连江敖江流域防洪治理工程（文新段）堤防优化设计探讨

陈 实

（福建省建江水利水电设计咨询有限公司，福建 福州 350001）

1 工程概况

连江城区段敖江左岸文新堤段位于城区敖江干流南岸文新村。起始于敖江三桥下游300 m 处（文新村村头）右岸，终止于文新村村尾，位置处于感潮河段，且发生过滑塌，基础不稳定，该段总长0.518 km，原设计采用扶壁式挡墙堤型。

旧堤总长512 m，修建于20 世纪50 年代，防洪堤堤身为土堤，防洪标准不足20 年一遇，堤身建在滩地淤泥上，淤泥堤基未做处理，2018 年年底险情应急加固工程中完成了本堤段基础的抛石压载和阻滑桩等施工。

2 堤防险情及原因分析

2018 年10 月26 日文新旧堤段迎水坡堤脚便道部分路面出现下沉和开裂现象，下沉约1.3 m 左右并被江水淹没；10 月27 日第一次发生滑坡，纵向滑塌长度90 m，堤脚开裂长度97 m。滑坡后缘高程约5.5 m，滑坡前缘高程约1.0 m，临空面相对高差约4.5 m，滑坡面积约40 m2，总体积约3000 m3，堤顶纵向裂缝长度约50 m；11 月3 日～14 日之后由于降雨以及原堤身断面稳定被破坏，滑塌面向堤身继续发展，堤身再次滑塌，滑坡后缘高程约9.5 m，滑坡前缘高程约1.0 m，相对高差8.5 m，滑坡面积约100 m2，总体积约9000 m3，为中型滑坡，施工便道开裂，裂缝宽度为3 cm～10 cm。为防止险情恶化，采用防滑桩进行紧急加固处理。

经分析造成滑塌的起因是堤防荷载过高，引导荷载过高的因素有：

1）含光塔公园和人行桥施工重载车辆频繁通行堤脚便道，增加了边坡的不利荷载；

2）连续降雨，由于雨水的入渗，斜坡土体由于饱水而重度增加，增加了坡体荷载；

3）旧堤自身填筑质量不达标，文新旧堤为土堤，存在渗漏问题，堤防建设滞后；

4）沿堤线现状房屋紧邻堤防背水坡，部分房屋建设已对堤防背水坡进行开挖，破坏了堤身结构和堤身断面薄弱；

5）该段河道凹岸。河道深泓线逐年偏向右岸，根据2018 年实测与2016 年实测地形图对比发现，文新段河床底高程从-3.0 m 冲刷至-4.5 m。

3 堤防优化设计

3.1 原设计堤防断面

原设计堤轴线为5018 m，挡墙结构采用扶壁式挡墙，工程投资1907 万元，沿着已批复的规划岸线布置，即文新旧堤堤脚挡墙位置，堤型采用C30 钢筋砼扶壁式挡墙，墙顶宽0.5 m，墙身垂直，顶部露出设计堤顶高程0.8 m 兼做防浪墙；根据墙高不同，墙趾挑悬长度2.5 m，墙踵挑悬长度5.0 m，基础厚1.0 m，下设C15 素砼垫层厚0.1 m，堤脚与阻滑桩平台齐平，挡墙后采用粘土回填。堤顶总宽3.5 m，泥结石路面厚0.2 m，堤防背水侧坡比为1∶2.0，铺设草皮护坡，坡脚设C15 砼排水沟。堤后地面与旧堤堤顶齐平，布置3.0 m 宽防汛道路，采用沥青混凝土路面。

图1 扶壁式挡墙断面

3.2 优化设计后

文新段堤段出现堤身滑塌，且旧堤填筑质量较差，防洪堤优化设计的前提不宜在堤身上部增加过多荷载。由于原设计扶壁式挡墙地基接触面积小，地基应力较集中，根据实际情况考虑，原方案必须要更改。

3.2.1 优化后堤防断面

（1）考虑因素

复合式土堤对地基的适用性较好，堤身与地基接触面积大，地基应力相应较小，在软弱地基上容易保持稳定，另外复合式为分级斜坡，可设置亲水平台，总工程投资需要1213 万元。结合城镇总体规划，敖江周边城区定位为“环境优美的生态城镇”“宜居城镇”，规划沿敖江下游重点打造滨水景观。综合以上因素，采用土堤结合上部防洪墙的复合式土堤方案。

堤后民房较密集，避免居民后期修建房屋扰动堤防稳定，堤轴线布置在文新旧堤防浪墙与规划岸线之间，距离规划岸线6 m～10 m，堤段桩号为WX0+000～WX0+511。优化设计防洪堤长度511 m，堤防断面为土堤+挡墙结构，堤顶设C30 钢筋砼悬臂式挡墙，挡墙基础设高压旋喷桩防渗墙，墙后填土，堤顶宽度3.5 m，堤坡采用生态砼护坡。

