金溪縣滸灣堤除險加固設計方案綜述

彭 剛

(萍鄉(xiāng)市水利設計研究院，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

1 工程概況

滸灣堤除險加固工程位于金溪縣西南部，撫河中游右岸，上起滸灣鎮(zhèn)政府附近的老鴉洲，下至滸灣鎮(zhèn)與臨川區(qū)湖南鄉(xiāng)交界處的下馬山山腳處，全長12.84km，保護人口3.45萬人，保護866.67hm2良田以及滸灣鎮(zhèn)駐地及316國道干線，滸灣堤為5級堤防，防洪標準為10a一遇，現狀堤高3.4-6.7m，堤頂寬3.5-15.3m，臨水坡坡比1∶2.5-1∶3.6，背水坡坡比1∶2-1∶3.3，堤頂高程44.66-51.18m，堤身由砂類土填筑，防滲性能較差，汛期易發(fā)生泡泉散浸等險情，同時，撫河彎曲段較多造成水流流態(tài)紊亂，迎流頂沖段水流淘刷堤腳及岸坡，形成崩岸險情，危及堤防安全。

根據調查，滸灣堤目前存在的主要問題包括：汛期局部堤段背水側泡泉散浸、局部堤坡迎水坡沖刷嚴重、局部堤腳被挖、迎流頂沖段岸坡垮塌、堤頂公路損毀嚴重等。

2 工程總布置

根據滸灣堤現狀及實際存在的問題，加固內容主要包括：堤身堤基防滲、堤坡加固、岸坡加固、堤頂公路加固等。

2.1 堤防加固

本次堤防加固按原堤防走向布置，不改變原堤防軸線布置，堤防加固總長度12.18km，其中：堤基及堤身防滲加固總長度240m，堤頂公路改造總長度10471m，新建生態(tài)網格護坡長7149m。

2.2 岸坡加固

本次設計岸坡加固沿現狀岸坡布置不改變岸坡走向，護岸加固總長度526m。岸坡加固采用塊石護腳，岸坡陡于1∶2.0的拋石體頂寬2.0m，邊坡1∶2.0，下部水平護腳厚1.0m，寬5.0m，具體寬度視流速大小和沖刷程度而定；坡度緩于1∶2.0的陡岸，按原坡拋護，拋石厚0.6-1.0m，拋至緩于1∶3平緩處或河深泓。

3 堤防加固設計

3.1 堤坡設計

滸灣堤迎水坡設計坡比均一坡到底，背水坡除設置壓浸平臺堤段外，一般均為一坡到底，臨水坡坡比1∶2.5-1∶3.6，背水坡坡比1∶2-1∶3.3，根據堤坡穩(wěn)定計算并結合多年的實際運行情況，現狀堤坡基本穩(wěn)定。

本次加固設計主要對迎水坡草皮護坡進行改造和背水坡背水坡垮塌部分進行修復，堤身臨水坡設計坡比為1∶2.5(緩于1∶2.5的維持現有坡比)，采用生態(tài)網格混凝土護坡，背水坡設計坡比為1∶2(緩于1∶2的維持現有坡比)，采用草皮護坡。

3.2 堤頂結構設計

根據本次調查滸灣堤堤頂公路全長12.18km，其中混凝土路面1709m，樁號范圍K3+113-K4+822；泥結石路面10471m，樁號范圍K0+000-K3+113、K4+822-K12+180，混凝土路面現狀運行良好，未發(fā)現破損，泥結石路面破損嚴重。

本次加固擬對現有泥結石路面進行改造，新建C25混凝土路面，樁號范圍K0+000-K3+113、K4+822-K12+180，路面改造總長10471m，堤頂寬度大于4m的堤段，設3.5m寬混凝土路面，兩側設土路肩，路面寬度小于4m的堤段，設3.5m寬混凝土路面，路面兩側設置混凝土路肩。路面結構從上至下依次為20cm厚C25混凝土路面，15cm厚水穩(wěn)墊層[1]。

