江門市江新聯圍江海段堤防加固工程方案分析

陳宇恒

（廣東省源天工程有限公司,廣東 廣州 510000）

我國地大物博,不同地區有著不同的地質和氣候條件,因此堤防工程具有類型多、堤線長、運行條件差異大等特點,這就造成了堤身和堤基隱患隨機性強的問題。此外,不同地區經濟發展存在一定差異,其防洪標準和防潮等級也不盡相同。隨著我國科技和經濟的進步,原先修筑的堤防工程可能存在堤頂部高程和寬度不足、路堤體滲漏、路堤邊坡穩定性不足、路堤頂部道路損壞等問題,一旦發生洪水可能造成嚴重的安全隱患。江門市江新聯圍江海段堤防加固工程,堤防完成加固投入使用至今已超過10 年,經歷了數次臺風暴潮的襲擊,確保了圍內人民生命財產安全。但由于堤防堤基軟弱土層深厚,堤身已出現不同程度沉降變形及滲漏,部分建筑物與堤防連接部位出現不均勻沉降,建筑物基底出現脫空、滲漏等險情,本文探討了江海段堤防加固工程,保證江海區域防洪（潮）能力的需要。

1 江海段工程條件

本段起點位于北街水閘下游（樁號22+260）至江新聯圍防汛物料倉庫下游處（樁號35+471）段。沿線的主要穿堤涵閘有金溪Ⅰ、金溪Ⅱ、石咀、橫瀝、殼滘、橫海南、石洲等幾座水閘。該堤防現狀堤頂高程約為7.50 m～8.50 m,沿線堤岸雖未見明顯崩塌現象,但由于外江（西江）汛期洪水較大,水流較急,對堤腳岸坡仍有沖刷,現狀已有拋石護腳。堤身填筑土壓實度一般、均勻性稍差。由鉆探揭露土層性狀可知,堤身土為中等透水性,滲透系數相對較大。根據運行管理單位反映,本工程堤基地質結構類型主要為單一結構和多層結構。分段如下：樁號22+260～樁號24+750、樁號25+050～樁號27+900、樁號29+530～樁號32+170及樁號32+620～樁號35+471四段共長10831 m。

2 江海區段工程現狀及存在問題

北街水閘管理范圍21+800～22+260,江海區段樁號為22+260～35+471,即北街水閘連接堤終點至江新聯圍防汛倉庫,全線長13.211 km,工程現狀及存在的主要問題如下：

①22+260～25+250及25+600～26+600段為廠區堤段,現狀防浪墻（防洪墻）頂高程滿足防洪標準要求,護坡（岸）質量完好；②25+250～25+600為清欄險段,現狀堤頂無防浪墻,堤頂高程不滿足防洪標準要求；現狀測量發現外江側拋石護岸下切嚴重；六角塊護坡脫空、沉陷現象較為普遍；③26+600～29+700 段現狀堤頂高程滿足防洪標準要求；迎水側六角塊護坡脫空、沉陷現象嚴重；④29+700～35+471段局部防浪墻不滿足防洪標準要求（31+200～35+471）；迎水側六角塊護坡脫空、沉陷現象嚴重；堤頂經改造成瀝青砼路面后,目前完好；2017年7月3日、4日分別發現31+800、31+850和34+480 共3 處滲水點,2018年對該段堤防進行了充填灌漿處理；⑤沿線穿堤水閘閘底存在脫空等安全隱患；⑥橫海南水閘至江新聯圍防汛倉庫段堤防堤頂路面損毀嚴重,堤防安全監測設施不齊全；⑦沿線穿堤水閘閘底存在脫空等安全隱患；⑧橫海南水閘至江新聯圍防汛倉庫段堤防堤頂路面損毀嚴重。

3 江海段堤防加固工程方案

3.1 堤頂高程的確定原則

①按50年一遇防洪,100年一遇防潮,復核現狀防浪（洪）墻是否滿足標準,不滿足的需加高或重建[1]。②除局部防洪墻堤段堤頂面高程按不小于設計洪（潮）水位確定,其余堤段堤頂面高程均按不小于設計洪（潮）水位+0.5m超高、防浪墻凈高不大于1.2m,且堤身按填筑土最少的原則確定。

3.2 堤頂高程

（1）計算方法。根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）,堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高應按下式計算：

Y=R+e+A

式中：Y為堤頂超高,m；R為設計波浪爬高,可按附錄C計算確定,m；e為設計風雍增水高度,可按附錄C計算確定；A為安全加高值,m；按規范表3.2.1的規定選取,2級堤防安全加高值不允許越浪取0.8 m,允許越浪取0.4 m。

在風的直接作用下,正向來波在單一斜坡上的波浪爬高可按下列方法確定：

式中：Rp為累積頻率為p的波浪爬高,m；K為斜坡的糙率及滲透性系數；KV為經驗系數,可根據風速v（m/s）、堤前水深d（m）、重力加速度g（m/m2）組成的無維量V/（gd）^0.5；Kp為爬高累積頻率換算系數；對不允許越浪的堤防,爬高累積頻率宜取2%,對允許越浪的堤防,爬高累積頻率宜取13%；m為斜坡坡率；H為堤前波浪的平均波高,m；L為堤前波浪的波長,m；R0為無風情況下,光滑不透水護面（K=1）、H=1 m時的爬高值,m。

（2）計算斷面。本工程堤頂高程計算共取3個代表斷面,各斷面基本資料數據見表1。

表1 江海區段堤頂高程計算各代表斷面基本資料

（3）計算結果。本次加固,堤頂高程按兩種情況復核：①按原加固設計原則,即洪水標準為50年一遇,潮水標準為100年一遇；②洪水標準為50年一遇,潮水標準為100年一遇,均為不允許越浪[2]。其結果見表2。因此本區段堤頂及防浪墻維持現狀（見表2）。

