進賢縣池溪港河道治理工程防滲加固處理措施研究

黃首斌

(江西天淼建設工程有限公司，南昌 331700)

1 工程概況

進賢縣池溪港河道治理工程位于該縣池溪鄉(xiāng)境內(nèi)，工程坐落在進賢縣池溪鄉(xiāng)池溪港，池溪港又名池溪水，發(fā)源于東鄉(xiāng)縣鄧家鄉(xiāng)，由南向北流經(jīng)羅家村、徐橋、向家村、歐溪吳家、石港王家，在進賢縣池溪鄉(xiāng)下艾村入湖。池溪水流域面積141.3km2，河長27.4km，主河道縱比降1.10‰。擬整治河道總長9.53km(其中主河5.015km，支流4.515km)，沿河兩岸居民地、農(nóng)田分布多且密集，保護人口4600人，保護農(nóng)田560.67hm2。本次河道治理工程項目主要建設內(nèi)容有：堤防堤防加固、疏浚、邊坡護坡、路堤基礎防滲處理等等。

在防洪堤區(qū)勘探深度范圍內(nèi)，勘探內(nèi)巖石、黏性土、粗粒土和特殊土的分布組合關(guān)系，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為3種類型，包括單一結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)。根據(jù)堤區(qū)的實際地質(zhì)條件，并結(jié)合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗可再劃分多個亞類[1]。堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)具體分類標準如表1所示。

表1 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類標準表

當河水水位高于堤內(nèi)地面且持續(xù)一定時間時，Ⅱ2類結(jié)構(gòu)類型堤基存在滲透變形(或破壞)的可能。池溪港河道圩堤內(nèi)側(cè)堤腳沿線均為人工開挖池塘，上部黏性不透水層遭到削薄及破壞，在高水位水壓力作用下堤基易產(chǎn)生滲透破壞，建議設計應進行復核計算堤基的穩(wěn)定性；堤岸岸坡穩(wěn)定問題，雙層結(jié)構(gòu)Ⅱ2亞類處在汛期水位高流速快，當下部砂土頂面高程接近、或高于外河枯水期水位時，砂土處于最大流速帶邊緣，易受波浪沖刷或浪蝕淘刷，形成浪蝕洞，造成岸坡坍塌，進而影響堤防的穩(wěn)定性與安全性。

2 堤防滲漏破壞及加固處理措施

2.1 計算斷面選擇

滲流計算斷面選擇在堤后高程低于堤防設計水位以下的堤段，因此計算典型斷面取樁號R5+850堤防。計算設計洪水位下堤身浸潤線、出逸點的位置、逸出段與背水側(cè)堤基表面的出逸坡降。

2.2 計算方法

2.2.1 滲流穩(wěn)定計算

綜合考慮本次地勘資料，本次計算斷面滲透分區(qū)的滲流系數(shù)為室內(nèi)外土工試驗成果，采用地勘建議值。典型斷面分區(qū)滲透系數(shù)取值如表2所示。

1)允許坡降：根據(jù)地勘成果建議雜填土、重粉質(zhì)壤土、砂礫石的允許滲透比降分別為J允=0.26、J允=0.30、J允=0.32。

2)計算方法：滲流計算采用河海大學的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)(AutoBank)》進行分析。加入邊界條件后，軟件采用有限元法進行分析。

3)計算成果與分析：根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)以及本工程實際情況，滲流分析計算采用迎水面設計洪水與背水面相應水位結(jié)合情況。根據(jù)以上工況組合進行計算，繪制出各典型斷面的滲流等勢線及浸潤線圖(詳見圖1)，典型斷面滲流承壓水頭計算成果表3。

圖1 堤防滲流計算成果圖

表3 加固前堤防典型斷面滲流計算結(jié)果表

由上表計算成果可知，背水側(cè)堤身最大滲透坡降小于允許值，說明堤防堤身不存在滲透破壞。

2.2.2 堤防穩(wěn)定計算

土堤抗滑穩(wěn)定計算采用有效應力法，用不計土條間作用力的瑞典圓弧法。計算程序采用河海大學工程力學研究所編制的邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)Slope (v1.1)。本次設計堤坡穩(wěn)定計算選取與滲流計算相同的樁號R5+850典型斷面，計算公式如下：

(1)

計算表明，堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于標準值，滿足抗滑穩(wěn)定性要求。典型斷面堤坡穩(wěn)定性計算成果表見表4。

表4 典型斷面堤坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

2.3 堤基滲流計算結(jié)果分析

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)以及本工程實際情況，滲流計算分析考慮了迎水面設計洪水和背水面相應水位的結(jié)合。根據(jù)以上工況組合，繪制了各典型斷面的滲流等勢線和入滲圖。典型斷面滲流計算結(jié)果見表5。

