堤防除險加固設計方案的選擇

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一、問題的提出

建國60多年來，水利工程在國民經濟和社會發展中發揮了重大作用，產生了巨大的社會、經濟和環境效益。僅堤防工程就修建了20多萬km，在歷年的洪水中，堤防等防洪工程更是發揮了決定性作用，但同時也暴露出許多問題，如堤頂高程不足、堤基條件差、堤身及防護工程質量薄弱隱患多等，從而導致漫溢、管涌、崩岸、散浸、滲漏、等各類險情頻繁發生，不僅耗費了巨大的人力物力財力，也給人民生命財產帶來了嚴重的威脅。如何合理選擇堤防除險加固設計方案，達到安全、經濟、合理，現行的有關規范雖已提出各類工程措施，但是較為籠統，針對性不強。結合工作實際，對堤防前期安全復核、評價及加固方案的具體選擇作進一步研究和探討。

二、堤防安全復核和評價方法

為合理選擇堤防的除險加固方案，首先應委托有資質的設計單位進行堤防的安全復核和評價，并出據安全復核評價報告，明確該堤防是否為險工險段以及是否需要進行除險加固的評價意見，并經上級有關部門提出鑒定性意見。也是堤防除險加固項目上級部門批準立項的重要依據。堤防的險情分堤基和堤身兩部分，因此安全復核和評價及加固方案選擇均分別對待。目前堤防的安全復核和評價主要從三個方面著手：（1）以現有的規程、規范為依據進行安全復核。主要是對堤防現狀堤頂高程、斷面、堤坡的抗滑及滲透穩定性、堤基滲透穩定性、堤岸的穩定性等進行復核，具體的計算公式及有關參數要求，現行的堤防設計規范已做出明確規定，在此不在贅述；（2）以安全監測、檢查和隱患探測結果為依據進行安全復核。監測、檢查和隱患探測資料是進行堤防安全復核的重要依據之一，根據這些資料，進行必要的分析判斷，對堤防可能存在的問題做出安全評價；（3）根據堤防多年運行狀況為依據進行安全復核。主要是搜集和梳理歷年洪水期間堤防各類險情資料，主要是出險的時間及相應外河水位、出險類型、具體位置、范圍、程度、歷時及搶險的具體措施及效果等，此外還要搜集和梳理枯水季節崩岸的相關資料，因此，以多年實際運行狀況為依據進行的安全復核既實用又切合實際。上述是從不同方面對堤防進行安全復核，從理論上講，如果基礎資料可靠，計算方法正確，則三者安全復核結果是完全一致的。通常我們實際工作中，以方法（1）的理論計算為基礎，用方法（2）和（3）的結果與方法（1）的結果作比較，如果一致，說明基礎資料可靠，分析計算方法正確，如果有差異，要分析原因，直至基本一致，方可提出最終復核評價結論。

三、加固方案選擇的原則和適用條件

1．堤基加固方案

根據歷年險情資料統計分析，堤基管涌占堤防險情總數的一半以上。從我市歷年防汛情況來看，堤防汛期險情除漫溢、迎流頂沖及穿堤建筑物滲漏外，大部分都是堤基管涌造成的。而產生管涌的基本上為透水地基。透水堤基按結構又劃分為兩類：一是單一結構堤基，另一種是雙層結構堤基，對單一結構砂性堤基，洪水期背水堤腳附近的出逸比降大于砂層的允許比降后就會出現砂沸管涌現象。對雙層堤基，洪水期在弱透水的表土層底面將產生較高的承壓水頭，一旦承壓水頭超過表土層的抵抗能力，表土層就會被頂穿，其下臥砂層顆粒被水流帶出就形成管涌，通常雙層地基更易發生管涌。因此在選擇堤基加固方案前，應根據歷年險情資料、堤防安全復核和評價和地質勘察資料、分析判斷地基的結構及透水地基的厚度等，進而分析確定堤基的加固方案，縱上分析歸納起來，堤基除險加固有以下幾種常用的工程措施：（1）填塘（坑）固堤措施。這是堤基首選的加固措施，也是最簡單的加固措施，主要適用于大堤兩側有較多的坑、塘。具有投資省，施工簡單等優點，但這只是一種輔助性方案，對于險情較嚴重還應結合其它加固措施。（2）臨水側堤腳附近或堤頂垂直防滲措施。這是堤基防滲的一種行之有效的好方法。垂直防滲墻目前最常用的一是多頭小直徑深層攪拌樁截滲墻技術，它是用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機械將水泥漿噴入土體并攪拌形成水泥土防滲墻，從而達到防滲的目的。如我市的花果水庫大壩采用的就是多頭小直徑截滲墻方案，詳見下圖；二是垂直鋪塑。垂直鋪塑是用土工防滲膜做為防滲材料的一種垂直防滲措施，它是用鋸槽機在迎水側堤腳處鋸槽后，將防滲膜插入，最后對溝槽進行回填，從而達到防滲的目的，此方案適用于透水層較薄且地下水位較低的堤基。（3）外灘鋪蓋措施。這是一種輔助的方法，主要是用沾土或土工膜在臨水灘地做防滲鋪蓋，增加滲徑長度，該措施主要適用于透水地基深度太深，使用垂直防滲措施不能完全截斷的懸掛式防滲墻的一種輔助措施。（4）背水測壓蓋或導滲措施。這也是一種簡單便捷輔助的防滲措施，適用于各類堤防。此外對于軟弱堤基的處理，通常有振沖法、回填法和水泥攪拌樁法。主要用于提高堤基抗滑穩定性和抗震防液化能力及增加地基承載力。對淺埋的薄層直接挖除回填水泥土，埋藏較深的可采用水泥攪拌樁加固措施或振沖法。

