惠州市北堤堤防風(fēng)險(xiǎn)分析與修復(fù)實(shí)踐

張榮華

(惠州市惠州大堤北堤管理中心，廣東 惠州 516000)

1 堤防工程概況

惠州市大堤北堤[1-2]是捍衛(wèi)惠州市政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心的重要防洪工程，屬?gòu)V東省十大堤圍之一，是一條以城市防洪為主，結(jié)合城市排澇、農(nóng)田灌溉的防洪大堤。北堤設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為三庫(kù)(新豐江、楓樹(shù)壩、白盆珠)調(diào)洪百年一遇，圍內(nèi)集雨總面積為198 km2，捍衛(wèi)農(nóng)田約0.18萬(wàn)hm2。北堤?hào)|起汝湖鎮(zhèn)長(zhǎng)湖洋朗排水閘，止于小金口鎮(zhèn)風(fēng)門(mén)坳村鯉魚(yú)山，惠州大堤北堤堤防線總長(zhǎng)為25.153 km，共有排澇站5座，設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量12 520 kW，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為24 h最大暴雨量1 d排干，北堤還有中型水閘1座，小型穿堤涵閘13個(gè)。

惠州北堤在長(zhǎng)期運(yùn)維過(guò)程中產(chǎn)生一系列風(fēng)險(xiǎn)隱患，主要表現(xiàn)在：

(1) 堤身潛在隱患。堤防于2008年初次建設(shè)時(shí)工程質(zhì)量和能效較低，后期反復(fù)增修、反復(fù)破壞、反復(fù)加固導(dǎo)致堤防整體建設(shè)質(zhì)量不佳，受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的限制，很多設(shè)計(jì)均不符合現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)施工過(guò)程中對(duì)堤防工程的質(zhì)量管理控制不嚴(yán)格，存在漏洞、裂縫等施工瑕疵，對(duì)后續(xù)的治理工程產(chǎn)生較大的影響。惠州北堤堤防基礎(chǔ)的土壤多為砂土，滲透性較大，汛期時(shí)容易發(fā)生滲透破壞等現(xiàn)象，而且堤腳外的坑塘在汛期時(shí)經(jīng)常發(fā)生管涌破壞。堤防周邊環(huán)境復(fù)雜，白蟻災(zāi)害極為嚴(yán)重，白蟻能夠在堤壩內(nèi)部建立巢洞，并且不斷繁殖活動(dòng)，在堤防內(nèi)部容易引起貫穿性的洞穴，據(jù)調(diào)查在惠州北堤堤防段[3]，周邊環(huán)境中白蟻災(zāi)害頻發(fā)，在風(fēng)門(mén)坳至惠博沿江公路發(fā)現(xiàn)白蟻活動(dòng)4900處，在長(zhǎng)毛嶺至中信橋堤發(fā)現(xiàn)白蟻活動(dòng)8100處，在惠博沿江路到九孔閘，壩體上共發(fā)現(xiàn)白蟻活動(dòng)780處，已經(jīng)嚴(yán)重威脅到堤身的安全，亟待治理。

(2) 水文失事破壞。水文失事破壞主要受汛期洪水和暴雨的影響，汛期超標(biāo)準(zhǔn)洪水容易漫過(guò)堤防甚至沖垮堤防，降水的長(zhǎng)期沖刷濺蝕導(dǎo)致雨林溝槽不斷擴(kuò)大，逐漸損毀堤防表面甚至深層結(jié)構(gòu)，同時(shí)堤壩周?chē)恿魉畡?shì)的變化不斷接觸沖刷堤防表面，容易導(dǎo)致堤防迎水面破壞。

2 堤防風(fēng)險(xiǎn)管控及應(yīng)用

結(jié)合堤防破壞風(fēng)險(xiǎn)治理的工程實(shí)踐和惠州北堤的潛在風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行堤防綜合風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)算及評(píng)價(jià)，提出相應(yīng)的工程加固措施和水利信息監(jiān)測(cè)措施。

2.1 堤防風(fēng)險(xiǎn)治理

惠州北堤堤基為強(qiáng)透水性的砂質(zhì)河床，是汛期搶險(xiǎn)的重點(diǎn)段，其中堤基防滲技術(shù)也是針對(duì)上河口、下河口的強(qiáng)透水層進(jìn)行處理，目前主要應(yīng)用垂直鋪膜防滲技術(shù)、振沖防滲板墻技術(shù)和深層攪拌樁防滲技術(shù)[4]。

(1) 垂直鋪膜防滲技術(shù)。垂直鋪膜防滲技術(shù)是一道土工膜為主、回填土為輔的復(fù)合防滲墻，開(kāi)槽后也可灌入混凝土回填形成具有較強(qiáng)防滲功能的混凝土連續(xù)墻。在惠州北堤堤基施工中開(kāi)槽機(jī)為L(zhǎng)TD鏈斗式開(kāi)槽機(jī)，在14 m內(nèi)成槽效率較高，但由于場(chǎng)地限制和機(jī)器自身缺陷目前存在生產(chǎn)效率低、容易塌孔、成槽深度難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題，整體上該技術(shù)在惠州北堤堤基施工中應(yīng)用效率較低。

