小甸子防洪区堤防整治设计及渗透加固分析

王云飞

(丹东市爱河大洋河河道整治工程建设管理办公室，辽宁 丹东 118000)

位于辽宁省丹东市和鞍山市境内的大洋河流域受暴雨影响严重，该河道的防洪水利设施建设于20世纪70年代，目前在洪灾严重时，堤坝渗漏、管涌、决口和漫堤等问题普遍存在。据不完全统计，在近20年时间里，大洋河流域每年农田受灾面积达到13.5万亩，同时大量公路、渠道、生活设施遭到破坏，对该区域经济发展造成不良影响，必须进行彻底整治。

1 工程概况

小甸子防洪区是大洋河干流治理工程的主要组成部分，总计治理长度约14.1km。考虑到本段防洪区为已有堤防，需在原堤防基础上进行加高培厚，防洪标准提高到20年一遇。小甸子防洪区的主要治理内容为：加高河堤、提高防渗性、涵闸拆除重建、重新砌筑护坡、验算其渗透稳定性和抗滑稳定性等内容。

2 小甸子防洪区堤身培厚加高设计

2.1 堤顶高程计算

依据相关规范，堤顶超高Y按照式(1)计算，计算结果见表1、2[1]。由计算结果可知：小甸子防洪区堤身高程欠高范围在0.44～1.33m，设计培厚加高如图1所示；0+000～2+444堤顶宽度设计为3.00m，其余部位堤顶宽设计4.00m，均采用200mm砂石路面，两侧设花岗岩路缘石，尺寸150mm×250mm×990mm；共设置14个错车平台，按1000m修建一个，错车平台设置在背水侧，长10m，宽4m，两侧用30°角与土堤平缓连接。

Y=R+e+A

(1)

式中，R—设计波浪爬高，m；e—设计风壅水高度，m；A—安全加高，m。

表1 堤顶超高Y计算结果

表2 小甸子防洪区堤顶高程部分成果表单位：m

2.2 堤身填筑标准设计

(1)清基

培厚加高前首先将表层植物、石块等杂物清除干净，平均清基厚度200mm，将清理完成的堤坡表层平整压实。清基土开挖后堆放于堤防迎水侧，待雷诺垫验收合格后，将清基土均匀平铺至雷诺垫护坡上，平均厚度100mm[2]。本项目堤防边坡迎、背水侧坡比均为1∶2.0，在清基时要严格按照该比例施工。

(2)填筑标准

本工程筑堤料为粉质粘土，土料中不得含有植物根茎、砖瓦垃圾等杂质，填筑压实度要求不小于0.91，土堤预留沉降量取15cm；加宽培厚段加高，高度为原高度的3%[3]。

3 小甸子防洪区护坡结构设计

3.1 护坡型式比选

护坡是小甸子防洪区治理的重点工程，堤线大体按照原堤线设计，部分弯曲段改直，急转弯段平顺。护坡设计结合地理位置、重要程度、水流及风浪特性、工程造价等因素进行综合考虑[4]。结合本工程实际情况，以自然生态型和工程生态型选取护砌材料，主要以在草皮(播撒草籽)护坡、雷诺垫护坡、混凝土板护坡之间进行比选[5]，见表3。

表3 护坡型式比选分析

通过对比发现，小甸子防洪区部分堤防距大洋河主河槽较远，滩地较宽，堤岸平顺，流速低于2.2m/s，因此可设计草皮护坡，约8.4km；其余河段距居民区较近，对生态景观要求高，设计采用雷诺垫护坡。

3.2 雷诺垫护坡结构设计

为提高堤身护坡抗渗性和稳定性，设计雷诺垫护坡具体结构从上至下依次为：300mm雷诺垫+100mm卵石垫层+400g/m2土工布一层[6]。但考虑到雷诺垫护坡造价较高，为提高护坡经济性，在满足使用要求的前提下在护坡上半段设计为草皮护坡；护坡坡脚选用宾格石笼形式，固脚尺寸均为0.5m(高)×0.5m(宽)，具体结构如图1所示。

图1 小甸子防洪区堤身结构示意图

4 堤防渗透计算及加固方案

4.1 渗流计算

小甸子防洪区段所有土堤均需培厚加高，根据地质报告，该河段堤基均属于多层透水地基，堤身土由原堤身土和料场取土组成，因此渗流计算时按透水堤基复杂土堤考虑[7]。

本项目采用北京理正渗流分析软件中渗流问题的有限元分析法对堤身渗透性进行模拟，计算及浸润线模拟结果见表4和图2所示[8]。

表4 小甸子防洪区渗流计算成果表

图2 小甸子防洪区堤身浸润线示意图

4.2 渗透加固方案

经地质勘察，小甸子防洪区堤身粉质粘土渗透变形为流土型，堤基地层中粉细砂渗透变形为流土型[9]，有坝基渗漏而渗透变形的危险，因此需要作防渗处理。经分析，可采取临水侧防渗铺盖、垂直防渗、背水侧压渗盖重三种处理措施[10]，具体对比见表5。

表5 堤身防渗方案对比

由表5可知：从造价看，方案一>方案三>方案二；但方案三的施工及将来的运行管理都较其他方案要优越，且压渗盖重顶部宽度可利用做为防汛抢险通道[11]。综合比较，本次工程的堤基加固处理采用方案三。

5 结语

防洪堤培厚加高是目前众多地区河道普遍存在的问题，首先对标准高程要计算准确，因为其直接关系到工程造价；其次护坡形式选择要因地制宜，在防洪要求低、洪水量、流速等较小地段可采用经济性较好的草皮护坡，而重要及对景观要求较高河段可采用雷诺垫、混凝土格栅网等生态护坡，做到经济、实用、美观相统一。本文在充分结合小甸子防洪区堤防工程实际情况下设计了相关加固方案，做到了理论结合实际，但在实际施工时还需要根据各地段特点进行调节，设计和施工单位应紧密协调，做到灵活应对。