2．堤身加固方案

根據安全復核、評價結論，針對堤身險情的不同情況，通常選擇以下加固措施：（1）堤身土方加培或防浪墻。根據堤防的等級，確定堤頂的寬度及標準設計斷面，對不滿足標準設計斷面的應采取土方加培措施，對堤防斷面基本滿足要求但高程比設計堤頂低于1.2m以內的可采用防浪墻加固措施。（2）堤頂錐探灌漿、防滲膜、粘土鋪蓋或劈裂灌漿技術。對堤身滲漏較嚴重的，通常采取在迎水坡鋪設防滲膜或不小于1m厚度的粘土鋪蓋，也可采用劈裂灌漿技術。具體采用哪種措施，應根據施工工期要求、工程造價及粘土土源等情況綜合分析后確定。如我市史河治理堤身防滲采用的是粘土斜墻鋪蓋方案。對堤身滲漏較嚴輕的，利用錐探儀進行灌漿，以充填堤身中的漏洞、孔隙等。（3）堤坡防護措施。為減輕風浪對堤坡的沖刷破壞，需對迎水側堤坡進行防護，通常堤坡防護技術主要有砌石護坡、混凝土預制塊護坡、現澆混凝土護坡及草皮護坡等，近年來在堤坡防護中采用了生態混凝土護坡及土壤固化護坡等新技術。對堤身為砂堤的在設計洪水以下，一般采用砌石護坡、混凝土預制塊護坡、現澆混凝土護坡等硬護坡型式，設計洪水位以上的常采用草皮護坡，對有景觀要求或城市堤防應優先采用生態混凝土護坡。土壤固化護坡是一種新型的護坡新技術，該項技術具有就地取材和造價合理等優點，但相比傳統的護坡型式，施工工藝相對較難。

3．崩岸治理和護底處理方案

堤防崩岸主要受河勢及堤基地質條件的影響，在迎流頂沖凹岸堤段，水流沖刷抗沖能力差的土層，使堤岸失穩而崩塌。汛期更有高水位浸泡、水位驟降和風浪的影響，水流速度加快，崩岸更易發生。崩岸治理常用措施有（1）丁壩。這是一種間斷性的有重點的護岸型式，具有調整水流流向作用，在河床寬闊、水淺流緩的河段，常易采用這種護岸型式，我市史河金寨縣及葉集區段都建有很多這種丁壩，防護效果較好。（2）拋石護岸。對于堤腳有較多的沖刷坑，且河流水較深其它護岸不易施工的，可采用該護岸型式，該護岸要與其它護岸工程聯合使用，效果更佳。（3）模袋混凝土。該護岸具有適應地形變化、施工速度快、美觀經濟等優點，常用于城市堤防、有景觀要求的或護岸工程量大且工期緊的護岸工程。（4）格賓石籠。格賓石籠具有高強度、高抗腐蝕、柔性及整體性好、能適應河床變形等優點，且能滿足生態型（綠化）護岸的要求。主要用于岸腳地基條件較差的城市堤防、有景觀要求的護岸工程。（5）漿砌石護岸和混凝土護岸。漿砌石或混凝土護岸具有結構穩定性較好、整體性好、強度較高、抗沖能力強等特點，主要用于大江大河或流速大且對防沖要求較高的河道。

四、結束語

以上介紹了堤防安全復核和評價方法、堤防加固方案選擇的原則和適用條件，在實際工作中，應注意把握以下問題：（1）對堤防加固方案的選擇，應根據施工工期、施工難度、造價及生態要求等方面，進行技術經濟比較，綜合分析后選定（2）根據工程具體情況，可能選用上述某一項加固措施，也可能選用幾種措施綜合治理的方案。（3）為了給堤防加固設計方案的選擇提供科學的依據，前期基礎資料是重中之重。主要包括：1）社會經濟資料（堤防保護的圩口的面積、人口、耕地面積等）；2）工程概況及勘探測量資料；3）對一些重要堤防需有工程監測、檢查及隱患探測資料；4）堤防歷年加固建設和出險和搶險情況的歷史資料等。

作者:張功義 單位:安徽省六安市水利水電規劃設計院