填塘压渗技术在河道整治中的应用分析

□杨长庚 □苏卫涛 □陈玉培（河南省水利勘测设计研究有限公司）

1 存在的问题

贾鲁河在西华县境内全长34.37km，集水面积160km2，共涉及7 个乡镇，人口11 万人，耕地1.17 万hm2，是该县粮、棉、油生产基地。由于种种原因，西华段贾鲁河多年来未进行系统治理。流域内地表土壤大部分为沙土、沙壤土防冲能力差，水土流失比较严重，导致河道淤积，排水能力日渐衰减，现河槽宽度仅27.00m 左右，过流能力约100m3/s，仅为3a 一遇除涝流量的26%，加之两岸基本无堤防，沿线洪涝灾害频繁发生。

西华县城区段河道两岸基本没有堤防，生产生活区沿河两岸分布。河滩内密布藕塘、鱼塘，深度多在1～4m，最深的达9m左右。坑塘的存在带来两个问题，首先，导致筑堤土源缺乏，给堤防填筑带来困难；其次，坑塘增加了堤身的相对高度，减少了渗径长度及覆盖层厚度，使得侵润线升高，出逸坡降增大，危及堤防安全。

2 设计应对

2.1 土料匮乏的应对

2.1.1 堤型比选

按照要求，西华城区段防洪标准为20a 一遇，堤防超高1.50m。现状河道和滩地的宽度为190～275m，两岸均为生产生活区，堤距在保证堤线平顺、尽可能减少拆迁的原则下规划为220～275m。土堤是我国江河、湖、海防广为采用的堤型。土堤具有就近取材、便于施工、能适应堤基变形、便于加修改建、投资较少等特点，堤防设计中往往作为首选堤型。贾鲁河沿岸已有堤防也都采用土堤。但是西华城区段河滩上密布坑塘，导致滩区筑堤料缺乏，且沿河两岸生产生活区密集，针对这种现状，拟定两种方案进行必选，具体是：

方案一：两侧堤防均采用斜坡式均质土堤，堤顶高程按防洪水位加1.50m 安全超高计，内、外边坡均为1:3，堤顶宽6m。方案二：两侧堤防采用土堤+防浪墙的型式。土堤顶高程为20年防洪水位加0.50m，防浪墙顶部高程为20年防洪水位加1.50m，土堤内、外边坡均为1:3，堤顶宽6m。对两方案的堤防填方、堤防占地、防浪墙等工程量进行对比，具体详见表1。

表1 堤防规划方案对比表

方案一、二在施工难度上差别不大，施工均较为简单；方案二节约了占地。目前，城区段没有堤防，河滩地不属于国有土地，占地补偿在投资中占较大比例，节约占地将带来可观效益。而且方案二减少了填方，使总投资较方案一小。因此，推荐方案二（土堤+防浪墙方案）。这也说明在城镇附近场地受限制且取土困难的条件下，修建防浪墙是经济合理的。

综上所述，为尽可能减少堤防占地，增加行洪宽度，减少填方，对城区段两岸采用“土堤+防浪墙”的堤防型式。

2.1.2 防浪墙

防浪墙断面设计为倒“T”型，墙身和基础均采用C20 钢筋混凝土。防浪墙由扩大基础、墙体和立柱3 部分组成。基础为宽1m，厚0.35m 的C20 混凝土结构，埋置于堤顶以下0.30m。墙体为高1.30m，厚0.30m 的C20 钢筋混凝土结构，堤顶以上外露1m。为适应堤防地基沉降，防浪墙沿水流方向每隔15m 预留一道变形缝，缝宽2cm，缝内用闭孔泡沫板填塞，迎水面2cm密封胶抹缝。按照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）要求进行防浪墙稳定计算。由于防浪墙均位于设计洪水位以上，其底板底部不承受扬压力，计算工况选择完建期。

2.1.2.1 防浪墙基底压应力验算

按《水闸设计规范》（SL265－2001），墙底应力按下式计算：

式中：Pmax—防浪墙底板应力的最大值或最小值；ΣG—作用在防浪墙底板上的全部竖向荷载；ΣM—作用在防浪墙上的全部竖向和水平向荷载对基础底面形心轴的力矩；W—防浪墙基底面对该底面形心轴的截面距。经计算，防浪墙最大基底应力为24kPa，满足承载力要求。

2.1.2.2 不均匀系数计算

式中：η—压应力最大值与最小值的比值，中等坚实地基的基本荷载组合取2。经计算，不均匀系数η＝1.21，满足稳定要求。

一般情况下，防浪墙只有防浪要求，没有挡水要求，墙体前后填土高程相同，土压力产生的水平力相抵消，防浪墙抗滑、抗倾稳定靠本身自重即可满足稳定要求。防浪墙需在堤身沉降基本完成后进行。

2.2 填塘压渗

城区段河滩上密布坑塘，这些坑塘在汛期随着河道水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降逐步增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降，就会产生管涌等渗透破坏，给堤防的安全带来隐患，所以必须进行治理。针对这些特殊地段，工程地质勘察报告建议采用固滩、灌浆防渗、填平坑塘、堵塞渗水通道等措施延长渗径。但是填塘压渗是最为简单易行、节省投资且效果较好的防止渗透破坏的处理办法。

填塘压渗法就是将堤后部分坑塘以透水性相对较好的土料填筑，延长水流渗径，减小渗透压力，以防止堤基渗流对表层土的渗透破坏。压渗盖重宽度可根据布莱蠕变比进行近似判断：

式中：CB—透水地基的堤防布莱蠕变比，细砂或粉土的CB值取18；X1—上游铺盖的有效长度，m；L—大堤底宽，m；X—背水压渗盖重戗体的宽度，m；h—大堤的净水头，m。

经计算分析，当背水压渗盖重的宽度达到20m 时，布莱蠕变比大于允许值。因此，根据计算成果并参考沙颍河等已建堤防工程，填塘宽度采用20m。

具体设计：堤防迎水侧堤脚5m 范围内、背水侧堤脚20m范围内所有坑塘均填至附近地面高程，末端以1:3 坡与塘底连接。当背水侧坑塘宽度<20m 时，以实际宽度和深度进行填筑。迎水侧填料宜采用粘性土以增加渗径，背水侧填料宜选用砂性土，以有效降低堤基渗透压力，防止渗透破坏。填料应适当碾压、平整，背水侧填料表面撒草籽或栽植草皮防护。

3 结语

在城镇附近场地受限制且取土困难的条件下，修建防浪墙往往是经济合理的。由于土堤沉降不稳定易导致防浪墙止水破坏，故新建防浪墙需在堤身沉降基本完成后进行。针对多坑塘堤段的堤防稳定，填塘压渗是最为简单易行、节省投资且效果较好的防止渗透破坏的处理办法。对设计来说，运用布莱蠕变比近似判断压渗盖重宽度不需要复杂计算，简单可行。