出山店水库防护工程圩堤设计方案

徐华冰

(华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450000 )

1 工程基本情况

出山店水库是淮河干流上的大型防洪控制工程，位于河南省信阳市境内，坝址在京广铁路以西14 km的出山店村附近，距信阳市约15 km，控制流域面积2900 km2，出山店水库是历次淮河流域规划中被列为淮干上游的唯一一座防洪控制工程。

出山店水库防护工程建在水库正常蓄水位以上，不减少水库兴利库容，圩堤布置在河道行洪滩地以外，不缩窄原有河道行洪断面，对水库的正常运用和河道洪水排泄无影响。防护工程等级为4等，设计洪水标准为20 a一遇，设计排涝标准为10 a一遇。圩堤级别为4级，排涝闸站等建筑物级别为4级。防护工程主要内容为13座圩区，防护面积25.45 km2。主要建设项目包括堤防、排涝沟和排涝闸站(闸)[1]。

2 工程地质条件

2.1 区域地形地貌

出山店水库位于桐柏山东麓低山丘陵区与山前冲积平原过渡地带。防护工程场区为淮河河谷地貌，淮河两岸规划的防护圩区位于淮河左、右岸一、二级阶地上，地势开阔较平坦，局部分布有坑塘。游河两岸规划的圩区位于游河左、右岸一级阶地上，地势开阔较平坦，地面高程在87.3～92.8 m之间。

2.2 地层岩性

区域地层属秦岭地层区，主要发育有古元古界、新元古界、古生界、中生界及新生界。其中以古元古界变质岩系最为普遍，变质岩系以角闪岩相为主，局部为麻粒岩相，混合岩化作用较强，呈北西西向带状分布。古生界、中生界仅有零星的分布，新生界新近系、古近系、第4系主要分布在吴城、平昌关、甘岸一带。区域内有早古生界加里东期酸性侵入岩，多呈岩基状分布在淮河右岸一带。

2.3 地质构造与地震烈度

根据2001年国家质量技术监督局颁发的《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2001)(1∶400万)，结合河南省地震局地震工程勘察研究院编制的《淮河出山店水库工程场地地震安全性评价报告》(2011.10)，水库区地震动峰值加速度为0.05 g，相当于地震基本烈度Ⅵ度。

2.4 圩区工程地质条件及评价

本次共布置李营北等圩区13处，圩堤总长约57.235 km，分别位于淮河支流游河、白沙河阶地和淮河干流两岸阶地上，各圩区地质情况基本类似。场区在勘探深度范围内，揭露地层主要为第四系全新统冲积层、第四系上更新统冲洪积层及下第三系吴城群毛家坡组。堤基土为中、重粉质壤土，承载力标准值120～150 kPa，具有中等压缩性。

建筑物场区地层结构为黏砂多层结构，地层岩性上部为第四系全新统冲积中粉质壤土及中细砂，中部为第四系上更新统冲洪积粉质黏土、中粗砂及砾石，下部为下第三系吴城群毛家坡组砂质黏土岩。建筑物建基面位于重粉质壤土、粉质黏土中，承载力标准值120～150 kPa，具有中等压缩性。

圩区内堤基勘察深度范围内，圩区堤基主要划分为以下3类：

(1)Ⅱ级阶地地层及Ⅰ级阶地局部上部黏性土厚度大地段，工程地质条件良好，为较好(B类)。

(2)Ⅰ级阶地绝大部分为上部黏性土厚度较小地段，主要存在库岸稳定问题，危及堤防安全，在高水位情况下，沿河冲沟、低洼处可能存在渗漏及渗透稳定问题，为较差(C类)。

(3)Ⅰ级阶地临河地段及高漫滩地段，砂壤土、级配不良砂出露地表，中部级配不良砂、级配不良砂(含砾)层，主要存在库岸稳定问题、渗漏及渗透稳定问题，为很差(D类)。建议采取护岸措施及适当的地基处理措施[2]。

3 圩堤设计

3.1 堤身设计

3.1.1 堤顶高程

圩堤堤顶高程采用值分为3类，分别为93.8 m、94.2 m和94.4 m。

3.1.2 堤身结构

圩堤级别为4级，堤顶宽度为4.0 m。考虑到圩区内居民生产生活需要以及洪水时撤退等使用要求，堤顶设有道路，堤顶道路选择泥结碎石路面。道路净宽3.6 m。采用20 cm厚泥结碎石路面，泥结碎石路面分为表层4 cm厚粗砂碎石磨耗层和下层16 cm厚泥结碎石面层，垫层为200 mm三七灰土。为便于排水，路面沿中心线向两侧倾斜，坡度为2%。

在临水侧堤顶设警示墩，警示墩为C20混凝土结构，高出路面0.5 m，底部尺寸为0.4 m×0.4 m。警示墩每隔1 m设置一个。

圩堤上、下游均采用一级坡，圩堤上游坡比采用1∶2.5，下游坡比采用1∶2.25。

防护工程圩堤均采用均质土堤型式，采用库区永久征地范围内附近料场的Q3低液限黏土(粉质黏土)和Q4低液限黏土填筑[3]。

3.1.3 填筑材料和标准

本次防护工程圩堤填筑采用附近料场的Q3低液限黏土(粉质黏土)和Q4低液限黏土(重粉质壤土)。邱湾、邓楼2座圩堤填筑土料为Q4低液限黏土，其余11座圩堤填筑土料采用Q3低液限黏土。

