堤防工程安全評價技術探討

（安徽省 水利部淮河水利委員會水利科學研究院，233000，蚌埠）

我國堤防工程堤線長，保護范圍廣，堤防沿線地區(qū)自然環(huán)境、社會經(jīng)濟條件等存在差異。有資料統(tǒng)計，截至2006年我國已修建的江河湖海堤防總長度達到28萬km。堤防工程在水利工程中舉足輕重，堤防工程安全事關大局，因此開展堤防工程安全評價工作勢在必行。

《堤防工程安全評價導則》（SL/Z679）（以下簡稱《導則》）作為水利行業(yè)的一部指導性技術文件于2015年4月21日實施。該《導則》的發(fā)布極大地推動標準化堤防工程安全評價工作?！秾t》發(fā)布實施后，關于堤防工程的水利行業(yè)標準或文件已涵蓋地質勘查、設計、施工、驗收、技術管理、養(yǎng)護修理、隱患探測、安全評價等?？梢哉f《導則》是堤防工程這一規(guī)范體系的又一塊重要拼圖。

目前，關于堤防安全評價的地方性標準或文件有廣東省的《堤防工程安全評價導則》(DB44/T 1095)，浙江省水利廳頒布試行的《浙江省河道堤防安全鑒定管理辦法》及《浙江省河道堤防安全評價導則》。

《導則》以技術性內容為主，但目前全國各地開展的關于堤防工程安全評價工作較少，將《導則》應用于具體的堤防工程安全評價工作中會涉及一些技術問題，有必要對堤防工程安全評價工作中各環(huán)節(jié)的技術要點與關鍵問題進行討論。

一、堤防工程安全評價的目的、周期、范圍與成果

1.評價目的與周期

《導則》總則給出安全評價工作的目的：為強化堤防安全管理，掌握堤防安全狀況，規(guī)范堤防安全評價工作，保障堤防安全運行?！秾t》認為，堤防工程安全評價工作的出發(fā)點并不是為堤防工程的除險加固或汛期防守提供依據(jù)。

對于安全鑒定周期，《導則》作為指導性技術文件并未明確給出，條文要求定期評價或對出現(xiàn)較大洪水、發(fā)現(xiàn)嚴重隱患的堤防應及時進行安全評價。廣東省《堤防工程安全評價導則》規(guī)定堤防工程投入運用后每隔6～12年進行一次全面安全鑒定?！墩憬『拥赖谭腊踩b定管理辦法》規(guī)定堤防首次鑒定應在建成后10年內進行，以后每隔8～10年進行一次。

2.評價范圍

《導則》的適用范圍為3級及以上江、河、湖、海堤防，4、5級堤防可參照執(zhí)行?！秾t》的適用堤防級別與《堤防工程管理設計規(guī)范》（SL 171—1996）、《堤防工程地質勘查規(guī)程》（SL 188—2005）、《水利水電單元工程施工質量驗收評定標準—堤防工程》（SL 634—2012）等規(guī)范規(guī)程一致，避免安全評價工作中由于規(guī)范不一致帶來的麻煩。標準的適用范圍規(guī)定了工作開展空間，體現(xiàn)了標準的嚴肅性和可操作性。

具體到某一堤防工程安全評價工作，其評價的范圍不僅包括堤防本身和堤岸（坡）防護工程，還應包括交叉建筑物的連接段。

3.安全評價工作成果

堤防安全評價可分為現(xiàn)狀調查分析、復核計算、綜合評價三個階段。根據(jù)堤防安全評價三個階段的成果，應編制“堤防安全現(xiàn)狀調查分析報告”“堤防安全復核計算分析報告”和“堤防安全綜合評價報告”。

二、資料搜集是安全評價的基礎

堤防工程的基礎資料搜集工作是做好安全評價的基礎，但由于堤防工程堤線長、地域區(qū)域特點明顯，開展評價所需的基礎資料能直接用的較少。有的堤防歷經(jīng)多次加高培厚，堤防結構形式多樣；有的堤防檔案資料存放分散于不同地方的相關部門；有的堤防資料繁多而有的堤防幾乎沒有相關資料。這些情況均為資料搜集工作帶來困難。因此，堤防資料搜集工作應明確范圍，注意方式方法，突出重點，要有針對性和目的性。

