在建工程對堤防度汛影響分析及工程措施

◎ 劉闖 中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司

1.引言

在建工程所在地區(qū)澇災頻繁發(fā)生，現有排澇設施排澇能力不足，一旦遭受澇災，將給當地人民生命財產安全帶來巨大損失。安徽省蕪湖市無為大堤某在建泵站工程，排澇標準為20年一遇，排澇流量近60m3/s，工程等別為Ⅱ等，投入運行后，將會大大提高排澇片區(qū)抵御洪澇災害的能力，同時改善該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

入汛以來，受多地持續(xù)強降雨影響，長江水位快速上漲。沿江鳳凰頸閘下水位更是高達15.21米，超過1998年歷史最高洪水位。受長江持續(xù)高水位影響，作為無為大堤的外護圩及防洪屏障，惠生聯(lián)圩于7月11日出現潰口，潰口長度約110米?；萆?lián)圩潰口引發(fā)長江洪水倒灌，使在建工程所在堤段直面長江大洪水的考驗。

受新冠疫情影響，工程施工進度相對滯后，未能達到預期目標。雖然穿堤建筑物已完成澆筑并及時復堤，但復堤后短時間內就面臨特大洪水的考驗，仍然存在較大風險：一是新堤在持續(xù)高水位條件下自身的穩(wěn)定狀況；二是新堤與老堤結合處、穿堤建筑物與堤身結合處等作為大堤防滲體系的薄弱面，本身也存有一定的安全風險。此外，堤內泵房基坑開挖較深，與堤前形成較大水頭差，根據現場巡察情況，局部位置出現了翻砂鼓水現象。鑒于存在較大的潛在風險，原有度汛方案已難以滿足現狀水情對大堤防洪安全的要求，為確保大堤萬無一失，保障圩內群眾生命和財產安全，必須采取有效措施進行處理。

表1 各土層物理力學指標表

2.計算分析

2.1 計算模型及邊界參數界定

本次計算模型采用新建工程所在堤段斷面形式，新堤回填段堤頂高程15.2米（1985國家高程基準，下同），頂寬10米，兩側坡比為1：3，堤身采用粘性土填筑。根據現場水位監(jiān)測結果，堤外水位最高時達11.3米，基坑地勢低洼，高程為-2.0米。期間，通過采取工程搶險措施，從原河道中引水入基坑，使得基坑內水位到達6.0米。在這種邊界條件下，復核大堤的安全穩(wěn)定狀況。邊坡抗滑穩(wěn)定計算各土層物理力學指標依據地質勘察報告建議值選取，如表1。

2.2 計算過程及結果分析

2.2.1 抗?jié)B穩(wěn)定分析

通過計算在設計洪水持續(xù)時間內浸潤線的位置、出逸點及出逸比降，分析土體發(fā)生滲流變形或滲透破壞的可能性，為下一步及時采取對應工程措施提供依據。結合地質勘測資料，新堤地基存在連續(xù)的不透水粘土層，故本次計算按不透水地基均質土堤滲流公式計算：

式中，q為單寬滲流量，m3/s·m；K為滲流系數，m/s；H1、H2分別為上、下游水位；h0為下游出逸點高度；m1、m2分別為上、下游坡度。

在此特定工況下，計算結果表明，堤坡出逸比降為0.57，滲流量為0.11m3/d，基本滿足穩(wěn)定要求，但出逸比降已接近允許值，需要采取一定的工程措施進行處理。

2.2.2 抗滑穩(wěn)定分析

本次穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧滑動法進行，采用有效應力法，計算公式參照《堤防工程設計規(guī)范》公式；

式中：W為土條重量，KN；Q、V為水平和垂直地震慣性力，KN；u為作用于土條底面的空隙壓力，KN/m2；a為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，°；b為土條寬度，m；Q、V分別為水平、垂直地震慣性力（V向上為正，向下為負），KN；c’為土條底寬的有效凝聚力，KN/m2；為有效內摩擦角，°；MC為水平地震段慣性力對圓心的力矩，KN·m。

計算結果表明，在這一非常運行條件下，土堤邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數值為1.26，滿足穩(wěn)定設計要求。

3.工程措施

在本次防汛搶險過程中，建立了較為完善的組織管理制度和應急響應機制，包括人員日常值班巡堤、技術人員實時觀測、專家應急小組方案制定、搶險隊伍落實見地等，從發(fā)現問題到解決問題一整套完備的工作流程。本文重點總結了為解決本工程遇到的實際問題，所采取的一系列緊急工程措施。后續(xù)實踐證明，措施及時，效果良好。

3.1 基坑應急處理

在發(fā)現基坑出現冒水情況后，第一時間組織工作人員進行搶險工作。經專家分析論證，為保證大堤安全穩(wěn)定，堤內外水頭差不宜超過5米。在堤外水位不斷上升的情況下，可以采取從河道抽水的方式，迅速抬高基坑內的水位，從而降低堤內外水頭差，有效的減小滲透壓力。由于基坑所在位置地勢低洼，需對基坑四周進行培土加高才能滿足坑內水位要求。通過連夜施工，在最短時間內修筑起一道高約1.5米、頂寬約6米的子埂。其中，利用現場開挖出的淤泥，沿子埂內側鋪設約0.6米厚的淤泥層，并在上面覆蓋土工膜，整體作為一道隔水層，減少基坑內水體外滲，維持基坑內水位平穩(wěn)。采用多組水泵抽水方式，將泵房右側河道內的河水注入基坑內，水位抬升至預定高程后，僅保留一臺水泵作為備用，通過對基坑內的水位定時觀測，發(fā)現基坑內水位因外滲而出現下降時，及時啟用備用水泵及時補水。同時，采用架設浮橋、乘坐小船等方式，將中粗砂、碎石等反濾料精準投放在鼓水點。通過采取以上措施，基坑內鼓水點由原來的二十多個逐漸降低至個位數，并且冒水程度也得到了大幅緩解。

3.2 外圍堰修筑

為確保大堤萬無一失，在新回填堤段外搶筑一道圍堰。新修應急圍堰長300多米，設計頂寬6米，可保證各施工機械協(xié)同作業(yè)，水下填筑作業(yè)采用兩端進占法進行施工。圍堰主體采用塊石、碎石混合料填筑，外江側坡面采用防滲材料進行處理，增大其抗?jié)B性。外圍堰修筑完成后，結合水泵抽排措施，將圍內水抽排至外江，從而降低新堤外側水位。通過對新堤采取這種“外降內抬”的措施，大大的削減了大堤兩側的水頭差，這對維護堤防的安全穩(wěn)定起到了至關重要的作用。

4.結語

本文結合防汛搶險工程實例，分析計算了在建工程所在堤段在特定洪水條件下的安全穩(wěn)定狀況，為后續(xù)進行科學決策、做好防汛工作提供了必要的參考。通過科學的人員組織，采取“外降內抬”等工程措施，多措并舉，有力的保證了大堤的安全穩(wěn)定運行。