（2）堤防断面的确定

堤型采用土堤+防洪墙，堤身迎水侧采用粘土置换旧堤的填筑料，置换厚度不小于2.0 m，迎水侧坡比1∶2.5，坡面结构采用生态混凝土护坡，结构自下而上为土工布一层，现浇生态砼0.15 m 厚，表面覆土0.03 m 厚，坡脚与已建的阻滑桩冠梁连接；为减少土堤高度，斜坡顶采用C30 钢筋砼防洪墙，墙顶高于设计堤顶道路1.0 m，堤顶宽度为3.0 m，设置沥青混凝土路面；挡墙顶宽0.5 m，墙身垂直，墙趾挑悬长度0.7 m，墙踵挑悬长度3.0 m，挡墙底板厚0.5 m，下设C15 素砼垫层厚0.1 m。挡墙洪水位以上部分采用可拆卸式防浪墙。

此段旧堤填筑材料主要为粉砂，渗透较大，在防洪墙下部设置高压旋喷桩防渗墙，桩径0.6 m，桩间距0.4 m，防渗墙穿透粉砂层。具体断面图见图2。

3.2.2 上部防洪墙优化设计

此次堤防优化设计原则为上部减载，增加堤防的稳固性，且工程紧邻连江县含光塔公园，对于后期景观要求较高，堤后沿线村民多次要求降低挡墙高度，综合以上因素，本次优化设计上部防洪墙采用方案二悬臂式挡墙+防浪板方案。

堤坡上部采用C30 悬臂式挡墙，墙顶高于旧堤顶1.3 m，填筑粘土0.3 m 作为堤顶道路，堤顶宽度为3.0 m，路面与挡墙高差1.0 m；挡墙顶宽0.5 m，墙身垂直，墙趾挑悬长度0.7 m，墙踵挑悬长度3.0 m，挡墙底板厚0.5 m，下设C15 素砼垫层厚0.1 m。挡墙顶部采用可拆卸式防浪墙，防浪墙高度1.0 m，由5 块防浪板拼插而成。

3.3 防洪墙稳定计算

防洪墙断面按最大高度4.3 m 进行计算，采用“理正岩土计算软件”6.5 版进行计算，结果如下：

（1）物理力学指标

堤基土层及回填土料物理力学指标详见地质章节，地基考虑桩基效果。

（2）计算工况

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定，稳定计算取用的工况如下。

工况1：施工期的临水、背水侧堤坡（非常情况）；

工况2：设计洪水位下的稳定渗流期的背水侧堤坡（正常情况）；

工况3：设计洪水水位骤降期的临水侧堤坡（正常情况）。

（3）稳定计算成果分析

计算成果见表1。

表1 防洪墙抗滑稳定计算成果表

由表1 可以看出，防洪墙自身稳定满足规范要求。

3.4 堤防渗流稳定计算

（1）堤防现状渗流稳定计算

根据地质钻探、实验，堤防各岩土层物理力学参数选用建议值，并参照工程经验值，选取各土层渗透系数见表2。建模材料：①素填土，②粉砂，③淤泥，④粉质粘土，⑤强风化花岗岩，⑥弱风化花岗岩，⑦抛石。

表2 堤防各土区渗透系数K

计算断面选用堤防最不利断面，按有限深透水地基计算，采用河海大学编写的“水工结构有限元分析系统Autobank 7.07”进行渗流计算。

计算工况为：外江水位为设计洪水位，下游无水时现状堤防渗流情况。经计算，堤防渗流计算成果见表3。

表3 现状堤防渗流计算成果表

根据计算可以看出：堤后出逸点位于粉砂层，最大水力坡降大于允许水力坡降（[J允]＝0.2），理论上在反滤失效的情况下堤防土体会发生渗透破坏。

钻孔现场注水试验堤身粉砂层渗透系数平均值K=2×10-3cm/s，属强透水性；根据钻探揭示成果和现场注水试验，坝体土层均匀性较差，存在渗漏隐患。故采用高压旋喷防渗墙对堤身进行防渗加固。

（2）堤防加固后渗流稳定计算

本次加固后的堤防渗流计算方法和计算工况与前节一样，单管高压旋喷防渗墙渗透系数取1.0×10-6cm/s 进行渗流分析计算。

表4 加固后堤防渗流计算成果表

堤防通过单管高压旋喷防渗墙加固后最大水力坡降均小于允许值，堤身将不会产生渗流破坏。理论计算上单宽渗流量减少显著。因此，本次采用防渗墙对堤身进行防渗加固是必要可行的。

4 结果及结论

连江敖江流域防洪治理工程（文新段）堤防优化设计后对连江敖江流域防洪治理工程综合整治长度和旱闸规模无影响，受影响主要是由于堤轴线变动，原堤防长度523.0 m 减少至511.0 m，总投资减少506.86 万元，比连江敖江流域防洪治理工程初设批复概算总投资减少1.96%；堤型由扶壁式挡墙变更为经济生态的复合式，下部土堤上部可拆卸防浪墙，不仅减轻了堤防的荷载力，而且解决了原设计中上部悬臂式挡墙对堤后居民视野造成阻挡的问题，增强堤后居民视野通透性。综上所述，工程优化变更后经济、生态、防洪各方面效果显著。