青嵐支河圩堤治理方案研究

鄔建江

（進(jìn)賢縣河道堤防安全保障中心,江西 南昌 331799）

0 引言

中小河流水文特性表現(xiàn)為源短流急、洪水暴漲暴落等[1]。由于河道清淤不及時(shí),管理不完善,造成行洪通道嚴(yán)重萎縮,防洪能力不足,給區(qū)域構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。青嵐支河圩堤現(xiàn)狀部分堤段堤身單薄,險(xiǎn)情較多,風(fēng)浪水流對(duì)堤身、岸坡沖刷嚴(yán)重。擬采取堤防加高培厚、堤身堤基防滲處理、護(hù)坡護(hù)岸等綜合治理措施,使圩堤處于穩(wěn)定狀態(tài),以提高區(qū)域的防洪能力,改善生態(tài)環(huán)境,保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展。

1 工程概況

青嵐支河河道治理工程位于江西省南昌市進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)境內(nèi),是張公鎮(zhèn)的重要堤防之一,工程治理范圍內(nèi)堤防起自工程起點(diǎn)張王廟水電站,沿青嵐支河順流而下,終止于畔下萬(wàn)家。現(xiàn)有圩堤堤身矮小,填土質(zhì)量差,局部迎流頂沖河岸已被洪水沖刷成陡岸,局部岸坡已發(fā)生崩塌,圩堤堤身單薄,堤頂路面大都為素土路面,雜草叢生,寬窄不一,凹凸不平,穿堤建筑物老化、毀損嚴(yán)重影響了堤身安全及防汛工作。鑒于此擬開展河流治理,整治河道總長(zhǎng)16.386 km（其中主河10.225 km,支流6.161 km）,整治堤防總長(zhǎng)18.138 km。青嵐支河擬整治范圍見圖1。

圖1 青嵐支河擬整治范圍

2 堤防護(hù)岸型式

護(hù)岸型式的選擇基于充分利用當(dāng)?shù)夭牧?在滿足防洪安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,盡量按照生態(tài)護(hù)岸要求滿足美化環(huán)境、提高生物多樣性及促進(jìn)水體自凈的原則,因地制宜開展材料和型式比選。

青嵐支河借鑒本地類似工程經(jīng)驗(yàn),綜合考慮征地、工程投資和景觀效益影響,根據(jù)各河段兩岸地形條件和水文特性提出了預(yù)制塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡、干砌塊石護(hù)坡+草皮護(hù)坡、框格網(wǎng)草皮護(hù)坡和草皮護(hù)坡等4種方案予以分析。見表1。

表1 護(hù)坡方案比較表

護(hù)坡材料應(yīng)在保證防洪安全的前提下,盡量選擇生態(tài)、環(huán)保材料。根據(jù)表2干砌塊石護(hù)坡雖然比砼預(yù)制塊護(hù)坡價(jià)格高些,但干砌塊石為散體,適應(yīng)變形能力強(qiáng),且較生態(tài),比砼預(yù)制塊更適用于長(zhǎng)期受沖刷的岸坡段；草皮護(hù)坡造價(jià)低,生態(tài)美觀,但抗沖性能差,不適合沖刷嚴(yán)重堤。所以根據(jù)河岸不同現(xiàn)狀情況,設(shè)計(jì)采用以下三種護(hù)岸加固方式。

2.1 干砌塊石護(hù)坡+草皮護(hù)坡

設(shè)計(jì)在岸坡臨水坡洪水位以上50 cm采用400 mm厚干砌塊石護(hù)坡,下鋪150 mm厚砂礫石墊層,常水位以上采用草皮護(hù)坡。典型設(shè)計(jì)斷面見圖2。對(duì)迎流頂沖段,堤腳受沖刷作用明顯,大部分岸坡呈直立狀,堤段沿線坡腳淘蝕嚴(yán)重,局部見坍塌且現(xiàn)狀無襯護(hù)河段,采用干砌塊石護(hù)坡+草皮護(hù)坡加固,總長(zhǎng)3.63 km。

圖2 堤防干砌塊石護(hù)坡+草皮護(hù)坡典型斷面圖

2.2 C20砼預(yù)制塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡

設(shè)計(jì)在岸坡臨水坡洪水位以上50 cm采用100 mm厚C20砼預(yù)制塊護(hù)坡,下鋪100 mm厚砂礫石墊層,常水位以上采用草皮護(hù)坡。典型設(shè)計(jì)斷面見圖3。對(duì)現(xiàn)狀局部段為預(yù)制塊護(hù)坡,受風(fēng)浪水流的沖刷作用,預(yù)制塊局部段掏空,堤段沿線坡腳淘蝕嚴(yán)重河段采用砼固腳+預(yù)制塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡加固,總長(zhǎng)1.20 km。

圖3 堤防預(yù)制塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡典型斷面圖

2.3 草皮護(hù)坡

對(duì)河槽平順段,局部堤段離河床較遠(yuǎn)河段,采用草皮護(hù)坡,總長(zhǎng)12.153 km,典型設(shè)計(jì)斷面見圖4。

圖4 堤防草皮護(hù)坡典型斷面圖

3 堤身堤基防滲處理

3.1 防滲處理前滲流計(jì)算

3.1.1 計(jì)算斷面

按照堤后高程處于設(shè)計(jì)洪水位以下堤段作為滲流計(jì)算斷面的原則選取XZ1+000樁號(hào)作為典型計(jì)算斷面,分別計(jì)算浸潤(rùn)線出逸點(diǎn)高程、背水側(cè)堤基最大滲透坡降和單寬滲流量等參數(shù)。填土、粉質(zhì)黏土和砂礫石的允許滲透坡降為J允=0.32、J允=0.35、J允=0.35。

