新老堤防结合面加固措施探究——以南京长江干堤防洪能力提升工程为例

李 昂 花剑岚 卢发周

（南京市水利规划设计院有限责任公司，江苏 南京 210022）

面对大江大河，堤防建设尤为重要，它为保卫我们的家园发挥了巨大的作用。但是目前多处堤防出现防洪能力亟待提高的局面，相对于堤防重建，堤防加宽是一种更加省时省力且效果良好的方式。笔者在防洪能力提升工程中的新老堤防结合面的研究中有一定经验，参与了一些实际工程的设计，愿与各位行业工作者探讨。

1 研究意义

江河干堤是防洪的重要基础工程设施。如南京长江干堤对南京市防洪安全具有举足轻重的作用，工程在抗御 1998、1999年大水中发挥了巨大的作用。但是2010年长江出现自1999年以来最高的超警戒的9.32m洪水位，江堤出现多处险情，暴露出南京长江干堤防洪能力仍然偏低的问题。

目前，江堤普遍存在堤身断面不足、防渗能力较差、堤线曲折不顺、防汛道路不畅等问题，近70%的地方堤防断面不达标，地方防洪能力与上下游省市相比差距明显。

长江中下游地区是我国人口密集、经济相对发达的重要地区，堤防安全控制显得尤为重要。在南京长江干堤提升工程中，新老堤防结合加固技术既符合南京长江干堤工程实际建设需要，又对后续同类工程实际研究、设计、施工具有重要的指导意义。

2 措施研究的先期借鉴性

堤防加宽在国内虽然有过一些工程经验，但是实例较少，而且缺乏理论分析和系统化的加固措施和计算方法。堤防结合面的处理和高速公路加宽中路基结合面的处理加固有很大程度的相似性，而高速公路加宽中新老路基结合面的处理技术已经比较成熟。所以先期研究中，笔者决定从高速公路加宽入手，查阅国内外公路加宽的文献和实例，进行系统的总结，然后类比出堤防结合面破坏机理、破坏形式，堤防结合面的加固措施，后期再通过数值分析模拟进行验证。但是，公路加宽相对于堤防加宽毕竟是相关性的，而不是直接的。在阅读高速加宽文献寻找借鉴性的同时也要注重本身堤防加宽的特点和两者之间的区别对待。

3 结合面处理难点分析

堤防工程的加宽必然会遇到新老堤防的相互影响问题。由于老堤防结合部存在填筑施工时间的差异，导致地基固结度和堤防压缩程度不同而产生新老堤防的不均匀沉降，使结合部出现裂缝、破损、高差、引起渗漏等现象，影响堤防稳定安全并造成堤防路面水平的降低。而软土地基上新老堤防的拼接还可能引起堤防的失稳和滑坡。所以结合面的处理就是要减缓新老堤防的沉降差异，使两者之间衔接的更加紧密，加强整体性和稳定性。

国内外虽然有不少工程实践，但大多倚重于工程经验，缺少科学的总结和方法，对新老堤防结合部的问题仍需要深入研究，进而提出系统的设计方案和施工工艺。

4 采用的加固措施

研究了新老堤防的难点处理，笔者结合一些实际堤防加宽工程的实例，并参考和借鉴高速公路结合面处理较为成熟的技术，同时考虑到工程实际应用性、经济效益等综合因素，对于长江干堤江宁段确定了如下的加宽方案。

4.1 削坡、开挖台阶

开挖台阶是规范要求，不算是创新点，但是有效的方法之一。开挖台阶能够增加新老堤防的接触面，起到加强稳定性的效果。开挖面坡比暂定为1:2，视高差情况可适当的放缓或收缩。然后在斜面上开挖台阶，一般台阶的数目是越多越好，台阶的宽度不小于 100cm，底部的台阶宽度可适当接着放宽。

考虑到开挖台阶的方式较多，对于南京长江干堤江宁段和栖霞段两处，结合已有的工程经验参考，对于这两段，先暂定为三种方案，后期通过数值模拟计算确定最佳方案。

（1）自下而上开挖 100cm:150cm（高:宽）的台阶。

（2）自老堤防坡脚处自下而上开挖 70～80cm:150cm 的台阶。

（3）底部放宽，开挖三层 100cm:250cm的台阶，三层往上视老堤防情况适当缩小，可以开挖80cm:150cm的台阶直至坡顶，自下而上。

4.2 铺设土工格栅

土工格栅质量小、抗拉强度高、耐久性强，与土颗粒之间的摩擦系数大。在新堤防中铺设土工格栅，可明显减小上覆荷载向堤防内部的扩散和传递，并使堤防内受力均匀，有效改善结构的受力状态，研究表明新堤防中铺设土工格栅可显著减少堤防顶面的不均匀沉降，且土工格栅埋设位置越往上，所起的加筋效果越明显。

土工格栅在加宽扩建工程中已得以广泛运用。但通过我国部分高速公路和堤防、堤坝加宽扩建工程来看，对于土工格栅的铺设方式，包括铺设位置和铺设层数等，影响变化很大。工程中不能随意铺设。

