安慶市大觀區(qū)廣成圩雙福潭段防洪工程堤防設計

高 鯤

（海南省水利水電勘測設計研究院有限公司,海南 ?？?570100）

廣成圩位于長江中下游北岸,皖河出口段右岸,與安慶市隔皖河相望,為同馬大堤長江與皖河交匯段的外護圩,屬于閉合型圩口,三面環(huán)水圩內保護面積28.7 km2,耕地3.2萬畝,圩內有5個行政村,戶籍人口2.97萬人,現有常住人口1.820萬人。

1 廣成圩堤防存在的主要問題

（1）堤防不達標,堤身高而單薄,堤頂高程不足。

廣成圩雙福潭段自2008年進行堤防除險加固后,多年來未有較大變動,由于當時資金限制及后期地質沉降,現狀部分堤段堤頂高程、堤頂寬度或迎水坡坡比不足,堤防防洪標準不達標。

（2）汛期堤外水面寬闊,堤防迎水坡大部分無護坡,受風浪沖刷嚴重。

廣成圩雙福潭直接抵御長江或皖河洪水,汛期水面寬闊,現狀部分堤段迎水坡無護坡；部分堤段僅為汛期應急布設的拋石護坡,防沖效果較差。近年來,極端天氣時常發(fā)生,項目區(qū)上游流域內時發(fā)集中暴雨,形成較大洪水,水位上漲,吹程加長,在水流侵襲、沖刷和彎道環(huán)流的作用下,堤防迎水坡受風浪沖擊加強,存在安全隱患。

（3）堤頂防汛道路路面為土路、簡易碎石路,路面凹凸不平,路況較差。

現狀堤防部分堤段堤防堤頂為簡易碎石路,路面凹凸不平,自然形成的上、下坡道雜亂無序。汛期連續(xù)雨水季節(jié),堤頂坑洼積水嚴重,路況極差,汛期車輛、人員來往又過于頻繁,防汛搶險和物資運輸車輛無法順利通行,將影響防汛搶險進程,造成生命、財產的重大損失。

（4）堤身填筑質量較差,堤防存在多處險情。

廣成圩建成較早,受技術和資金的限制,雙福潭段皖河段堤防填筑質量較差,2020 年汛期該段堤防產生不同程度的散浸和管涌險情,直接危及廣成圩度汛安全,危害圩內群眾生命財產安全。

2 設計水位及超高

（1）設計水位

廣成圩防洪標準按照1998 年實測水位設防,安慶市大觀區(qū)廣成圩為3 級堤防,防洪設計水位采用1998年最高洪水位,該年安慶站實測最高水位為18.50 m,推算至廣成圩雙福潭段,設計水位為18.61 m～18.60 m～18.66 m。

（2）堤頂超高

根據《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013）和《城市防洪工程設計規(guī)范》（GB/T 50805-2012）,確定堤頂高程應采用設計洪水位加堤頂超高。

計算公式：Y=R+e+A

式中：Y為堤頂超高,m；R為設計波浪爬高,m；e為設計風壅增水高度,m；A為安全加高,m（廣成圩為3級堤防,按不允許越浪考慮,安全加高值0.7 m）。

堤頂超高各項分別計算如下：

1）風雍水面高度

式中：K為綜合摩阻系數（系數K=3.6×10-6）；V為設計風速（取安慶市歷年汛期最大風速22.1 m的1.5倍）；F為距離（項目區(qū)逆風向量到對岸取0.4 km）；d為平均水深（項目區(qū)平均水深取6 m）；β為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角。

2）波浪爬高R計算

根據各段實際情況,分別采用生態(tài)混凝土斜坡式護岸。斜坡式護岸迎水坡斜坡1∶2.0～1∶3.0,即m=2.0或3.0,斜坡m=2.0或3.0時,波浪爬高按下式計算：

式中：R為波浪爬高（累積頻率為P）；H為平均波高（堤前波浪）,m；L為波長（堤前波浪,單位：m）；KΔ為糙率及滲透性系數（混凝土砌塊斜坡）；KV為經驗系數；Kp為爬高累積頻率換算系數。

根據以上計算結果,堤頂超高計算值列于表1。

表1 堤頂超高計算成果

堤頂超高計算結果為0.98 m,且廣成圩已治理段（大、小龍?zhí)抖危┚捎? m超高,則綜合確定廣成圩河口段、雙福潭段堤頂超高為1.00 m,即堤防按防洪設計水位+1.00 m安全超高確定堤頂高程,建筑物按設計水位+1.50 m安全超高確定。

（3）堤防設計高程

本次廣成圩河口段、雙福潭段設計洪水位為18.60 m～18.68 m,設計堤頂高程為19.60 m～19.68 m,其中河口段堤防設計水位為18.68 m～18.61 m,設計堤頂高程為19.68 m～19.61 m；雙福潭段堤防設計水位為18.61 m～18.60 m～18.66 m,設計堤頂高程為19.60 m～19.61 m。具體見表2。