資料搜集是為運行管理評價、工程質量評價和復核計算服務的。以此為出發(fā)點，應搜集必要的堤防工程設計、施工和運行管理資料。

安全評價工作的一個著力點應聚焦于堤防工程運行期間涉及堤防安全各方面因素的分析與論證。比如在堤防運行期間暴露的問題，管理單位發(fā)現(xiàn)的一些隱患，堤防工程在設計或施工期間的遺留問題等等，這些都是把安全評價工作做好做到實處的關鍵所在，要證實這些問題，一定要搜集相關資料，為安全評價工作做足準備。再比如經(jīng)濟、社會、水文氣象、地形、地質等有變化，這些因素改變可能變更堤防防洪設計標準，這些涉及設計條件變化的資料是必須搜集的。還有堤防運行管理期間積累的一些資料，比如，堤防工程觀測監(jiān)測資料和歷年檢查記錄及大事記，這些是掌握工程安全現(xiàn)狀的重要資料。目前存在的問題是，監(jiān)測資料多集中于施工期的觀測，缺少運行期間的觀測；或只有觀測資料匯編，而對出現(xiàn)問題的原因，比如不均勻沉降，缺少分析。安全評價工作應充分利用這些有限的監(jiān)測資料。

三、堤防安全現(xiàn)狀調查分析

堤防安全現(xiàn)狀調查分析是通過搜集查閱資料、查勘現(xiàn)場、工程現(xiàn)狀質量檢測等工作后，對堤防工程安全現(xiàn)狀作出初步評價，并應明確后期安全評價工作的重點及工程復核計算的項目等。

通過搜集的資料，評價工作者應已熟悉工程、設計和施工情況等。在此基礎上，進行運行管理評價和工程質量評價。由于堤防工程的特殊性，運行管理在確保堤防工程正常運用、工程安全、充分發(fā)揮工程效益等方面顯得尤為重要。

1.運行管理評價

堤防工程實行按水系統(tǒng)一管理和行政區(qū)劃分級管理相結合的管理體制。堤防工程的管理機構和人員編制一般應按照國家有關政策規(guī)定予以確定。管理單位的規(guī)章制度、人員編制、管養(yǎng)經(jīng)費及落實情況應規(guī)范化。

堤防工程的管理范圍和保護范圍應滿足《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286—2013）的要求。堤防工程在保護范圍內不得有開挖土方、打井、爆破等危害工程安全的活動。

根據(jù)堤防管理單位級別，應按《堤防工程管理設計規(guī)范》（SL 171—1996）配置相應數(shù)量的測量儀器和設備。綜合考慮管理單位級別與管理任務的大小，還應配置必需的車船等交通工具。交通運輸能力應滿足正常管理和防洪搶險的物資運輸與人員交通的需要。堤防管理單位應設置專用通信網(wǎng)，保證快速、可靠、保密地將各種信息傳遞給防汛指揮中心。

堤防工程管理單位負責組織人員或指定專人，對管理范圍和保護范圍內的堤防工程進行經(jīng)常檢查、定期檢查、不定期檢查和特別檢查。檢查的頻次、內容和方法應符合《堤防工程養(yǎng)護修理規(guī)程》（SL 595—2013），安全評價應檢查其相應的記錄資料。

穿（跨）堤建筑物及土石接合部往往是安全隱患處，管理單位應嚴格按照《堤防工程養(yǎng)護修理規(guī)程》（SL 595—2013）進行養(yǎng)護與修理。良好的維護工作是避免事故發(fā)生的有效手段。

堤防工程運行期間可能會經(jīng)歷搶修和除險加固等過程，應搜集歷史資料，并結合運行期間的實施效果進行評價。連續(xù)多年未擋水的堤防，對可能出現(xiàn)的隱患應有一定的風險意識。

運行管理評價應從制度、養(yǎng)護與異常處理三個主要方面出發(fā)。

2.工程質量評價

工程質量現(xiàn)狀評價應根據(jù)質量檢測、檢查、勘查結果，參照現(xiàn)行的《堤防工程施工規(guī)范》（SL 260—2014）、《水利水電工程單元工程施工質量驗收評定標準—堤防工程》（SL 634—2012）等規(guī)范標準進行綜合評定。

堤防工程實體部位質量評價包括堤基、堤身和堤岸（坡）防護。

術前，兩組焦慮、強迫、抑郁、恐怖、人際關系、偏執(zhí)評分比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。手術當日及術后2 d，兩組焦慮抑郁評分比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，其余評分比較，差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。術前、手術當日及術后2 d強迫因子得分于均高于陽性分值(2分)，術前偏執(zhí)因子得分高于陽性分值。見表1。

堤基質量評價應復查堤基處理方法的可靠性與處理效果，比如軟弱地基的處理、透水地基的處理、決口處地基處理等。

堤身質量評價應復查堤身橫斷面尺寸、堤頂高程、堤身填筑壓實度等，堤防的防洪標準復核、滲流安全性復核和結構安全性復核是在現(xiàn)狀斷面尺寸上進行的。對穿（跨）堤建筑物與堤防土石接合部等施工機械難以操作的部位，應復查其密實度。

