衢江航运工程堤岸防护技术研究

2011-04-01戴勇

东北水利水电 2011年6期

关键词：防洪堤堤身砂砾

戴勇

(天津天科工程监理咨询事务所，天津 132101)

衢江航运工程堤岸防护技术研究

戴勇

(天津天科工程监理咨询事务所，天津 132101)

文章在分析枢纽地质条件的基础上，结合衢江航运工程堤岸防护进行技术研究，提出对衢江航运工程堤岸防护后期设计的几点建议。

航运工程；堤岸防护；技术

1 概述

衢江航道是钱塘江航道的重要组成成分，起于衢州，终于金华，全长80 km。其中衢州境内57 km，金华境内23 km，2006年列入《国家内河航道及港口规划》，为国家内河高等级航道。衢江航道建成后年货物运输能力可达近2 000万t，于浙赣铁路运量相当。衢江航运开发工程金华境内（洋埠至兰溪马安徐人渡）长23 km，经梯级开发后，按内河四级航道、通航500 t级船舶的标准设计。将要兴建游埠、姚家枢纽工程2座，规划航道水深2.5 m，航道底宽50 m，最小转弯半径330 m。考虑到航运远期发展的需要，游埠、姚家枢纽工程闸门槛水深由3.5 m调整为4 m，以满足1 000 t级船舶通航。工程建成后，坝址上游形成人工湖，不仅可发电，改善水环境，还有利于美化景观，开发旅游。总投资约为20亿元人民币，建设地址位于金华市，计划于2012年建成。其中游埠枢纽左岸位于兰溪市游埠镇腾家圩村，右岸位于婺城区洋埠镇让宅村。姚家枢纽左岸位于兰溪市游埠镇下叶村，右岸位于兰溪市上华街道许家村。《衢江航运工程堤岸防护专题》是对衢江航运工程堤岸防护的前期设计的专题研究。

2 枢纽设计及地质条件

2.1 游埠枢纽设计及地质条件

游埠枢纽上游两岸堤防均由砂砾石等材料经人工筑堤而成，堤身高一般4～5 m，堤顶宽约4 m，早年修筑的堤身标准较低，堤身稳定性相对较差，近年来部分堤防进行了加固处理，库岸基本稳定。枢纽正常蓄水位34 m，两岸由堤防组成，堤防土层结构：

1）堤顶高程约39.7～41 m，堤身一般为砂砾卵石、粉质粘土层组成，厚约2～5 m。

2）堤基上部为粉质粘土，层厚1～5 m，分布高程为35～37 m。下部为砂砾卵石层，层厚3～6 m，分布高程30～33 m，低于正常蓄水位。

3）岩面高程一般在27.4～28 m，基岩为相对隔水层。坝址两岸的砂砾地基存在绕坝渗漏问题，须进行绕坝渗漏防渗处理。

工程正常蓄水位为34.0 m，高程34 m以上堤身砂砾卵石层对该工程无影响，上部堤基土以粉质粘土为主，渗透系数值较小，一般为10-4～10-6cm/s，为弱透水层。下部为砂砾卵石层，分布高程位于库水位内，渗透系数一般为10-3～10-4cm/s，为中等透水层，对于库区而言，存在渗漏影响。

游埠两岸河床漫滩保留较少。河道采砂较剧，并向堤脚靠拢，对堤身稳定造成威胁。右岸邵家至上宅段堤身较单薄，部分堤段与村道结合。如蔡家、叶家、邵家、洋埠及坝址下游的上宅村等，均有类似现象。对以上不利堤段，建议进行防渗加固处理。

库内左岸洋港以上段以山坡为主，库岸稳定。

库内马家～下童的江心洲周边设的堤防，局部单薄地段需进行加固处理。

堤基土以粉质粘土为主，渗透系数值较小，一般为10-4cm/s，为中等透水性。下部砂砾卵石层分布高程位于库水位内，渗透系数一般为10-3～10-4cm/s，为中等透水性，对于库区而言，存在渗漏影响。距水库左岸1.5 km和右岸0.2 km处存在老河道，河底高程小于34 m，可能存在向库外的渗漏条件，但渗径较长，不会造成水库严重渗漏，必要时进行防渗处理。

2.2 姚家枢纽设计及地质条件

姚家枢纽上游两岸均由砂砾石等材料经人工筑堤而成，堤身高一般4～5 m，堤顶宽约4 m，堤外坡脚大都有宽约30 m滩地，对堤身保护有利。两岸堤防多为砂砾卵石堆积而成，早年修筑的堤身标准较低，堤身稳定性相对较差，近年来部分堤防进行了加固处理，库岸基本稳定。两岸堤防土层结构：