圖1 堤頂公路大樣圖1

圖2 堤頂公路大樣圖2

3.3 護坡結構設計

本次加固設計對迎水坡已設置生態(tài)網格護坡段的維持現狀不變，僅對破損部位進行修復，同時對坡面的垃圾、雜草進行清理；對迎水坡草皮護坡段進行改造。

3.3.1 迎水坡護坡改造方案比選

護坡的目的是避免洪水沖蝕河岸、穩(wěn)定岸坡，保護圩堤內人民生命財產及耕地安全，達到防洪減災、強化河道自然水生態(tài)環(huán)境的目的，護坡按其結構特點可分為硬質材料護岸護坡和生態(tài)結構護岸護坡。硬質護岸護坡常見的型式有混凝土預制塊護坡、漿砌石護坡、混凝土預制塊護坡。生態(tài)護岸護坡常見的型式有混凝土框格護坡、草皮護坡、土工格室護坡等。結合業(yè)主以及景觀設計的要求，選取以下6種型式進行比選：

1)混凝土預制塊護坡：用特定形狀的混凝土預制塊互相齒合形成整體的一種護坡型式，這種護坡型式美觀大方，可以采用不同的預制塊形狀加上顏色變換做出各種特色圖案。缺點是穩(wěn)定性較差，主要適用于水位變動不大，環(huán)境影響較小的邊坡。

2)干砌石護坡：由干砌石砌成，抗沖刷性較好，但不夠生態(tài)美觀。

3)生態(tài)網格護坡：指用混凝土形成網格，網格內鋪種草皮或其他生態(tài)植物，以此穩(wěn)定邊坡的一種護坡型式，具有穩(wěn)定性好、耐久性長的特點[2]。

4)草皮護坡：由天然生態(tài)草皮護坡組成，生態(tài)環(huán)保、施工便捷、造價低。

表1 護坡型式經濟技術比選

從上述方案投資方面來看，采用生態(tài)網格護坡投資較小，且生態(tài)環(huán)保，且考慮到現有堤防部分堤段迎水坡已鋪設生態(tài)網格護坡，本次設計推薦生態(tài)網格護坡方案。

3.3.2 護坡結構布置

滸灣堤迎水坡采用生態(tài)網格護坡，生態(tài)網格護坡厚10cm，下部設30cm厚腐質土，護坡高度上至堤頂，下至堤腳，坡腳下設C15混凝土齒槽，上設C15混凝土壓頂，網格平面尺寸為邊長20cm的正六邊形；對背水坡進行坡面的垃圾、雜草進行清理，對垮塌段的按設計斷面改造，在表面鋪設草皮護坡，護坡下覆30cm厚腐質土。

表2 護坡整治情況統計表

3.4 防滲加固設計

根據現場調查，滸灣堤部分堤段堤身采用砂類土填筑，堤基多為砂卵石層，防滲性能差，汛期產生泡泉散浸等險情，本次加固設計防滲處理范圍為樁號K7+570-K7+810，沿堤軸線布置，長240m。

堤身及堤基防滲采用深層攪拌法結合高壓噴射灌漿法垂直防滲墻，防滲墻布置在堤軸線處，墻頂高程高出10年一遇設計水位0.5m，因堤基透水層下部為基巖，且基巖埋深較淺，底部按伸至基巖面以下0.5m控制，防滲墻成墻厚度18cm[3]。

4 岸坡加固設計

4.1 岸坡加固范圍

滸灣堤所護河道寬窄不均，彎曲段較多，加之河道內有大小不一的河灘地，造成水流流態(tài)紊亂，迎流頂沖段水流淘刷堤腳及岸坡，形成崩岸險情，危及堤防安全。歷次加固過程中部分迎流頂沖段及崩岸段采取了拋石固腳，但經多年運行，目前已出現多處垮塌破壞現象。根據現場調查，堤岸存在迎流頂沖、垮塌破壞險情，除險堤段總長約526m。

4.2 岸坡加固設計

1)岸坡加固方案選擇

根據類似護岸工程經驗，此類河段多采用平順護岸。護岸工程型式通常有拋石、模袋混凝土、模袋砂、柴排、鉛絲籠塊石及各種混凝土異形體等多種型式。其中鉛絲籠塊石及各種混凝土異形體，適用于防沖要求高，流速較大的地方，但其施工技術要求和工程造價相對較高；柴排作為臨時搶護措施效果較好，但因材料易腐爛而失去抗沖能力，不宜作為永久護岸型式。本次設計僅對拋石、模袋混凝土和模袋砂護岸型式進行重點比較。