堤岸（坡）防護工程復查重點包括護腳的穩(wěn)定性，防滲設施和減壓井、排水溝、反濾設施的完整性及有效性。防滲、排水和反濾設施的有效性對堤防滲流安全有相當大的影響。

不同形式的護坡復查的項目不同。砌石護坡應復查平整度、漿砌石勾縫和墊層質量。混凝土護坡復查墊層、沉降縫及止水質量。草皮護坡復查草皮覆蓋率、防浪林樹木的缺失率等。護坡表面有裂縫、陷坑、滑動等問題的，應查找原因。有些裂縫、陷坑可能會隱蔽于草皮樹木中，不易發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場巡視檢查時應仔細查找，避免遺漏。

若在工程巡查中發(fā)現(xiàn)堤身存在明顯的不均勻沉降、裂縫、滑動、滲水等現(xiàn)象時，應采用必要的探測手段并結合復核計算查找原因。具體探測方法可參考《堤防隱患探測規(guī)程》（SL 436—2008）。

工程質量評價應結合工程質量檢測結果與運行中有無影響工程安全的質量問題綜合分析。

四、堤防安全復核計算分析

1.防洪標準復核

防洪標準復核應根據(jù)堤防工程設計階段洪水計算的水文資料和運行期延長的水文資料進行設計洪水復核、水面線或水位計算，評價堤防工程現(xiàn)狀的防洪能力是否滿足現(xiàn)行有關規(guī)范要求。防洪標準復核的主要內容是復核設計洪水位及堤頂高程。

一方面，隨著堤防工程運行期的延長，水文資料不斷增加，原設計的洪水成果可能會發(fā)生變化。另一方面，堤防工程堤線長、區(qū)域差別大，其保護區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展也會影響堤防工程的防洪標準。設計洪（潮）水位復核，應在原設計階段洪水計算資料的基礎上，重點針對有變化的情況。

堤頂高程復核應先根據(jù)最新核定的防洪標準確定堤防級別，然后按照《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286—2013）或《海堤工程設計規(guī)范》（SL 435—2008），由設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定。堤頂超高計算時應采用最新實測的堤身斷面資料。防洪能力復核時，堤頂高程應采用最新實測高程值，當?shù)添斣O置防浪墻時，堤頂高程應算至防浪墻頂面。

防洪標準復核應明確給出原堤防工程設計防洪標準和堤防級別是否需要修改，堤防的實際防洪能力是否滿足有關防洪標準和設計標準的要求。

2.滲流安全性復核

滲流安全性復核的目的是復核當前實際的滲流狀態(tài)和已有的滲流控制措施能否保證堤防工程在設計條件下安全運行。

滲流控制的任務是控制滲流水頭（壓力及浸潤線）、滲流坡降和滲流量在允許范圍內。滲流控制設施主要有臨水側防滲鋪蓋、垂直防滲墻、背水側蓋重、排水溝、減壓井等。對于堤防工程而言，由于河床演變沖淤無常，臨水側的防滲鋪蓋往往不可靠；防滲墻不經(jīng)濟，大多數(shù)堤防軸線長，較少采用防滲墻；堤防工程最適宜的防滲措施是在背水側采用排滲設施。因此，防滲排水減壓設施的運行狀況是滲流安全性復核的主要內容，也是重點。

堤防工程軸線長，不同堤段的地質情況可能差異較大，勘察階段時鉆孔布設不可能全覆蓋。在運行期間暴露出的問題，可能是勘察、設計階段難以預料的情況。因此在進行安全評價時應重視運行中的異常，判明原因。

預測設計水位下的滲流安全性，也是滲流安全性復核的主要內容之一。設計水位下的滲流安全性復核，可采用計算分析法。計算時有兩個問題應注意：一是典型斷面的選取，二是計算參數(shù)的合理確定。

計算斷面應選擇最新實測的堤身斷面，經(jīng)歷一段時間的運行后，堤防會產生沉降，斷面形狀相比于原設計斷面會發(fā)生變化，堤身斷面變化對于堤防在某些情況下穩(wěn)定滲流計算的結果影響顯著。滲流計算參數(shù)應根據(jù)試驗檢測資料通過觀測資料的反演分析確定，有監(jiān)測資料時，通過反演分析確定的參數(shù)可靠性較高，但很難搜集到有效的觀測資料。對于不同土類的滲透系數(shù)研究較多，文獻里可直接查到各種土的滲透系數(shù)建議值。

實際堤防工程滲流計算應綜合考慮堤身斷面、水文地質條件、防滲與排滲體結構和筑堤材料等。堤防工程的排滲減壓設施可有效降低浸潤線出逸點水頭高度和出逸比降，滲流計算前應復核排滲減壓設施的有效性，若發(fā)生淤積堵塞失效，復核計算時應考慮其不利影響。