圩堤料场土料局部黏粒含量高，土的黏性大，不易压实，含水量高，上料前需进行晾晒。严格控制含水率，并做好压实试验。筑堤设计压实度按不低于96%控制。

根据规范要求，土堤应预留沉降量，由于圩堤长度较大，堤高差别也很大，因此按照不同的高度选取不同的预留沉降超高。预留沉降超高值见表1。

表1 圩堤预留沉降超高值 m

3.1.4 护坡

选用干砌块石为上游92.8 m高程以下护坡材料，干砌块石下设置100 mm厚碎石垫层和250 g/m2土工布，干砌块石护坡厚度采用0.3 m。92.8 m高程以上采用草皮护坡。背水面均采用草皮护坡。坡面竖向排水沟采用C20素混凝土结构，每隔50 m设置一条，排水沟净过流断面尺寸为0.3 m×0.3 m，坡面排水沟与坡脚排水沟相连。

背水侧坡脚布置有截渗沟或排水沟，未布置截渗沟的堤脚布置排水沟，背水侧坡脚排水沟采用300 mm厚干砌石护砌，排水沟底宽0.8 m，沟深1.0 m，干砌块石护砌下铺设200 mm厚碎石和1层250 g/m2土工布。

3.2 堤基防渗处理

本工程选择高压喷射灌浆作为地基防渗处理形式。堤后设置截渗沟作为排渗处理措施。

本工程采用摆喷对接的方式形成防渗墙，该施工方式便于连接，摆喷采用三管法施工。设计孔距为1.6 m，高压旋喷注浆防渗墙施工完成后，成墙厚度不小于200 mm，其渗透系数不大于1.0×10-5cm/s，各部位高压喷射注浆固结体28 d抗压强度不小于1.0 MPa。防渗墙布置在圩堤轴线处，防渗墙处理深度应深入下部相对不透水层不小于1.0 m，顶部应深入不透水覆盖层或堤身不小于1.5 m。

参考地质报告和地质剖面图，防渗处理的一般原则如下[4]：

(1)透水性较大的砂层和砂壤土层出露地表的堤段，一般要设置高喷灌浆防渗墙。地面高程高于91.0 m的可不处理。

(2)地面高程低于91.0 m、地基不透水覆盖层厚度不足2.0 m的，一般要设置高喷防渗墙或在堤后设置截渗沟。

3.3 圩堤内浸没处理

部分圩堤堤基为透水性较大的土层(砂性土或砂层)，或者表面为较薄的黏性土，以下为厚度大、渗透性强的级配不良砂、级配不良砂(含砾)和级配不良砾层等。水库蓄水后，堤外高水位运行时，水力连通性好，地下水埋深较浅，若堤防正常蓄水位88.0 m高程蓄水后，将造成圩区内地下水位的壅高，圩区内低洼处将出现浸没和沼泽化问题；在高水位工况下，地下水沿透水层从水井或冲沟低洼处突涌出地表，在局部形成淹没[5]。

为使农田、村镇及其他设施免受地下水侵入造成次生灾害，在圩堤内开挖拦截地下径流的截渗沟。参考地勘报告成果和圩区内地形，截渗沟布置原则为：在圩堤背水侧地面高程低于90.0 m的区域设置一道截渗沟，其位置布置在圩堤背水侧坡脚位置，沟顶距离坡脚1.0 m。防护工程共布置截渗沟长度37 585.0 m。

截渗沟为梯形断面，沟深一般为1.5 m，底宽1.0 m，坡比为1∶1，沟底和边坡铺设反滤和干砌石护砌，其结构由250 g/m2土工布、200 mm厚碎石和300 mm厚干砌石组成。为满足排水要求，截渗沟沟底应坡向排涝闸站方向，沟内渗水汇入排涝闸站后通过排涝闸或提排站排出圩堤[6]。

3.4 塌岸处理

由于圩堤多紧邻河岸，塌岸长度较大，为减少处理工程量，仅对距离圩堤较近的塌岸进行处理，处理范围结合圩堤布置并参考地质报告。考虑到塌岸一般较陡，且许多塌岸段临近堤坡，放缓坡度存在困难，因此塌岸处理采用M7.5浆砌石贴坡式挡墙进行护砌，挡墙基础底板厚度为1.0 m，前趾处设0.5 m深齿槽，墙身设φ110排水孔。塌岸防护高度范围为3.0～8.0 m。13处圩区中有8处需进行塌岸处理，共计处理塌岸长度13 172.0 m。塌岸处理成果见表2。

表2 圩堤塌岸处理成果表

3.5 圩堤内道路设计

当水库发生20 a一遇洪水时，圩区内居民需提前撤离。本工程圩区内现有道路的数量和分布可满足圩区内居民撤退需要，不再另外布置撤退道路，圩区内居民可选择就近道路提前撤离。

4 结 语

出山店水库防护工程共布置圩区13处，根据库区地形、居民点耕地剩余情况，对耕地征用线(88.5 m)和居民迁移线(92.3 m)之间的村庄采取工程防护措施。受到实际地形和居民点限制，部分圩堤布置在85.0～88.5 m高程之间或距离河岸较近的位置。该工程实例可为相似研究提供参考。