拋石護岸是傳統的護岸型式，具有抗沖能力較強，自我調整能力強的優(yōu)點，且取材容易，施工簡單靈活，無論新護或加固均可采用，因此應用較為廣泛。但拋石工程整體性較差，運行期間需加以補充維護。

模袋混凝土是由土工織物縫制成的大面積連續(xù)袋狀材料，袋內充填混凝土或水泥砂漿，凝固后形成整體混凝土板。模袋混凝土護岸具有整體性好、抗沖能力強、施工快捷、整齊美觀的特點，但適應岸坡變化能力不強，且施工技術要求和工程造價相對較高，一般用于抗沖要求較高的岸段。

模袋砂型式與模袋混凝土相似，但充灌材料為泥沙。由于模袋砂具有施工快捷方便，能就地取材和較好地適應岸坡變形的特點，并且造價較低，也常用于水下邊坡較緩的護岸。但模袋容易損壞，且泥沙的易流動性，也使得模袋砂的應用范圍受到一定限制。

綜上所述，考慮到本工程護岸段水下地形變化大且邊坡較陡，并且部分堤防外坡損毀，塊石護坡和水下拋石還可利用，因此推薦采用拋石護岸。

2)岸坡加固布置

本次岸坡加固岸線沿現狀岸坡走向布置，采用拋石護岸。岸坡加固分段布置如下：對堤防樁號K6+333-K6+400、K6+500-K6+871、K8+262-K8+350共3段進行拋石護岸加固處理，加固總長526m，護岸整治情況統計表見表3。

表3 護岸整治情況統計表

圖3 堤防及岸坡加固典型斷面圖

3)岸坡加固設計

根據《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)岸坡的防護范圍，在深泓近岸段應延伸至深泓線，并滿足河床沖刷深度的要求；在水流平順、岸坡較緩段，宜護至坡段1∶3-1∶4的緩坡河床處。本工程岸坡加固段屬于深泓近岸段，因此本次加固拋石自枯水岸坡拋至深泓處。拋石體頂部高程按高出枯水位以上1.0m控制，當枯水位與現狀岸坡頂高程相差不多的，按岸坡頂面高程控制。岸坡陡于1∶2.0的拋石體頂寬2.0m，邊坡1∶2.0，下部水平護腳厚1.0m，寬5.0m，具體寬度視流速大小和沖刷程度而定；坡度緩于1∶2.0的陡岸，按原坡拋護，拋石厚0.6-1.0m，拋至緩于1∶3平緩處或河深泓。

4.3 岸坡防護主要計算

1)護腳塊石粒徑復核

根據《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)，在水流作用下，防護工程護坡、護腳塊石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑(折算粒徑)可按下列公式計算：

(1)

(2)

式中：d為折算粒徑，m，按球型折算；W為塊石重量，kN；V為水流流速，取2.6m/s；g為重力加速度，9.8m/s2；C為石塊運動的穩(wěn)定系數，按傾斜底坡C=0.9；γs為塊石的容重，26kN/m3；γ為水的容重，10kN/m3。

本次計算按流速2.6m/s進行復核，護腳塊石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑為0.266m，參照該地區(qū)已建工程經驗，選定塊石粒徑范圍取為0.3-0.6m，滿足護腳塊石抗沖粒徑要求。

5 結 語

文章主要對滸灣堤除險加固工程設計方案進行了簡要闡述，工程加固設計方案主要包括：對堤基堤身采取深層攪拌法結合高壓噴射灌漿法進行防滲處理，堤頂現狀泥結石路面改造為混凝土路面，對現狀破損的生態(tài)網格護坡進行修復，對迎流頂沖段及崩岸段采取拋石護岸。該工程的實施不僅可以提高撫河兩岸的防洪能力，還使得當地生態(tài)環(huán)境得到改善，有利于保護范圍內國民經濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，對地區(qū)的社會經濟發(fā)展將產生積極的影響。工程防洪效益、環(huán)境效益及社會效益顯著。