(2) 振沖防滲板墻技術(shù)。振沖防滲板墻技術(shù)是利用振動(dòng)器將導(dǎo)形切頭切入土體至預(yù)定深度后和再起拔出地面的同時(shí)，在成槽段注入混凝土或者水泥漿等防滲材料以形成具有防滲隔水特性的防滲幕墻。在惠州北堤下河口堤段堤基施工中堤基處理深度至18 m，每天施工標(biāo)段長(zhǎng)11～17 m，墻體取樣后經(jīng)室內(nèi)滲透實(shí)驗(yàn)測(cè)得滲透系數(shù)均小于10-8cm/s，成墻質(zhì)量較高，防滲效果較好，施工進(jìn)度和施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 深層攪拌樁防滲技術(shù)。深層攪拌樁防滲技術(shù)是利用深層攪拌技術(shù)形成連續(xù)的具有防滲性能的樁墻。在惠州北堤上河口堤段堤基施工中堤基處理深度至16 m，每天施工標(biāo)段長(zhǎng)15 m，選用鉆頭直徑500 mm，孔距400 mm，形成防滲墻最小厚度300 mm。

針對(duì)堤防不同段的白蟻災(zāi)害，主要治理過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段：根據(jù)工程實(shí)踐總結(jié)蟻害治理措施，針對(duì)本工程開(kāi)展地毯式蟻源普查工作，根據(jù)蟻害等級(jí)制定防治措施，定期復(fù)查驗(yàn)收評(píng)估防治效果。其中白蟻滅治采用噴粉、誘殺包等措施，對(duì)白蟻活動(dòng)的生物洞穴采取灌漿處理。

為保障工程長(zhǎng)期運(yùn)維，對(duì)堤防工程采取定期維修養(yǎng)護(hù)措施，管養(yǎng)內(nèi)容包括堤頂養(yǎng)護(hù)(堤頂養(yǎng)護(hù)土方、邊埂整修、堤頂刮平)，堤坡養(yǎng)護(hù)(堤坡養(yǎng)護(hù)土方、堤坡草皮養(yǎng)護(hù)補(bǔ)植、上下堤路口養(yǎng)護(hù))，堤防衛(wèi)生整治(清理違章棄倒的垃圾等)，附屬設(shè)施養(yǎng)護(hù)等。

2.2 堤防風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

堤防綜合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型包括堤身滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)模型、堤身失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)模型、堤身漫頂破壞風(fēng)險(xiǎn)數(shù)學(xué)模型三種主要風(fēng)險(xiǎn)模型，綜合風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型可用式(1)表示：

P=Ps+Pb+Pm=P(J>Ji)+

P(MS>MR)+P(H0>H>H1)=

(1)

式中：P為堤防綜合風(fēng)險(xiǎn)率，%；Ps為堤身滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)率，%；Pb為堤身失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn)率，%；Pm為堤身漫頂破壞風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，%；J為水力坡降，h/h;Ji為臨界水力坡降，h/m；MS為滑動(dòng)力矩，N·m；MR為抗滑力矩，N·m；H0為堤頂高程，m;H1為起始水位，m；f(J)為堤防滲透水力坡降的概率密度分布函數(shù)；f(MS)為堤防失穩(wěn)破壞的概率密度分布函數(shù)；p′(h)為堤防某一時(shí)間的風(fēng)險(xiǎn)率,%；f(h)為堤防洪水頻率函數(shù)。

采用相關(guān)計(jì)算方法回歸擬合堤防風(fēng)險(xiǎn)率的計(jì)算式，并計(jì)算防滲加固前后惠州北堤3個(gè)典型斷面的綜合風(fēng)險(xiǎn)率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 惠州北堤的綜合風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)算結(jié)果

可以看出三個(gè)斷面中3#的綜合風(fēng)險(xiǎn)率最大，1#、2#和3#在防滲加固前滲漏破壞風(fēng)險(xiǎn)率分別在5.36%、5.62%、5.78%，滑動(dòng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)率分別在5.37%、5.62%、5.78%，綜合風(fēng)險(xiǎn)率分別13.45%、13.96%和14.28%在進(jìn)行防滲加固前后3個(gè)斷面綜合風(fēng)險(xiǎn)率分別降低至8.2%、8.87%、9.23%，均控制在10%以下，說(shuō)明該堤防風(fēng)險(xiǎn)工程治理手段有效可行。

2.3 堤防監(jiān)控系統(tǒng)

為進(jìn)行水利信息的工程化，針對(duì)已有的安全加固工程的整治效果進(jìn)行全線監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)[5]，見(jiàn)圖1。通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為堤防管理發(fā)揮作用，弱化潛在的風(fēng)險(xiǎn)源，對(duì)堤防的潛在和重大風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)整治。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

3 結(jié) 語(yǔ)

本文在對(duì)工程堤防建設(shè)潛在風(fēng)險(xiǎn)成因及控制進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)惠州北堤水利工程堤防堤身潛在隱患和水文失事風(fēng)險(xiǎn)，提出綜合修復(fù)治理措施。采用相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)模型進(jìn)行堤防風(fēng)險(xiǎn)率計(jì)算，結(jié)果表明進(jìn)行防滲加固前后3個(gè)斷面綜合風(fēng)險(xiǎn)率分別降低了11.73%、9.61%、10.73%，治理措施有效可行。