惠州市北堤堤防风险分析与修复实践

张荣华

(惠州市惠州大堤北堤管理中心，广东 惠州 516000)

1 堤防工程概况

惠州市大堤北堤[1-2]是捍卫惠州市政治、经济、文化中心的重要防洪工程，属广东省十大堤围之一，是一条以城市防洪为主，结合城市排涝、农田灌溉的防洪大堤。北堤设防标准为三库(新丰江、枫树坝、白盆珠)调洪百年一遇，围内集雨总面积为198 km2，捍卫农田约0.18万hm2。北堤东起汝湖镇长湖洋朗排水闸，止于小金口镇风门坳村鲤鱼山，惠州大堤北堤堤防线总长为25.153 km，共有排涝站5座，设计总装机容量12 520 kW，设计排涝标准为24 h最大暴雨量1 d排干，北堤还有中型水闸1座，小型穿堤涵闸13个。

惠州北堤在长期运维过程中产生一系列风险隐患，主要表现在：

(1) 堤身潜在隐患。堤防于2008年初次建设时工程质量和能效较低，后期反复增修、反复破坏、反复加固导致堤防整体建设质量不佳，受当时经济和技术的限制，很多设计均不符合现行的相关标准要求，同时施工过程中对堤防工程的质量管理控制不严格，存在漏洞、裂缝等施工瑕疵，对后续的治理工程产生较大的影响。惠州北堤堤防基础的土壤多为砂土，渗透性较大，汛期时容易发生渗透破坏等现象，而且堤脚外的坑塘在汛期时经常发生管涌破坏。堤防周边环境复杂，白蚁灾害极为严重，白蚁能够在堤坝内部建立巢洞，并且不断繁殖活动，在堤防内部容易引起贯穿性的洞穴，据调查在惠州北堤堤防段[3]，周边环境中白蚁灾害频发，在风门坳至惠博沿江公路发现白蚁活动4900处，在长毛岭至中信桥堤发现白蚁活动8100处，在惠博沿江路到九孔闸，坝体上共发现白蚁活动780处，已经严重威胁到堤身的安全，亟待治理。

(2) 水文失事破坏。水文失事破坏主要受汛期洪水和暴雨的影响，汛期超标准洪水容易漫过堤防甚至冲垮堤防，降水的长期冲刷溅蚀导致雨林沟槽不断扩大，逐渐损毁堤防表面甚至深层结构，同时堤坝周围河流水势的变化不断接触冲刷堤防表面，容易导致堤防迎水面破坏。

2 堤防风险管控及应用

结合堤防破坏风险治理的工程实践和惠州北堤的潜在风险，进行堤防综合风险率计算及评价，提出相应的工程加固措施和水利信息监测措施。

2.1 堤防风险治理

惠州北堤堤基为强透水性的砂质河床，是汛期抢险的重点段，其中堤基防渗技术也是针对上河口、下河口的强透水层进行处理，目前主要应用垂直铺膜防渗技术、振冲防渗板墙技术和深层搅拌桩防渗技术[4]。

(1) 垂直铺膜防渗技术。垂直铺膜防渗技术是一道土工膜为主、回填土为辅的复合防渗墙，开槽后也可灌入混凝土回填形成具有较强防渗功能的混凝土连续墙。在惠州北堤堤基施工中开槽机为LTD链斗式开槽机，在14 m内成槽效率较高，但由于场地限制和机器自身缺陷目前存在生产效率低、容易塌孔、成槽深度难以达到设计标准等问题，整体上该技术在惠州北堤堤基施工中应用效率较低。

(2) 振冲防渗板墙技术。振冲防渗板墙技术是利用振动器将导形切头切入土体至预定深度后和再起拔出地面的同时，在成槽段注入混凝土或者水泥浆等防渗材料以形成具有防渗隔水特性的防渗幕墙。在惠州北堤下河口堤段堤基施工中堤基处理深度至18 m，每天施工标段长11～17 m，墙体取样后经室内渗透实验测得渗透系数均小于10-8cm/s，成墙质量较高，防渗效果较好，施工进度和施工质量达到预定标准。

(3) 深层搅拌桩防渗技术。深层搅拌桩防渗技术是利用深层搅拌技术形成连续的具有防渗性能的桩墙。在惠州北堤上河口堤段堤基施工中堤基处理深度至16 m，每天施工标段长15 m，选用钻头直径500 mm，孔距400 mm，形成防渗墙最小厚度300 mm。

针对堤防不同段的白蚁灾害，主要治理过程可分为以下几个阶段：根据工程实践总结蚁害治理措施，针对本工程开展地毯式蚁源普查工作，根据蚁害等级制定防治措施，定期复查验收评估防治效果。其中白蚁灭治采用喷粉、诱杀包等措施，对白蚁活动的生物洞穴采取灌浆处理。

为保障工程长期运维，对堤防工程采取定期维修养护措施，管养内容包括堤顶养护(堤顶养护土方、边埂整修、堤顶刮平)，堤坡养护(堤坡养护土方、堤坡草皮养护补植、上下堤路口养护)，堤防卫生整治(清理违章弃倒的垃圾等)，附属设施养护等。

2.2 堤防风险计算

堤防综合风险计算模型包括堤身渗透破坏风险数学模型、堤身失稳破坏风险数学模型、堤身漫顶破坏风险数学模型三种主要风险模型，综合风险计算模型可用式(1)表示：

P=Ps+Pb+Pm=P(J>Ji)+

P(MS>MR)+P(H0>H>H1)=

(1)

式中：P为堤防综合风险率，%；Ps为堤身渗透破坏风险率，%；Pb为堤身失稳破坏风险率，%；Pm为堤身漫顶破坏风险发生概率，%；J为水力坡降，h/h;Ji为临界水力坡降，h/m；MS为滑动力矩，N·m；MR为抗滑力矩，N·m；H0为堤顶高程，m;H1为起始水位，m；f(J)为堤防渗透水力坡降的概率密度分布函数；f(MS)为堤防失稳破坏的概率密度分布函数；p′(h)为堤防某一时间的风险率,%；f(h)为堤防洪水频率函数。

采用相关计算方法回归拟合堤防风险率的计算式，并计算防渗加固前后惠州北堤3个典型断面的综合风险率，计算结果见表1。

表1 惠州北堤的综合风险率计算结果

可以看出三个断面中3#的综合风险率最大，1#、2#和3#在防渗加固前渗漏破坏风险率分别在5.36%、5.62%、5.78%，滑动失稳风险率分别在5.37%、5.62%、5.78%，综合风险率分别13.45%、13.96%和14.28%在进行防渗加固前后3个断面综合风险率分别降低至8.2%、8.87%、9.23%，均控制在10%以下，说明该堤防风险工程治理手段有效可行。

2.3 堤防监控系统

为进行水利信息的工程化，针对已有的安全加固工程的整治效果进行全线监测，监测系统采用分层分布式结构[5]，见图1。通过监测系统为堤防管理发挥作用，弱化潜在的风险源，对堤防的潜在和重大风险进行科学整治。

图1 监控系统结构及配置

3 结 语

本文在对工程堤防建设潜在风险成因及控制进行分析的基础上，针对惠州北堤水利工程堤防堤身潜在隐患和水文失事风险，提出综合修复治理措施。采用相关风险模型进行堤防风险率计算，结果表明进行防渗加固前后3个断面综合风险率分别降低了11.73%、9.61%、10.73%，治理措施有效可行。