滯洪區(qū)堤防工程設(shè)計及堤身隱患處理

羅春雷，姚軍，盛從義，王林峰

（1.新蔡縣河塢水電站，河南 新蔡 463500；2.駐馬店市楊莊滯洪區(qū)水務(wù)中心，河南 駐馬店 4630000；3.濮陽弘東建設(shè)工程有限公司，河南 濮陽 457000；4.駐馬店市水土保持檢測中心，河南 駐馬店463000）

1 項目概況

楊莊滯洪區(qū)位于河南省西平縣城西22 km 的小洪河干流上，壩址以上控制流域面積1 026 km2，滯洪區(qū)50年一遇洪水設(shè)計，相應(yīng)水位71.54 m（56黃海高程，下同），滯洪量為2.03億m3，泄洪閘設(shè)計流量為650 m3/s；300 年一遇洪水設(shè)計，相應(yīng)水位72.15 m，洪水校核2.56 億m3，校核流量為1 500 m3/s，工程屬二等。上游石漫灘以上為山區(qū)，流域面積230 km2，石漫灘至楊莊區(qū)間為丘陵區(qū)，區(qū)間面積796 km2，楊莊以下為平原區(qū)，下游約13 km的北岸為老王坡滯洪區(qū)。1959年在楊莊修建水庫，1962年汛前扒壩廢除，1992年11月滯洪區(qū)主體工程開工建設(shè)，1996年4月完成。遷安工程按20年一遇設(shè)計，設(shè)計水位為69.68 m，相應(yīng)滯洪庫容量0.79 億m2，考慮風(fēng)浪高設(shè)計遷安水位確定為70.10 m。楊莊滯洪區(qū)建成投入使用后，2000年共分洪2次，分別為2000 年6 月24-28 日，相應(yīng)滯洪量794 萬m3，淹沒面積9.30 km2，淹沒耕地6.67萬hm2，淹沒村莊1個，洪水淹沒涉及人口1.80萬人；2000年7月13日至15日，洪汝河流域普降大到暴雨，閘前水位在7 月16 日14 時達到最高滯洪水位70.52 m，比20年一遇洪水位69.68 m高0.84 m，相應(yīng)滯洪量為1.24億m3，淹沒面積達64.50 km2，淹沒耕地0.43 萬km2，滯洪水位與區(qū)內(nèi)32座莊臺，臺頂基本平齊，修建避水平頂房村莊的群眾全部上合安全避洪。進水自然村80個，受淹人口52萬余人，估算直接經(jīng)濟損失約1億元。

2 滯洪區(qū)堤防工程設(shè)計

2.1 滯洪區(qū)堤防現(xiàn)狀

楊莊滯洪區(qū)堤防和圍村堤在現(xiàn)狀堤身斷面上加固，堤線基本沿原堤線布置。楊莊滯洪區(qū)大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高17.50 m，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，工程標(biāo)準(zhǔn)為3級，橫跨蘆廟、專探、楊莊、師靈4四個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，北起閆崗，南至S311省道后向西至焦莊，全長12.83 km。壩頂寬6～8 m，大壩上游坡比1∶3，下游坡比1∶2.50，壩頂高程73.50 m，防浪墻頂高程74.55 m，全壩除北崗段0+280～2+500 段外均為1992 年楊莊滯洪區(qū)建設(shè)時修建。大壩主河槽段有1 km 干砌石或混凝土護坡，其余壩段為草皮護坡。壩頂路面為12 km 泥結(jié)碎石路面和1 km 柏油路面。大壩上游面設(shè)有15 m寬的防浪林帶，下游設(shè)5 m寬護堤林帶。楊莊滯洪區(qū)自1992年修建至今，由于缺乏資金維護，存在許多問題：①大壩北崗0+484～2+647段，長2.16 km，為原楊莊水庫大壩，1992年滯洪區(qū)建設(shè)施工中大壩灌漿2次，2000年楊莊滯洪區(qū)滯洪時，該段滲漏嚴(yán)重；②大壩壩頂為泥結(jié)碎石路面，經(jīng)過多年的風(fēng)風(fēng)雨雨，路面坑洼不平，影響防汛；③大壩防浪墻由于壩基不均勻沉陷、傾斜或斷裂，雖及時修復(fù)但效果不佳；④由于大壩防浪林范田內(nèi)長期界限不清，部分防浪林不能種植或種植后屢遣破壞；⑤大堤兩側(cè)上堤行車道，現(xiàn)狀寬3.50～5.00 m，坡度為1∶60～1∶12，路面坑洼不平。

2.2 堤頂高程的確定

滯洪區(qū)堤防等級為3級，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的要求，堤頂高程等于設(shè)計洪水位加堤頂超高，堤頂超高按下式計算：