表5 加固前堤防典型斷面滲流計算成果表

由上表計算成果可知，背水側(cè)堤基最大滲透坡降大于允許值，說明堤防存在滲透破壞，需采取滲流保護措施。

圖2 堤基滲流計算成果圖

2.4 防滲加固處理措施

2.4.1 堤防護坡形式選擇

護坡型式的選擇需因地制宜，在選擇岸坡型式和材料時，應充分利用當?shù)卦胁牧?，在滿足結(jié)構(gòu)及防沖安全的基礎上，盡可能選擇生態(tài)護岸的方法，以滿足美化環(huán)境、促進生物多樣性以及提高水體自凈能力的要求。

根據(jù)河流兩岸地形條件，結(jié)合進賢縣同類工程建設經(jīng)驗，考慮到減少征地、減少工程投資、減少生態(tài)景觀破壞等多方面因素，本次設計對該河段堤防護岸采用四種方案進行對比。

護岸材料大致可以分為干石護坡+草皮護坡、預制塊體護坡+草皮護坡和草皮護坡三種類型。根據(jù)當?shù)貙嶋H情況，對這三種護岸材料進行了比較選擇，見表6。

1)方法一：設計采用岸坡臨水坡一側(cè)常水位以下400mm的厚干砌塊石護坡，下部采用150mm厚碎石墊層護坡，在常水位以上側(cè)采用草皮護坡。

2)方法二：本次設計岸坡臨水坡常水位以下采用100mm厚C20混凝土預制塊護坡，下部采用150mm厚碎石墊層護坡，常水位以上側(cè)采用框架式格柵草皮護坡。

3)方法三：設計采用框格網(wǎng)草皮在臨水坡堤防護坡。

4)方法四：設計在岸坡臨水坡采用草皮護坡。

對四種方案進行方案比較，比較結(jié)果見表6。

表6 護坡方案比較表

護坡材料應在保證防洪安全的前提下，盡量選擇生態(tài)、環(huán)保材料。參照護岸材料的比較表，并結(jié)合現(xiàn)狀及業(yè)主要求，本設計主要從抗沖刷與保護生態(tài)建設的需要出發(fā)，根據(jù)河岸不同現(xiàn)狀情況，采用不同護岸加固方法。堤防的主要護坡類型包括：方案一：干砌塊石+草皮護坡；方案四：草皮護坡。

2.4.2 堤基加固處理

根據(jù)滲流計算結(jié)果、地形地質(zhì)條件和險情分布，對已出現(xiàn)滲流險情或存在滲漏隱患的堤段采用堤內(nèi)水平蓋重能滿足防滲要求，且蓋重厚度不大，工程量相對較小，結(jié)合當?shù)負岆U除險實踐和經(jīng)驗并參照江西省堤防堤基防滲處理經(jīng)驗，選擇采用水平壓蓋，即壓浸臺的防滲措施。

水平壓蓋作用是延長滲流路徑，減小滲透出逸坡降，具有臨水面防滲毯和背水側(cè)壓入滲蓋重。

為延長滲流路徑，降低滲透出逸坡降，使其小于堤基滲流坡度的允許值，根據(jù)多年的堤防治理經(jīng)驗，在背水面承壓滲蓋，在路堤內(nèi)填筑土坑、水塘，修建壓浸臺，可以起到良好的防滲效果，還可以增加內(nèi)側(cè)邊坡的抗滑穩(wěn)定性。此方法的缺點是通過填土增加土層厚度，解決局部滲透穩(wěn)定性問題，但不能降低路堤內(nèi)部地下水壓力，對于一些地質(zhì)條件極差或淺砂質(zhì)透水水體的路堤堤段，土方工程量大，壓蓋厚度寬度大，費用較高。但當背水側(cè)堤基存在的剩余水頭不太大，采用水平蓋重處理時，應是經(jīng)濟合理的。

根據(jù)地質(zhì)資料，各圩堤堤基上層粉質(zhì)壤土土層厚度一般為1.0-2.0m，通過實際調(diào)查和滲流計算與分析，分布在堤基內(nèi)外的水塘和基坑等破壞堤基黏性土的完整性，會引起堤基的滲透破壞，汛期外河處于高水位時，容易產(chǎn)生管涌、流土等危險隱患，應該采取防滲措施。為加大滲徑，減小滲透出逸坡降，增多堤基粉質(zhì)壤土的承壓水頭，吸取多年的堤防工程治理經(jīng)驗，對背水面壓滲蓋重，采用堤內(nèi)的取土坑、水塘填筑和修建壓浸臺，一般稱之為填塘固基，可以具有良好的防滲效果，也可以增加邊坡的抗滑穩(wěn)定性。

2.4.3 加固措施驗證計算

根據(jù)以上工況組合進行計算，繪制了各典型斷面的滲流等勢線及浸潤線圖，典型斷面滲流計算成果見表7。

表7 加固后堤防典型斷面滲流計算成果表

由表7計算成果可知，背水側(cè)堤基最大滲透坡降小于允許值，說明堤防經(jīng)過處理后不存在滲透破壞。

3 結(jié) 語

進賢縣池溪港河道治理加固工程，能提高治理河段區(qū)域防洪能力、保障區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，促進區(qū)域社會主義新農(nóng)村建設，對社會的穩(wěn)定，區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展都將起到重要作用。