表2 廣成圩雙福潭段設計洪水位及堤頂設計高程

3 堤身加培

廣成圩雙福潭段堤防設計堤頂高程為：設計洪水位+1.00 m安全超高=19.61 m～19.60 m～19.66 m,設計堤頂寬度為6 m,考慮到堤頂防汛道路路面厚度,則需對堤頂高程低于設計高程超過0.4 m、堤頂寬度低于6 m以及堤防坡比不足1∶3的堤段進行堤防加培。對于與堤頂設計高程相差不足0.40 m堤段,利用堤頂新建路面及路肩加高培厚堤身,對于迎水坡坡比稍陡于1∶3的堤段,均采用新建護坡來整理坡面達到設計標準。

4 堤防防滲加固方案

安慶市大觀區(qū)廣成圩雙福潭段樁號K14+200～K15+200段為皖河段,該段堤防筑堤土料為粉質黏土及粉細砂,雖然廣成圩經過多次除險加固設計,但由于受資金限制,部分堤段實施堤身斷面未達標,2020年汛期,該段堤防堤后出現滲漏、散浸等險情,為確保廣成圩能夠抵御皖河洪水,保障廣成圩內人民群眾安全,需對該段堤防進行防滲處理。

針對堤防（K14+200～K15+200）填筑質量差,滲漏嚴重的情況,根據目前的施工技術水平,目前防滲處理措施主要包括：粘土劈裂灌漿、多頭小直徑深層攪拌樁防滲墻、沖抓套井粘土井柱防滲墻。

（1）方案一：粘土劈裂灌漿防滲墻

粘土劈裂灌漿采用高壓注漿工藝,灌注合適的泥漿以改善土層性質。劈裂灌漿可打破壩體原有的應力不平衡,形成新的應力平衡。同時,泥漿在垂直方向形成防滲帷幕,提高了壩體的穩(wěn)定和防滲能力。

方案布置：平行堤防堤頂軸線方向布置劈裂灌漿防滲墻,灌漿孔深入堤基1.0 m,形成一道懸掛防滲墻,防滲墻頂部高程為18.63 m～18.66 m,底部深入堤基1 m。

（2）方案二：多頭小直徑截滲墻

多頭（一般多為三鉆頭）小直徑防滲墻技術,是在單頭和雙頭小直徑深層攪拌技術上發(fā)展起來的,運用特制的多頭小直徑深層攪拌樁機強制拌和水泥和軟土后形成的水泥土樁,滲透系數小,樁體搭接成墻后,可形成連續(xù)截滲墻體。

多頭小直徑攪拌樁成墻不受地下水位影響,施工簡單,工序少,且成墻成本低,效果好,在長江淮河中下游堤防應用廣泛。

方案布置：平行堤頂軸線,在迎水側距迎水坡坡頂2 m位置布置防滲墻,為懸掛式防滲墻,墻深約11 m,防滲墻頂部高程為18.63 m～18.66 m,底部進入堤基深度1 m。初步選用樁徑為450 mm,葉輪直徑407 mm,搭接處成墻厚度不小于250 mm,樁間搭接120 mm,可滿足防滲墻厚度的要求。防滲墻成墻平均高度11 m。

（3）方案三：沖抓套井粘土截滲墻

采用沖抓套井粘土井柱成墻利用沖抓錐成孔后回填粘土,井柱連續(xù)形成一道粘土心墻,心墻滲透系數小,可起到截滲的作用,在成墻的過程中,夯實心墻會擠壓周圍的土體,破壞存在的空隙裂縫,利于堤壩的穩(wěn)定。

方案布置：防滲墻順水流方向布置在堤頂臨水側,采用單排井柱成墻,成墻高度同堤頂高程為18.63 m～18.66 m,底部進入堤基1.0 m。

粘土允許滲透坡降[i]=7.5,經計算井柱防滲墻的厚度取0.8 m。井柱直徑取1.1 m,確定孔距為0.8 m。

本次選取三種截滲方案,對上述方案進行比選。

三種方案均可滿足設計需要,根據方案布置,各方案工程量和投資見表3。

表3 堤防防滲加固方案投資比較表

方案一：優(yōu)點是工程造價低,施工場地要求較低,施工方便,不受河道水位的影響。缺點是施工質量控制難度大,只能在短期內發(fā)揮效應,隨著時間的推移,又會產生滲水現象。故不能作為長期防滲措施。

方案二：優(yōu)點是工程造價低,施工場地等要求和方案基本一致,但是相對方案一,成墻質量好控制,成墻效果好,可長期發(fā)揮作用。

方案三：優(yōu)點是工程采用粘土回填,成墻效果好,且工程質量好控制,缺點是土料要求較高,施工進度慢,合適土源取土場距離較遠,運輸成本高。

三種方案在技術上均可行,但是考慮到方案一質量難以控制且不能保證長期效果,方案三土料質量要求高,項目區(qū)附近無合適土源,遠距離運送造價高。

防滲加固設計選擇采用多頭小直徑截滲墻方案。

5 結語

安慶市大觀區(qū)廣成圩雙福潭段防洪工程堤防設計根據相關的規(guī)劃、標準,對堤身加培,提高了堤防的防洪標準,解決了滲漏的安全隱患,結合工程所處的環(huán)境,采用了相關的防護措施,既滿足了防洪的需要,同時兼顧了景觀生態(tài)的要求。