表2 江海區段按允許越浪原則堤頂高程計算結果

3.3 堤型及堤身結構設計

江海段堤防主要包括城區段及外海段,樁號范圍22+260～35+471,堤線全長約13.211 km,其中加固堤防7.201 km,未處理堤防6.01 km。設計洪水標準為50 年一遇,按允許越浪設計。

①22+260～25+280、25+900～26+670、29+370～29+810 及31+400～31+530 段沿線主要為工廠、碼頭,允許越浪復核后現狀堤頂高程滿足防洪要求,除23+430～23+610 段迎水坡沉降破損嚴重需重建外,其余基本維持現狀。其典型斷面見圖1。

圖1 23+430～23+610典型斷面圖

②25+280～25+900段位于清欄險段,堤線長0.62 km,設計堤頂路面高程6.0 m。堤頂寬8.0 m～9.0 m（含兩側路緣石）；路面采用AC-13 C改性瀝青砼路面0.05 m厚,下設PC-2 透層瀝青+5%水泥石粉穩定層0.18 m厚,路面設1%向內橫向坡。迎水側采用0.08 m厚C25 砼六角塊護坡,下設0.1 m厚石粉墊層+土工布+0.05 m厚M7.5 砂漿,坡比1∶2.5,坡腳為現狀漿砌石擋墻；其中25+280～25+520段擋墻外側由于水流沖刷,河床下切嚴重,經復核穩定需拋石護岸,護岸型式可采用連續拋石與間隔拋石丁壩兩種方案。

連續拋石方案,既可有效解決堤防穩定安全隱患,又便于施工；間隔拋石雖能節約投資,但由于緊挨清欄碼頭港池,其回淤效果不明顯。由于該段堤防拋石防沖僅320 m,結合之前的加固方案,經對比分析,本次仍推薦采用連續拋石方案,且拋石體表面采用0.2 m厚C25 膜袋砼抗沖,下設0.3 m厚碎石墊層找平,坡比為1∶2.5。具體見圖2和圖3。

圖3 25+280～25+520典型斷面圖

③26+670～29+370段,允許越浪復核后現狀堤頂高程滿足防洪標準要求,路面為改性瀝青砼路面,背水側為濱江公園,但由于28+500～29+370堤段迎水側現狀六角塊護坡脫空、沉陷嚴重,且堤身填筑土滲透系數較大,因此需重建迎水護坡。重建后的護坡為0.08 m厚C25砼六角塊,下設石粉墊層0.1 m厚+土工布及0.05 m厚M7.5砂漿墊層。具體見圖4。

圖4 28+500～29+370典型斷面圖

④29+810～35+471段,即江門港客運碼頭至江新聯圍防汛倉庫段長約5.661 km,歷史上分段進行過堤頂改造,包括加高防浪墻或路緣石,堤頂鋪設改性瀝青砼路面,且2018年對該段堤防進行了灌漿,堤頂高程滿足防洪標準要求,整體運行正常。但由于橫海南水閘至防汛倉庫段（31+800～35+471）堤頂路面改造較早,且為瀝青表處路面,目前龜裂、損毀現象較為普遍,且迎水側現狀六角塊護坡脫空、沉陷嚴重,堤身填筑土滲透系數較大,背水側草皮生長欠佳,需重建護坡。具體如下：

29+810～31+800（其中31+400～31+530為中糧,不處理）段主要是重鋪背水側草皮護坡,坡比為1∶2.5,增設8.0 m寬二級戧臺,其中人行步道寬3.0 m；戧臺內側設磚砌排水溝,外側設120 mm×300 mmC20 路緣石,并恢復排水渠。具體見圖5。

圖5 29+810～31+800典型斷面圖

31+800～35+471段重建迎水側護坡為0.08 m厚C25 砼六角塊,下設石粉墊層0.1 m厚+土工布及0.05 m厚M7.5砂漿墊層；重建堤頂路面,寬9.0 m（含現狀防浪墻及重建路緣石）,路面采用AC-13 C改性瀝青砼路面0.05 m厚,下設PC-2透層瀝青+5%水泥石粉穩定層0.18 m厚,設1%向內橫向坡；背水側重鋪草皮,坡比為1∶2.5；增設8.0 m寬二級戧臺,其中人行步道寬3.0 m；戧臺內側設磚砌排水溝,外側設120 mm×300 mmC20 路緣石,有排水渠的則恢復排水渠。具體見圖6。

圖6 31+800～35+471典型斷面圖

3.4 堤身滲流計算

由于江新聯圍堤防結構、堤身填土、堤基地質情況較為復雜,為了準確分析堤防滲流情況,采用有限元法對滲流進行分析計算。對符合達西定律的二向滲流,在各向異性的情況下,假設土體不可壓縮,則滿足下述微分方程：

式中：H為水頭函數；X、Z為坐標；KX、KZ為主滲透系數。

按照上述滲流理論有關公式、擬定的邊界條件進行堤防有限元法滲流分析,計算結果見表3。

表3 典型堤段滲流計算結果

4 結語

以江門市江新聯圍江海段堤防加固工程為例,對大堤存在的問題進行分析,并針對該問題提出了加固設計方案,通過本次堤防、涵閘等加固的建設,使江新聯圍的防洪（潮）和排澇能力達到現行國家和省頒標準,解決本地區威脅最大的洪、潮、澇等自然災害。近期可抵御50年一遇洪水和100年一遇臺風暴潮的侵襲,可使該地區的防洪潮標準達到100年一遇標準,對促進圍內經濟的穩定、持續、高速發展和保護人民生命財產安全起到保障作用,產生顯著的社會經濟效益。