堤防除险加固设计方案的选择

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一、问题的提出

建国60多年来，水利工程在国民经济和社会发展中发挥了重大作用，产生了巨大的社会、经济和环境效益。仅堤防工程就修建了20多万km，在历年的洪水中，堤防等防洪工程更是发挥了决定性作用，但同时也暴露出许多问题，如堤顶高程不足、堤基条件差、堤身及防护工程质量薄弱隐患多等，从而导致漫溢、管涌、崩岸、散浸、渗漏、等各类险情频繁发生，不仅耗费了巨大的人力物力财力，也给人民生命财产带来了严重的威胁。如何合理选择堤防除险加固设计方案，达到安全、经济、合理，现行的有关规范虽已提出各类工程措施，但是较为笼统，针对性不强。结合工作实际，对堤防前期安全复核、评价及加固方案的具体选择作进一步研究和探讨。

二、堤防安全复核和评价方法

为合理选择堤防的除险加固方案，首先应委托有资质的设计单位进行堤防的安全复核和评价，并出据安全复核评价报告，明确该堤防是否为险工险段以及是否需要进行除险加固的评价意见，并经上级有关部门提出鉴定性意见。也是堤防除险加固项目上级部门批准立项的重要依据。堤防的险情分堤基和堤身两部分，因此安全复核和评价及加固方案选择均分别对待。目前堤防的安全复核和评价主要从三个方面着手：（1）以现有的规程、规范为依据进行安全复核。主要是对堤防现状堤顶高程、断面、堤坡的抗滑及渗透稳定性、堤基渗透稳定性、堤岸的稳定性等进行复核，具体的计算公式及有关参数要求，现行的堤防设计规范已做出明确规定，在此不在赘述；（2）以安全监测、检查和隐患探测结果为依据进行安全复核。监测、检查和隐患探测资料是进行堤防安全复核的重要依据之一，根据这些资料，进行必要的分析判断，对堤防可能存在的问题做出安全评价；（3）根据堤防多年运行状况为依据进行安全复核。主要是搜集和梳理历年洪水期间堤防各类险情资料，主要是出险的时间及相应外河水位、出险类型、具体位置、范围、程度、历时及抢险的具体措施及效果等，此外还要搜集和梳理枯水季节崩岸的相关资料，因此，以多年实际运行状况为依据进行的安全复核既实用又切合实际。上述是从不同方面对堤防进行安全复核，从理论上讲，如果基础资料可靠，计算方法正确，则三者安全复核结果是完全一致的。通常我们实际工作中，以方法（1）的理论计算为基础，用方法（2）和（3）的结果与方法（1）的结果作比较，如果一致，说明基础资料可靠，分析计算方法正确，如果有差异，要分析原因，直至基本一致，方可提出最终复核评价结论。

三、加固方案选择的原则和适用条件

1．堤基加固方案

根据历年险情资料统计分析，堤基管涌占堤防险情总数的一半以上。从我市历年防汛情况来看，堤防汛期险情除漫溢、迎流顶冲及穿堤建筑物渗漏外，大部分都是堤基管涌造成的。而产生管涌的基本上为透水地基。透水堤基按结构又划分为两类：一是单一结构堤基，另一种是双层结构堤基，对单一结构砂性堤基，洪水期背水堤脚附近的出逸比降大于砂层的允许比降后就会出现砂沸管涌现象。对双层堤基，洪水期在弱透水的表土层底面将产生较高的承压水头，一旦承压水头超过表土层的抵抗能力，表土层就会被顶穿，其下卧砂层颗粒被水流带出就形成管涌，通常双层地基更易发生管涌。因此在选择堤基加固方案前，应根据历年险情资料、堤防安全复核和评价和地质勘察资料、分析判断地基的结构及透水地基的厚度等，进而分析确定堤基的加固方案，纵上分析归纳起来，堤基除险加固有以下几种常用的工程措施：（1）填塘（坑）固堤措施。这是堤基首选的加固措施，也是最简单的加固措施，主要适用于大堤两侧有较多的坑、塘。具有投资省，施工简单等优点，但这只是一种辅助性方案，对于险情较严重还应结合其它加固措施。（2）临水侧堤脚附近或堤顶垂直防渗措施。这是堤基防渗的一种行之有效的好方法。垂直防渗墙目前最常用的一是多头小直径深层搅拌桩截渗墙技术，它是用特制的多头小直径深层搅拌桩机械将水泥浆喷入土体并搅拌形成水泥土防渗墙，从而达到防渗的目的。如我市的花果水库大坝采用的就是多头小直径截渗墙方案，详见下图；二是垂直铺塑。垂直铺塑是用土工防渗膜做为防渗材料的一种垂直防渗措施，它是用锯槽机在迎水侧堤脚处锯槽后，将防渗膜插入，最后对沟槽进行回填，从而达到防渗的目的，此方案适用于透水层较薄且地下水位较低的堤基。（3）外滩铺盖措施。这是一种辅助的方法，主要是用沾土或土工膜在临水滩地做防渗铺盖，增加渗径长度，该措施主要适用于透水地基深度太深，使用垂直防渗措施不能完全截断的悬挂式防渗墙的一种辅助措施。（4）背水测压盖或导渗措施。这也是一种简单便捷辅助的防渗措施，适用于各类堤防。此外对于软弱堤基的处理，通常有振冲法、回填法和水泥搅拌桩法。主要用于提高堤基抗滑稳定性和抗震防液化能力及增加地基承载力。对浅埋的薄层直接挖除回填水泥土，埋藏较深的可采用水泥搅拌桩加固措施或振冲法。