土工格栅的铺设一般自新堤防的边坡处铺设直至老堤防内部，理论上在老堤防内部铺设土工格栅的深度越深，则新老堤防的差异沉降越小。但是根据数值模拟和现场试验的研究情况来看，这也有极限值，再深的话效果也不是特别明显。铺设时注意分层铺设土工格栅，幅与幅之间最好错缝。而土工格栅的强度可根据模拟的最佳强度来确定。

对于南京长江干堤工程中，结合一些理论研究和工程实践的参考，笔者将自新堤防边坡处铺设土工格栅直至老堤防内部4m：

①在台阶上铺设，每层均铺设土工格栅；②隔层铺设，自下而上，1、3、5……层铺设；③隔层铺设，自下而上，2、4、6……层铺设；④因为堤防下部的应力较大，可在底部1层2层（也可增至3层）全部铺设，往上隔层铺设。（下密上疏的布置形式）

4.3 开挖台阶+土工格栅

（1）每层铺设可在 100cm:150cm的台阶上实施。

（2）隔层铺设可在70～80cm:150cm 的台阶上实施。

（3）铺设土工格栅方式④可在开挖台阶方式②③上实施。

上述结合面处理措施是南京干堤江宁段的采用方案。而堤防加宽工程结合面处理本身的处理措施是多种多样的，比如铺设土工布，使用EPS新材料来填筑等。具体措施的施用要视工程情况而定。

5 计算方法的选择

数值模拟是一种行之有效的方法，在新老堤防结合面的研究工作中可以作为先期理论依据。

在堤防加宽工程中，首先我们需要知道新老堤防的沉降差异。

（1）在与不处理结合面情况下的沉降差异。

（2）不同方式处理结合面之后的沉降差异。

（3）不同差异沉降之间的对比。

其次还要结合各堤防段的具体情况有针对性的模拟研究，如南京长江干堤江宁段就有两种加宽情况，分别是引水坡加宽，背水坡加宽。

再次各堤段土质参数也各有不同，有的淤泥层较厚，有的土质较好。

最后还要考虑各种措施的因地制宜，选取合适 的措施对结合面进行加固很重要。

图1 迎水坡培土加固方案

图2 背水坡培土加固方案

总而言之，鉴于工程情况复杂多变，先期的数值计算是一种必要手段，可以得出新老堤防在各种不同情况下大致受力、变形、沉降情况。在后期工作中能够有针对性的修改方案，亦可对许多情况有大致的预判。

江宁段长江干堤新老堤防结合面的措施计算分析，笔者采用的是岩土工程领域大型有限元计算软件 plaxis来进行数值模拟。经过计算分析，得出开挖措施(3)和格栅措施④相结合的方式效果较好，但考虑到经济效益和施工量，并且几种选择之间的结果差异相对于整个堤防均是可接受的，也可以选择开挖措施(2)和格栅措施④相结合的方式。

6 后续研究工作开展

6.1 开展现场试验的施工工艺研究

在有限元计算中，由于土体本构模型的近似性及自身性质的离散，故只能对相关因素进行规律性的分析，尚需借助现场测试等手段予以对比研究。

新老堤防结合面处理的施工工艺需要注意的点很多，江宁段的试验开展的主要内容如下。

（1）合理的施工流程。

（2）格栅与格栅之间的搭接长度的控制。

（3）不同开挖方案之间的对比。

（4）合理的填料碾压工艺等。这些都是后续研究工作中的重点。

6.2 结合其他措施

对新老堤防结合面的处理的主要目的是为了增强新老堤防的连接和整体性，减少沉降差异。为了达到减少沉降差异的目的，单一的结合面处理是不够的，还需要结合其他措施来共同作用。江宁段的堤防加宽工程是在软土地基上施工的，首先要做的就是江堤的软土地基处理，如竖向塑料排水板与砂砾换填联合处理；还可在新堤建造时打入粉喷桩进行加固；此外在新堤填筑时要注意压实度的控制。

7 结 语

新老堤防结合面的衔接处理技术是长江干堤防洪能力提升工程中一项重要的内容，它能够提高堤防整体的稳定性，加强新老堤之间的连接作用，有效的减少新老堤的沉降差异。对于上述处理措施和后续研究有的已通过实际工程检验，有的还需要在具体工程情况之上经过修改和重新设计，但这些都有很重要的参考意义。通过对这一技术的研究，可以有效加强南京段的江堤安全控制，其研究方法和内容也可以在后续的工程中推广应用。

[1] GB50286-98,堤防工程设计规范[S]

[2] GB50201-94,防洪标准[S]

[3] SL260-98,堤防工程施工规范[S]

[4] 吕鹏等.软基上堤坝加宽工程性能有限元分析[C].2006

[5] 张镇.高速公路填挖结会部处治技术研究[D].西安:长安大学,2006

[6] 刘春等.土工格栅在治理软土路基沉降问题中的研究[J].岩土力学, 2003, 24(6):1070- 1073