圩堤工程加固设计方案分析

赵 霞

（南昌县象湖联圩管理站，江西 南昌 330200）

圩堤是在沿江、滨海以及滨湖区的低洼地带修筑的抵御外水入侵、保护耕地堤防建筑。自1998年长江大洪水后，国家加大了鄱阳湖地区防洪建设力度。目前，湖区圩堤防洪能力已得到了较大提高，取得了良好的经济效益和社会效益。但是，部分圩堤依然存在堤段堤身土方严重流失，堤顶路面破坏严重，汛期堤顶防汛通道难以正常通车等问题，给防洪抢险带来了一定的困难。为加强长江防洪体系的建设，稳定鄱阳湖防洪大局，增强湖区抗御洪涝灾害的能力，促进圩区内经济发展，根据水利部相关文件要求，提高鄱阳湖区及整个长江中下游的总体防洪能力，满足湖区人民工作、生产、生活和经济发展的需要，实施圩堤除险加固已刻不容缓。

1 工程概况

1.1 长乐圩区概况

南昌县长乐联圩是江西省鄱阳湖区重点圩堤之一，圩堤可保护面积274.71 km2、耕地1.71 hm2、人口22.6万人、区内企业205个及昌万公路、乐温高速等重要设施。区内地势较平坦、土地肥沃、水土资源丰富，盛产粮食及农副产品，为重要商品粮基地，圩区2017年工农业生产总值13.4亿元。

1.2 堤防工程现状

长乐联圩为土堤，总长97.1 km，起始于土坊街，其中桩号30+600-45+000为临湖堤，其余堤段为临河堤。圩堤原设计断面为堤顶宽8 m，临水坡坡比1∶3；临湖堤背水坡在设计堤顶以下3 m处设一宽2.0 m的马道，马道以下坡比为1∶3.5，马道以上边坡比为1∶3.0；临河堤背水坡在设计堤顶以下3 m处设一变坡点，变坡点以上边坡坡比为1∶3，以下边坡坡比为1∶3.5；堤顶超高临河堤为1.5 m，临湖堤为2.0 m。

2 存在问题及必要性分析

2.1 堤防存在的主要问题

由于施工条件及资金限制，圩堤加固未到位，经过十余年的运行，险情偶有发生，主要表现在：

（1）根据当时的施工条件，圩堤土方填筑主要是依靠群众挑抬填堤，虽然要求采用拖拉机或推土机碾压，但由于缺乏碾压设备，存在填土压实度不够的现象，经多年运行，堤身产生沉降。

（2）部分堤段未采用硬护坡或竣工后没有及时进行草皮护坡，风浪、雨水对砂质堤坡冲刷严重，造成土方流失。

（3）缺少相应的堤防工程设计、施工规范，圩堤加高时没有预留超高。

（4）尚有部分房屋未拆迁，影响圩堤的加高加宽。

（5）限于历史条件，建设管理体制不够完善，没有全面实行招投标制，工程监理制和合同制，不能做到分段验收、分段达标。

（6）堤身渗漏。长乐联圩堤身土取自堤内外表土，主要由粘土、壤土组成，堤身质量总体较好，但一些堤段主要由砂壤土、粉细砂组成，汛期易发生渗漏或渗漏隐患。

2.2 工程建设的必要性

联圩保护区地势低洼，鄱阳湖高水位持续时间长，受鄱阳湖洪水和抚河洪水的影响，洪涝灾害多发，严重制约当地的经济发展，威胁人民生命财产。堤顶路面破坏严重，每年汛期堤顶防汛通道难以正常通行。因此为加强长江防洪体系的建设，增强湖区抗御洪涝灾害的能力，须对长乐联圩进行培宽加固改造，以提高鄱阳湖区及整个长江中下游的总体防洪能力。

3 加固工程任务及设计标准

3.1 工程任务

针对长乐联圩部分堤身断面达不到设计要求，已达到设计要求的堤身断面堤容堤貌差，堤身存在渗漏险情，现有护坡护岸工程不能满足防风浪水流冲刷的要求，按照拟定的防洪标准，确定工程建设的主要任务为：①达不到设计要求的防汛通道堤身断面，进行培宽处理，已达到设计要求的堤身断面进行堤容堤貌整理；②新建防洪通道，对防洪通道进行抗风浪水流冲刷护坡；③对堤身培宽涉及到的建筑物进行加长加固；④完善必要的工程管理措施。

3.2 工程设计标准

长乐联圩地处抚河及清丰山溪尾闾地区，其设计防洪标准为：河洪防御抚河及清丰山溪20年一遇洪水位，湖洪防御相应湖口20.59 m洪水位。工程设计按4级堤防设计，穿堤建筑物的级别按《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）、《泵站设计规范》（GB/T 50265-2010）和《水闸设计规范》（SL 265-2016）确定，但不应低于4级，本次加固的建筑物均按4级建筑物设计。