1）堤顶高程约36 m，堤身一般为砂砾卵石、粉质粘土层，层厚约4～5 m，高程分布36～31 m。

2）堤基为粉质粘土，层厚5.5～8 m，分布高程为30～25 m。下部为砂砾卵石层，层厚2～6 m，分布高程30～23 m。

3）底部基岩为白垩系泥质粉砂岩组成，岩面高程约21.3～21.5 m，为相对不透水层。

正常蓄水位为28.50 m，高程28.50 m以上堤身砂砾卵石层对本工程无影响，上部堤基土以粉质粘土为主，渗透系数值较小，一般为10-4～10-6cm/s，为弱～微透水层。下部为砂砾卵石层，分布高程位于库水位以下，渗透系数一般为10-3～10-4cm/s，为中等透水性，对于库区而言，存在渗漏影响，但水库两岸地势平坦，地域开阔，周边无低洼地形存在，因此，库内不会产生大规模的渗漏。对坝址而言，坝址两岸的砂砾地基存在绕坝渗漏问题，须进行绕坝渗漏的防渗处理。

3 库区（岸基）防护工程设计布置

3.1 游埠枢纽库区（岸基）防护工程设计布置

库岸加固范围包括：库区深槽段防洪堤迎水坡未硬化部分和堤防结构不满足稳定要求部分，加固总长度约12.70 km。坝址上游两岸共约2.6 km防洪堤基础须进行防渗加固。

根据库区两岸地质情况，由于两侧防洪堤修建时均就近取材填筑而成，主要为人工填筑，压实度不满足现行规范要求，近年来河道采砂较剧，并向堤脚靠拢，对堤身稳定产生不利影响。为防止洪水对防洪堤边坡产生冲刷，同时减少船只行驶过程中形成的船行波对库岸造成的不利影响，确保航道安全的运行，河道深槽段原防洪堤迎水侧坡面须进行硬化处理。坡面硬化采用C20混凝土护坡，厚25 cm，坡比为1∶2。护坡以下铺设碎石垫层，厚20 cm。护坡顶高程为35.0 m，底高程根据主航道的疏浚要求为30.5 m，当原防洪堤一级平台高程不足35.0 m时，采用土石混合料回填至35.0 m，并碾压密实，其上设置3.0 m宽混凝土压顶。防洪堤堤脚设1.0 m×1.5 m（宽×高）的C15混凝土大方脚。为防止由于土堤不均匀沉降引起裂缝，混凝土护坡需设钢筋网一层，护坡分缝内须设652橡胶止水。

坝址左岸滕家屿村地势较低，堤内均为农田，现状高程33.5～35.0 m，中间有中央溪通过，中央溪原河道进口距左坝头约1.5 km，现状采用复式土堤封堵。坝址右岸游埠镇南面有莘畈溪通过，河道两侧为农田，地势均较低，现状高程33.2～35.5 m，莘畈溪原河道进口距右坝头约0.5 km，现有堤防封堵。中央溪与莘畈溪均为西南～东北走向，最终汇入下游姚家水利枢纽库区。根据地质勘察成果，由于库区两岸地基下部砂砾卵石层分布高程位于库水位以上，渗透系数一般为10-3～10-4cm/s，为中等透水性，存在渗流问题。混凝土分析，堤内局部区域采用垫高复垦方案处理，但由于中央溪、莘畈溪河道两侧范围广，涉及面积大，且地下水通过河道均排向下游梯级库区，不会对土地产生较大浸没影响，仅需对枢纽坝址两岸及原河道封堵段防洪堤基础进行防渗处理，增长渗径，保护堤内基本农田，同时防止库水绕坝渗流。

根据河道现状堤防分布情况，左、右岸防洪堤基础，分别设置长1.65 km，0.95 km的C15混凝土防渗薄墙一道，墙厚30 cm，总长约2.6 km。防渗墙顶部设1.0 m×1.0 m的C20混凝土头墙与C20混凝土护坡连接，头墙顶高程为30.5 m，根据坝址区岩面线分布情况，基岩面平均高程为27.0 m，混凝土防渗薄墙底部需深入基岩面50 cm以上，因此混凝土防渗薄墙平均高度为4.0 m。