式中：y—堤頂超高（m）；R—設(shè)計波浪爬高（m）；e—設(shè)計風(fēng)壅水面高度（m）；A—安全加高（m），不允許越浪的上級堤防工程取0.70 m，Ⅳ級堤防工程取0.60 m。

各壩段按設(shè)計、校核標(biāo)準(zhǔn)分別計算出堤頂高程，再按規(guī)范要求預(yù)留沉臺高，并統(tǒng)一協(xié)調(diào)各壩段連接后，確定設(shè)計堤頂高程。楊莊滯洪區(qū)滯洪運用標(biāo)準(zhǔn)為3 年一遇，根據(jù)《淮河流域蓄滯洪區(qū)建設(shè)與管理規(guī)劃》，圍堤大壩工程級別為3 級。楊莊滯洪區(qū)20年一遇滯洪水位為69.68 m，壩頂高程按楊莊滯洪區(qū)20年一遇設(shè)計、100 年一遇校核庫水位加風(fēng)浪爬高、風(fēng)壅水面高度和安全超高確定。按計林帶和不計林帶2 種情況分別進行復(fù)核，

計算結(jié)果：楊莊滯洪區(qū)現(xiàn)狀壩頂高程為73.50 m，防浪墻頂高程73.75～74.55 m，當(dāng)不考慮林帶消浪作用時，則壩頂高程不滿足防洪要求，由于防浪林不易栽種成活，管理不便，在滯洪區(qū)運用管理中數(shù)次栽種，效果不佳，故設(shè)計加高壩頂防浪墻。

大壩樁號2+500～6+300、樁號7+100～7+400段壩頂防浪墻經(jīng)多年運用及壩體沉降等原因出現(xiàn)不同程度的斷裂、傾斜、缺失；樁號8+000～12+945 段壩頂原設(shè)計為0.25 m 的低坎，在設(shè)計中將這三段防浪墻進行拆除重建，重建后的防浪墻頂高程與其他壩段一致，均為74.55 m。

2.3 堤身斷面設(shè)計

楊莊滯洪區(qū)大壩堤身斷面滿足規(guī)范要求，設(shè)計斷面不變，僅對上游迎水面進行護砌。

2.4 堤頂工程及上堤道路設(shè)計

2.4.1 堤頂?shù)缆?/p>

楊莊滯洪區(qū)建設(shè)工程共修建堤頂防汛道路14.83 km，具體情況見表1。

表1 楊莊滯洪區(qū)建設(shè)工程修建堤頂防汛道路表

楊莊滯洪區(qū)大壩壩頂為泥結(jié)碎石路面，路面坑注不平，影響防汛，設(shè)計利用原碎石路面作為路基，壩頂采用C25 混凝土，厚0.20 m 路面，寬6 m，下設(shè)6.50 m 寬水泥碎石墊層，厚0.15 m。路面向下游側(cè)傾斜2.50%。路面下游側(cè)增設(shè)路緣石，路緣石采用厚0.15 m、高0.45 m的現(xiàn)澆C20混凝土，埋深0.55 m，每隔15 m 設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)材料為2 cm 厚低發(fā)閉孔泡沫板，在路緣石與坡面排水溝連接的位置處設(shè)20 cm寬缺口，使排水口與壩坡下游橫向排水溝相連。

2.4.2 上壩道路

楊莊滯洪區(qū)大壩長12.83 km，兩側(cè)修建上壩道路12 條。上壩道路縱向坡度為1∶16～1∶20，兩岸邊坡取1∶2，用0.35 m厚的M7.5漿砌石護砌。上堤道路結(jié)構(gòu)根據(jù)規(guī)范要求和現(xiàn)狀堤頂寬度確定，路面寬5 m，采用厚20 cm 的C25 混凝土路面，基層采用5 m寬15 cm厚的水泥碎石，底基層采用5 m寬15 cm厚的水泥石灰穩(wěn)定土。

2.4.3 防浪墻、排水溝設(shè)計

根據(jù)堤頂高程計算分析，楊莊滯洪區(qū)現(xiàn)狀壩頂高程為73.50 m，防浪墻頂高程73.75～74.55 m，當(dāng)不考慮林帶消浪作用時，則壩頂高程不滿足防洪要求。由于防浪林不易栽種成活，管理不便，在滯洪區(qū)運用管理中數(shù)次栽種效果不佳，在設(shè)計中不考慮林帶消浪作用，設(shè)計加高壩頂防浪墻。

樁號2+500～6+300、樁號7+100～7+400段壩頂防浪墻經(jīng)多年運用及壩體不均勻沉降，壩頂為滯洪區(qū)進出主要公路等原因，出現(xiàn)不同程度的斷裂、傾斜、缺失，樁號8+000～12+945 段壩頂原設(shè)計為0.25 m 的低坎，設(shè)計將這三段防浪墻長9.05 km進行拆除重建，重建后的防浪墻頂高程與其他壩段一致，均為74.55 m。