2．堤身加固方案

根据安全复核、评价结论，针对堤身险情的不同情况，通常选择以下加固措施：（1）堤身土方加培或防浪墙。根据堤防的等级，确定堤顶的宽度及标准设计断面，对不满足标准设计断面的应采取土方加培措施，对堤防断面基本满足要求但高程比设计堤顶低于1.2m以内的可采用防浪墙加固措施。（2）堤顶锥探灌浆、防渗膜、粘土铺盖或劈裂灌浆技术。对堤身渗漏较严重的，通常采取在迎水坡铺设防渗膜或不小于1m厚度的粘土铺盖，也可采用劈裂灌浆技术。具体采用哪种措施，应根据施工工期要求、工程造价及粘土土源等情况综合分析后确定。如我市史河治理堤身防渗采用的是粘土斜墙铺盖方案。对堤身渗漏较严轻的，利用锥探仪进行灌浆，以充填堤身中的漏洞、孔隙等。（3）堤坡防护措施。为减轻风浪对堤坡的冲刷破坏，需对迎水侧堤坡进行防护，通常堤坡防护技术主要有砌石护坡、混凝土预制块护坡、现浇混凝土护坡及草皮护坡等，近年来在堤坡防护中采用了生态混凝土护坡及土壤固化护坡等新技术。对堤身为砂堤的在设计洪水以下，一般采用砌石护坡、混凝土预制块护坡、现浇混凝土护坡等硬护坡型式，设计洪水位以上的常采用草皮护坡，对有景观要求或城市堤防应优先采用生态混凝土护坡。土壤固化护坡是一种新型的护坡新技术，该项技术具有就地取材和造价合理等优点，但相比传统的护坡型式，施工工艺相对较难。

3．崩岸治理和护底处理方案

堤防崩岸主要受河势及堤基地质条件的影响，在迎流顶冲凹岸堤段，水流冲刷抗冲能力差的土层，使堤岸失稳而崩塌。汛期更有高水位浸泡、水位骤降和风浪的影响，水流速度加快，崩岸更易发生。崩岸治理常用措施有（1）丁坝。这是一种间断性的有重点的护岸型式，具有调整水流流向作用，在河床宽阔、水浅流缓的河段，常易采用这种护岸型式，我市史河金寨县及叶集区段都建有很多这种丁坝，防护效果较好。（2）抛石护岸。对于堤脚有较多的冲刷坑，且河流水较深其它护岸不易施工的，可采用该护岸型式，该护岸要与其它护岸工程联合使用，效果更佳。（3）模袋混凝土。该护岸具有适应地形变化、施工速度快、美观经济等优点，常用于城市堤防、有景观要求的或护岸工程量大且工期紧的护岸工程。（4）格宾石笼。格宾石笼具有高强度、高抗腐蚀、柔性及整体性好、能适应河床变形等优点，且能满足生态型（绿化）护岸的要求。主要用于岸脚地基条件较差的城市堤防、有景观要求的护岸工程。（5）浆砌石护岸和混凝土护岸。浆砌石或混凝土护岸具有结构稳定性较好、整体性好、强度较高、抗冲能力强等特点，主要用于大江大河或流速大且对防冲要求较高的河道。

四、结束语

以上介绍了堤防安全复核和评价方法、堤防加固方案选择的原则和适用条件，在实际工作中，应注意把握以下问题：（1）对堤防加固方案的选择，应根据施工工期、施工难度、造价及生态要求等方面，进行技术经济比较，综合分析后选定（2）根据工程具体情况，可能选用上述某一项加固措施，也可能选用几种措施综合治理的方案。（3）为了给堤防加固设计方案的选择提供科学的依据，前期基础资料是重中之重。主要包括：1）社会经济资料（堤防保护的圩口的面积、人口、耕地面积等）；2）工程概况及勘探测量资料；3）对一些重要堤防需有工程监测、检查及隐患探测资料；4）堤防历年加固建设和出险和抢险情况的历史资料等。

作者:张功义 单位:安徽省六安市水利水电规划设计院