3.1.2 計(jì)算結(jié)果

滲流計(jì)算采用AutoBank同時(shí)考慮迎水面和背水面水位設(shè)計(jì)水位進(jìn)行有限元分析,計(jì)算成果見表2。

表2 加固前堤防典型斷面滲流計(jì)算成果表

由表2可知,背水面的滲透坡降超過了允許值,即堤防存在滲透破壞現(xiàn)象,需采取相應(yīng)措施予以保護(hù)。

3.2 堤身防滲處理

堤身填土主要為重粉質(zhì)壤混合中粗砂、粉細(xì)砂,局部夾雜碎石等填筑,呈松散～稍密狀、可塑～硬塑狀,堤身材料及填筑質(zhì)量均較差,防滲性能較差,汛期常會(huì)出現(xiàn)滲水、塌坡等險(xiǎn)情。

根據(jù)本地前期類似工程經(jīng)驗(yàn),擬采取粘土斜墻培厚的方法處理存在滲透破壞的堤段。即清除臨水面表土、整平雜物,加設(shè)黏土斜墻,回填防滲性能優(yōu)良的新黏土,分碾壓夯實(shí),要求設(shè)計(jì)黏土斜墻的高程高于非常運(yùn)用條件下的靜水位。

回填料要求粘粒含量在35%～50%范圍內(nèi),滲透系數(shù)不得大于1×10-5cm/s,且有良好的滲透穩(wěn)定性和塑性；含水量在20%～30%范圍內(nèi),靠近塑限為宜；要求設(shè)計(jì)干密度應(yīng)大于天然干密度的1.02～1.12 倍,且不得小于1.5 g/cm3。

3.3 堤基防滲處理

青嵐支河堤基按照粘性土、巖石、特殊土和粗粒土的分布組合關(guān)系,主要分為單一結(jié)構(gòu)（Ⅰ類）和雙層結(jié)構(gòu)（Ⅱ類）。若內(nèi)河水位高于堤內(nèi)自然地面且持續(xù)一段時(shí)間后,Ⅱ類結(jié)構(gòu)堤基往往存在滲透變形的可能。鑒于青嵐支河圩堤內(nèi)地腳線均采用人工開挖池塘,削弱了上部的粘性不透水層,在持續(xù)高水位的工況下,河水必將沿著蓋層薄弱處和滲徑較短處產(chǎn)生滲透破壞。

3.3.1 方案擬定

堤基滲控措施按其作用可分為減壓、排滲、截滲等,具體措施包括：臨水側(cè)防滲鋪蓋、垂直防滲、背水側(cè)壓滲蓋重、排水減壓井（溝）等。

（1）水平壓蓋

水平壓蓋分為臨水面的防滲鋪蓋和背水面壓滲蓋重,主要作用是通過延長(zhǎng)滲流路徑而減小滲透逸出坡降,使其小于允許值。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),在背水面采用壓滲蓋重,填平堤內(nèi)水塘和土坑,修筑壓浸臺(tái)能增加內(nèi)坡抗滑穩(wěn)定性,起到良好的工程效果。

（2）射水造砼墻

射水造砼墻是利用高速射流沖擊破壞土層結(jié)構(gòu),將流沙和土水混合物溢出水面,通過成槽孔進(jìn)行混凝土澆筑,構(gòu)造連續(xù)防滲墻。要求成墻厚度在22 cm～45 cm范圍內(nèi),薄墻造價(jià)約170 元/m2,防滲效果好,可結(jié)合堤基處理形成連續(xù)防滲墻,但遭遇穿堤建筑物時(shí)破壞了其防滲整體。

（3）高噴砼防滲墻

利用高壓噴射水、氣和漿液介質(zhì)沖刷切割土體,并使?jié){液與土體顆粒置換成砼而形成防滲墻體,適用條件廣,技術(shù)成熟,處理深度大,防滲效果好,造價(jià)較高,單價(jià)約350元/m3。主要用于射水造砼墻過穿堤建筑物的堤段。

（4）排滲減壓

修建堤內(nèi)減壓井或排水減壓溝,可將承壓水反濾導(dǎo)排出來,降低基礎(chǔ)的承壓水頭,防止出現(xiàn)滲透破壞。其單次投資額較低,施工簡(jiǎn)單,但后期易出現(xiàn)堵塞,效果比較差,運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較大。

3.3.2 方案確定

通過以上分析比較,根據(jù)各堤段險(xiǎn)情分布和地形地質(zhì)條件,堤內(nèi)采用防滲蓋重可明顯改善滲流險(xiǎn)情和隱患,且工程量可控,效果較好。因此決定采用水平壓蓋壓浸臺(tái)的防滲措施。

3.4 處理后防滲計(jì)算分析

采用前述方法進(jìn)行堤處理后滲流計(jì)算,結(jié)果見表3。

表3 處理后堤防典型斷面滲流計(jì)算成果表

由表3計(jì)算成果可知,背水側(cè)堤基最大滲透坡降小于允許值,說明堤防經(jīng)過處理后不存在滲透破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

青嵐支河就存在的河工病險(xiǎn)問題,從堤岸型式選擇和防滲加固處理兩個(gè)核心要素入手,從減少征地、工程投資及生態(tài)景觀三方面結(jié)合各河段現(xiàn)狀特征,選擇了適宜各河段的堤岸型式,為后續(xù)治理方案的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。防滲處理是否到位河道整治工程的安全保證程度,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀對(duì)堤身和堤基提出了適宜的防滲加固措施,計(jì)算結(jié)果表明防滲效果顯著,可以滿足工程安全運(yùn)行的要求。