3.2 姚家枢纽库区（岸基）防护工程设计布置

库区（岸基）加固范围包括：库区深槽段防洪堤迎水坡未硬化部分、堤防结构不满足稳定要求部分，加固总长约10.20 km；坝址两岸上游防洪堤基础需进行防渗加固，防渗加固段长度约650 m。

坡面硬化采用C20混凝土护坡，厚25 cm，坡比为1∶2。护坡以下铺设碎石垫层，厚20 cm。护坡顶高程为29.5 m，底高程根据主航道的疏浚要求为25.0 m，当原防洪堤一级平台高程不足29.5 m时，采用土石混合料回填至29.5 m，并碾压密实，其上设置3.0 m宽混凝土压顶。防洪堤堤脚设1.0 m×1.5 m（宽×高）的C15混凝土大方脚。为防止由于土堤不均匀沉降引起裂缝，护坡需设钢筋网一层，分缝内设652橡胶止水。

由于伍家屿、下叶村段堤身与村道结合，堤脚坡度约40°，无法满足堤防自身稳定，该段堤防在迎水坡回填砂砾石，设计边坡为1∶2，坡面设置C20混凝土护坡，厚25 cm。护坡以下铺设碎石垫层，厚20 cm。护坡顶高程为29.5 m，底高程为25.0 m，脚设1.0 m×1.5 m（宽×高）的C15混凝土大方脚。

坝址现状左岸地势较低，堤内均为农田，平均高程约29.8 m，局部高程29.5 m，根据地质分析，两岸岸砂砾石地基均存在绕坝渗流问题，为增长渗径，保护左岸堤内基本农田，坝址两岸防洪堤沿堤脚新建C15混凝土防渗薄墙（厚30 cm）一道，根据河道现状堤防分布情况，左、右岸防洪堤防渗墙长分别为350 m、300 m。防渗墙顶部设1.0 m×1.0 m的C20混凝土头墙，头墙顶高程为25.0 m，根据坝址区岩面线分布情况，基岩面平均高程为20.0 m，防渗墙底部需深入基岩面50 cm以上，因此防渗墙平均高度为5.5 m

4 库区（岸基）防护工程技术分析

4.1 堤防堤基渗透状态

游埠枢纽正常蓄水位为34 m高程，库区（岸基）防护顶高程设计为35 m，两岸堤内均为农田，平均高程为35.0～37.0 m。姚家枢纽正常蓄水位为28.5 m高程、库区（岸基）防护顶高程设计为29.5 m，两岸堤内均为农田，左岸地势相对较低，平均高程约29.2 m。右岸地势较高，平均高程约31.5～32.0 m。

4.2 反向渗透可能造成的破坏情况分析

如果遇到连续降雨的情况，堤外农田地表形成积水，形成反向水头差，由于堤外地面高程为35～37 m，反向水头差最大可以达到0.3 kg/cm2。如果在反向水头长期、循环作用下，可能对堤基防护结构形成反向压力，反向压力最大可以达到3 000 kg/m2。而堤基防护防渗护坡自重只有750 kg/m2，在反向压力作用下会造成堤基护坡变形，从而反向渗流通道可以进一步扩大。当然，在反向渗透压力作用下不会导致堤基防护结构破坏，但形成的渗流通道是可逆的，反向渗流通道在遇洪水状态下就会成为堤防渗流通道，在洪水水位大幅度抬高形成的水压力作用及冲刷作用下，堤基防护结构产生破坏具有可能性。

5 技术建议

5.1 关于绕坝渗流调整建议

游埠及姚家枢纽防绕坝渗流设计方案，虽然在枢纽轴线上游布置了防渗薄墙，但对强风化和中等风化的基岩未做防渗处理，建议增加枢纽上游一定范围内对基岩的防渗处理设计。

5.2 “工可”阶段工作量的平衡

根据《堤岸防护专题》文件本中库区（堤基）防护设计布置，可以判断“库区C20混凝土护”坡工程量以及与其相关的各项工程的工程量与实际有差距，姚家枢纽堤防防护底高程是25 m，而疏浚底高程为26 m。另一方面，疏浚工程只布置在航道内，其底宽度为50 m，除航道紧靠近堤脚的情况外，对航道疏浚不会影响堤脚的稳定。“工可”文本中的“库区C20混凝土护”大于实际的工程量，在“工可”审查阶段可能会被扣除，从而可能会造成总体投资不足。

建议根据实际情况进一步核定“库区C20混凝土护”及其相关工程的设计工程量，同时适当增加堤基防渗工程量，复垦土地顶面高程也应该适当提高。