防浪墻橫斷面按原斷面，防浪墻每隔15 m設(shè)一道沉降縫，縫內(nèi)材料為2 cm厚低發(fā)閉孔泡沫板。防浪墻設(shè)計仍采用原斷面，為“L”型C15混凝土斷面，厚0.25 m，防浪墻頂高程74.55 m，壩頂高程73.50 m。下游壩坡增設(shè)垂直于壩軸線方向設(shè)橫向排水溝，材料選用厚0.10 m的C20混凝土，斷面為0.25 m×0.30 m，間距50 m，排水溝每隔10 m設(shè)一道沉降縫，縫內(nèi)材料為2 cm厚低發(fā)閉孔泡沫板。

2.5 護坡工程設(shè)計

滯洪區(qū)在高水位運行時，水位驟降致使堤防在滯洪時處于風(fēng)浪淘涮和滑坡狀態(tài)之中，需要加固護坡。護坡頂高程確定根據(jù)《楊莊蓄滯洪區(qū)洪水風(fēng)險分析圖》，洪水淹沒水深，滯洪區(qū)內(nèi)最低高程為66.00 m，位于泄洪閘附近，最大水深可達5.54 m，屬中度風(fēng)險區(qū)。50 年一遇洪水淹沒時間特點為：水深0～0.50 m范圍的淹沒時間為12 h：水深0.50～1.00 m范圍的淹沒時間為12-24 h；水深1.00～2.00 m 范圍的淹沒時間為1-3 d，水深2.00～3.00 m范圍的淹沒時間為3-7 d：水深h＞3 m的淹沒時間h＞7 d。

楊莊滯洪區(qū)大壩上游為混凝土護坡，由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，出現(xiàn)斷裂、破碎等現(xiàn)象，設(shè)計對樁號2+650～3+160壩段臨水面混凝土護砌、3+210～3+770 壩段臨水面干砌石拆除重建。重建為混凝土護坡長1.07 km，混凝土護坡厚度12 cm，由于該段護坡位于泄洪閘兩側(cè)，位置重要，護砌頂部高程仍采用護砌壩頂高程73.50 m，底部高程66.93～70.66 m。其余壩段采用雷諾護墊加格賓護腳護砌方案，長度11.33 km，雷諾護墊護坡厚度23 cm，護砌頂部高程72.04 m，比滯洪水位71.54 m 高0.50 m，底部高程66.93～70.66 m，坡比1∶3。以上部位至壩頂區(qū)全壩段背水坡采用草皮護坡，長度12.83 km.。

2.6 堤身隱患處理

楊莊滯洪區(qū)大壩北崗段0+484～2+647 段，長度2.16 km，2000年發(fā)生的“7·13”洪水是楊莊滯洪區(qū)1995年建成以來經(jīng)歷最大一次洪水。2000年7月中旬滯洪區(qū)落閘蓄洪持續(xù)22 d，滯洪最高水位70.52 m，高于滯洪區(qū)內(nèi)莊臺20 年一遇設(shè)計水位70.10 m，該段滲漏嚴(yán)重。由于滲漏以及壩體存在散浸病害，并在堤身土與堤基土結(jié)合部位存在接觸滲漏病害，對該段壩體及壩基進行防滲處理。

滯洪區(qū)大壩堤基主要為中粉質(zhì)壤土，堤基土抗?jié)B能力較好，穩(wěn)定性較好，工程地質(zhì)條件較好，但在堤身土與堤基土結(jié)合部位存在接觸滲漏病害。需要對壩體壩基進行處理，防止壩體在高水位下產(chǎn)生滲透破壞。結(jié)合目前防滲處理工程實例，對壩體采用劈裂灌漿、高壓擺噴灌漿、塑性混凝土防滲墻和水泥土攪拌樁 4種處理方法進行比較見表2。

表2 大壩防滲處理方案比選表

根據(jù)方案比選，最終確定處理方式采用水泥土攪拌樁。

3 結(jié)語

通過對滯洪區(qū)堤防工程設(shè)計及堤身隱患處理分析，提高了滯洪區(qū)的抗災(zāi)能力，使滯洪區(qū)在防洪體系中起著分洪削峰的重要作用，能夠有效地降低河道洪水位，減輕上下游河段防洪壓力，確保滯洪區(qū)內(nèi)人員生命安全，改善區(qū)內(nèi)群眾的生產(chǎn)、生活和安全條件，促進人與自然和譜相處，促進蓄滯洪區(qū)經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)、穩(wěn)定發(fā)展。