建筑物與堤身結合處等作為大堤防滲體系的薄弱面，本身也存有一定的安全風險。此外，堤內泵房基坑開挖較深，與堤前形成較大水頭差，根據現場巡察情況，局部位置出現了翻砂鼓水現象。鑒于存在較大的潛在風險，原有度汛方案已難以滿足現狀水情對大堤防洪安全的要求，為確保大堤萬無一失，保障圩內群眾生命和財產安全，必須采取有效措施進行處理。

表1 各土層物理力學指標表

2.計算分析

2.1 計算模型及邊界參數界定

本次計算模型采用新建工程所在堤段斷面形式，新堤回填段堤頂高程15.2米（1985國家高程基準，下同），頂寬10米，兩側坡比為1：3，堤身采用粘性土填筑。根據現場水位監測結果，堤外水位最高時達11.3米，基坑地勢低洼，高程為-2.0米。期間，通過采取工程搶險措施，從原河道中引水入基坑，使得基坑內水位到達6.0米。在這種邊界條件下，復核大堤的安全穩定狀況。邊坡抗滑穩定計算各土層物理力學指標依據地質勘察報告建議值選取，如表1。

2.2 計算過程及結果分析

2.2.1 抗滲穩定分析

通過計算在設計洪水持續時間內浸潤線的位置、出逸點及出逸比降，分析土體發生滲流變形或滲透破壞的可能性，為下一步及時采取對應工程措施提供依據。結合地質勘測資料，新堤地基存在連續的不透水粘土層，故本次計算按不透水地基均質土堤滲流公式計算：

式中，q為單寬滲流量，m3/s·m；K為滲流系數，m/s；H1、H2分別為上、下游水位；h0為下游出逸點高度；m1、m2分別為上、下游坡度。

在此特定工況下，計算結果表明，堤坡出逸比降為0.57，滲流量為0.11m3/d，基本滿足穩定要求，但出逸比降已接近允許值，需要采取一定的工程措施進行處理。

2.2.2 抗滑穩定分析

本次穩定計算采用瑞典圓弧滑動法進行，采用有效應力法，計算公式參照《堤防工程設計規范》公式；

式中：W為土條重量，KN；Q、V為水平和垂直地震慣性力，KN；u為作用于土條底面的空隙壓力，KN/m2；a為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，°；b為土條寬度，m；Q、V分別為水平、垂直地震慣性力（V向上為正，向下為負），KN；c’為土條底寬的有效凝聚力，KN/m2；為有效內摩擦角，°；MC為水平地震段慣性力對圓心的力矩，KN·m。

計算結果表明，在這一非常運行條件下，土堤邊坡抗滑穩定安全系數值為1.26，滿足穩定設計要求。

3.工程措施

在本次防汛搶險過程中，建立了較為完善的組織管理制度和應急響應機制，包括人員日常值班巡堤、技術人員實時觀測、專家應急小組方案制定、搶險隊伍落實見地等，從發現問題到解決問題一整套完備的工作流程。本文重點總結了為解決本工程遇到的實際問題，所采取的一系列緊急工程措施。后續實踐證明，措施及時，效果良好。

3.1 基坑應急處理

在發現基坑出現冒水情況后，第一時間組織工作人員進行搶險工作。經專家分析論證，為保證大堤安全穩定，堤內外水頭差不宜超過5米。在堤外水位不斷上升的情況下，可以采取從河道抽水的方式，迅速抬高基坑內的水位，從而降低堤內外水頭差，有效的減小滲透壓力。由于基坑所在位置地勢低洼，需對基坑四周進行培土加高才能滿足坑內水位要求。通過連夜施工，在最短時間內修筑起一道高約1.5米、頂寬約6米的子埂。其中，利用現場開挖出的淤泥，沿子埂內側鋪設約0.6米厚的淤泥層，并在上面覆蓋土工膜，整體作為一道隔水層，減少基坑內水體外滲，維持基坑內水位平穩。采用多組水泵抽水方式，將泵房右側河道內的河水注入基坑內，水位抬升至預定高程后，僅保留一臺水泵作為備用，通過對基坑內的水位定時觀測，發現基坑內水位因外滲而出現下降時，及時啟用備用水泵及時補水。同時，采用架設浮橋、乘坐小船等方式，將中粗砂、碎石等反濾料精準投放在鼓水點。通過采取以上措施，基坑內鼓水點由原來的二十多個逐漸降低至個位數，并且冒水程度也得到了大幅緩解。

3.2 外圍堰修筑

為確保大堤萬無一失，在新回填堤段外搶筑一道圍堰。新修應急圍堰長300多米，設計頂寬6米，可保證各施工機械協同作業，水下填筑作業采用兩端進占法進行施工。圍堰主體采用塊石、碎石混合料填筑，外江側坡面采用防滲材料進行處理，增大其抗滲性。外圍堰修筑完成后，結合水泵抽排措施，將圍內水抽排至外江，從而降低新堤外側水位。通過對新堤采取這種“外降內抬”的措施，大大的削減了大堤兩側的水頭差，這對維護堤防的安全穩定起到了至關重要的作用。

4.結語

本文結合防汛搶險工程實例，分析計算了在建工程所在堤段在特定洪水條件下的安全穩定狀況，為后續進行科學決策、做好防汛工作提供了必要的參考。通過科學的人員組織，采取“外降內抬”等工程措施，多措并舉，有力的保證了大堤的安全穩定運行。