江河堤防與水庫大壩不同，只有在洪峰持續(xù)時間很長時才能大致形成穩(wěn)定滲流，而實際河水漲落迅速，洪峰過程較短。穩(wěn)定滲流計算下評價背水側堤防滲流安全性偏于保守，利于工程安全。

滲流安全性復核分級綜合考慮現(xiàn)狀的滲流防護措施是否有效，滲流計算的滲透坡降是否滿足規(guī)范要求，運行期間有無滲流異常等進行評價。

3.結構安全性復核

堤防工程安全性復核應分析現(xiàn)狀堤防能夠滿足設計條件下的結構安全性要求。堤防運行后，斷面尺寸、計算力學參數(shù)都有可能變化，復核應說明改變后的堤防能否滿足設計工況的要求。復核的重點是運行中曾出現(xiàn)或可能出現(xiàn)結構失穩(wěn)的險工險段。

土堤結構安全性復核應包括堤頂寬度和堤身坡度，臨背水側堤坡穩(wěn)定性，堤坡堤腳的抗沖性。

堤防的結構安全性復核應該與滲流安全復核計算結果緊密結合。設計水位穩(wěn)定滲流期的臨水側邊坡受到滲流力的作用是偏于安全的，而背水側邊坡在滲流力作用下安全系數(shù)降低。洪水回落期，堤身內孔隙水壓力來不及消散形成向坡滲流，對臨水側邊坡不利?！秾t》規(guī)定，應分析防滲體、排滲體失效或部分失效對結構安全性的影響。防滲體、排滲體失效會使堤身浸潤線抬高，堤身內孔隙水壓力增加，對邊坡穩(wěn)定不利。

臨背水側堤坡穩(wěn)定性，應重點復核出現(xiàn)縱向裂縫的堤段?？v向裂縫的出現(xiàn)往往是發(fā)生滑坡的前兆。堤坡穩(wěn)定性復核應與滲流計算結果相結合，并應考慮防滲排滲設施的有效性。

堤坡堤腳易被沖刷，一是風浪產生的碎波與反射波沖刷，二是沿堤水流的沖刷。河道走向多變，堤防不一定平行河道軸線布置，這將造成河道水流方向與堤防軸線產生一定夾角，加劇了對堤坡、堤腳的沖刷。因此應重點復核河勢變化快、風浪較大的寬河段堤防，流速較高、沖蝕性較強的迎流頂沖堤段。

防洪墻結構安全復核重點在墻體強度、變形和穩(wěn)定?，F(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)防洪墻墻體破碎、混凝土碳化嚴重或鋼筋銹蝕嚴重的現(xiàn)象時，應重點復核該部位墻體的強度。墻體發(fā)生明顯位移或傾斜，出現(xiàn)裂縫及止水破壞的防洪墻應重點進行墻體變形與穩(wěn)定復核。

保證堤防安全，首先應固岸護坡。堤岸防護結構安全復核主要針對易受風浪、水流、潮汐作用沖刷破壞的堤防所采取的防護措施是否滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。堤防運行期間，河道可能演變，堤岸沖蝕嚴重的部位可能易位，在現(xiàn)場檢查時應注意觀察分析。防護體不完整或塌陷、剝落嚴重的堤段應重點進行強度復核。防護體出現(xiàn)水平向裂縫或堤腳沖蝕比較嚴重的堤段，重點復核抗沖穩(wěn)定性。

五、結 語

河道演變，堤防沉降變形，堤防沿線的自然環(huán)境與地區(qū)經(jīng)濟變化，都會對堤防工程安全產生影響。

堤防工程安全評價工作仍處于起步階段，由于堤防工程涉及面廣、堤線長，沿線地質情況多變和經(jīng)濟發(fā)展的不均衡等因素，堤防工程安全評價工作還有待于深入研究與探討。

[1]毛昶熙.堤防工程手冊[M].北京：中國水利水電出版社,2009.

[2]堤防工程安全評價導則（SL/Z 679—2015）[S].

[3]堤防工程地質勘查規(guī)程（SL 188—2005）[S].

[4]堤防工程設計規(guī)范(GB 50289—2013)[S].

[5]堤防工程施工規(guī)范 （S L260—2014）[S].

[6]水利水電單元工程施工質量驗收評定標準—堤防工程(SL 634—2012)[S].

[7]堤防工程管理設計規(guī)范(SL 171—1996)[S].

[8]堤防工程養(yǎng)護修理規(guī)程(SL 595—2013)[S].

[9]堤防隱患探測規(guī)程 （SL 436—2008）[S].

[10]堤防工程安全評價導則(DB44/T 1095—2012)[S].

[11]海堤工程設計規(guī)范(SL 435—2008)[S].