4 工程总体布置设计

4.1 堤线布置

长乐联圩是由老长乐圩、北防洪堤联并而成，其后又联并抚河左岸南河圩等堤及下游围垦的长腰湖圩等共计35座，形成现在的长乐圩。圩堤经过历年的加高加固，形成较为完整的防洪体系，因此防汛通道堤线布置方案基本维持现状不变。防汛通道堤线基本维持现状，根据其存在问题，分别进行培宽处理。

4.2 防汛道路培宽

根据长乐联圩现状情况，按照《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），加固堤线维持现有堤线不变，对达不到设计要求的断面，按设计断面进行培厚。堤线不顺直的地方采取加宽拉直的方式保证堤线顺直。在保持堤线顺直的情况下，合理选择培厚方式。基本达标的断面，存在坡面不整、水土流失、植被覆盖较厚等问题，致使堤容堤貌外观形象差。设计进行堤容堤貌修整处理，主要内容包括：①清除较厚的植被覆盖；②对雨淋沟进行回填处理；③不平整的坡面进行整坡回填等。

4.2.1 堤身渗流及渗透稳定分析

根据现状调查，堤身填筑过程中存在渗漏隐患，汛期高水位曾出现渗流险情，为防止产生渗透破坏，结合堤身填筑土质情况，对堤身出现渗漏险情的堤段进行防渗处理，对可能出现渗漏破坏的堤段进行加固处理。

4.2.2 堤身抗滑稳定分析

计算断面：根据地形地质条件及堤身断面情况，选取堤身高度大、地质条件差（堤基有淤泥质软弱土层或细砂等）典型断面进行分析计算。

计算工况：本次设计主要是复核背水侧边坡稳定，现状堤防断面培宽，外河水位降落缓慢，仅计算外河为设计洪水位时的稳定渗流期的内坡抗滑稳定，不考虑外河水位骤降的工况。

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），堤身抗滑稳定计算采用瑞典圆弧滑动法，见式（1）。

式中：b为土条的宽度，m；W为土条重量，kN；Q、V为水平和垂直地震惯性力，V向上为负，向下为正；u为作用于土条底面的孔隙压力，kN/m2；α为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，°；μ为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙水压力，kPa；c'、φ'为土条底面的有效凝聚力和有效内摩擦角；Mc为水平地震惯性力对圆心的力矩，kN·m；R为圆弧半径，m。

采用理正岩土计算软件进行堤身抗滑稳定计算，计算成果见表1。由表1可知，其抗滑稳定安全系数均大于规范规定允许安全系数。

表1 堤身抗滑稳定计算成果表

4.3 护坡工程

4.3.1 护坡型式选择

根据鄱阳湖区护坡工程建设经验，考虑护坡造价经济、便于施工和整体美观的要求，对新增的硬护坡采用预制砼块护坡。护坡下设砼齿槽，上设砼压顶。砼护坡、齿槽及压顶砼的强度等级均为C20，护坡垫层采用10 cm厚碎石垫层，下层采用5 cm砂垫层。

4.3.2 护坡厚度设计及选用

砼预制块平面尺寸为边长30 cm的正六边形。护坡厚度按砼块在波浪压力和浮力作用下，满足整体稳定要求确定，按照式（2）计算。

式中：t为砼护坡厚度，m；K为安全系数，本圩为4级堤防，取K=1.15；2h为设计波高，m；rc为砼的容重，取 2.4 t/m3；rw为水的容重，取 1.0 t/m3。

根据计算结果，设计临湖堤预制块砼护坡厚度采用10 cm，临河堤砼预制块厚度采用10 cm。

4.4 建筑物加固

长乐联圩现有穿堤建筑物98座，其中自排闸40座，电排站42座，电灌站15座，交通闸1座，穿堤涵管结构形式为方涵、圆涵，采用钢筋砼工艺施工而成。由于前期对现有建筑物进行了拆除重建或除险加固，故本次仅对因防汛道路拓宽穿堤建筑物堤内侧进行驳长处理。经统计，共有9座穿堤箱涵进行驳长，设计尺寸与现状箱涵相同。

4.5 工程安全监测

长乐联圩工程设置堤身沉降、水位、渗流观测（包括堤身浸润线及，堤基渗透压力）、附属建筑物的水平和垂直位移以及表面观测，针对新建防汛通道堤身沉降、水位、渗流观测（包括堤身浸润线及堤基渗透压力）等的观测。

5 结语

长乐联圩加固工程实施建成后，将产生较大的防洪治涝效益、灌溉效益和社会效益。工程实施后，将减少本区域的洪涝灾害损失，提高农作物的收成，改善项目区内的生产、生活环境条件。

圩堤加固设计方案体现出与其他防洪水利设施不同的环境背景与要求，因此，需要针对各工程的现状特点，从保护目标的变化情况、防洪标准提高以及薄弱环节的除险等方面入手，因地制宜设计加固实施方案。