大洋河堤防透水堤基防渗处理分析研究

伏世红

(大连市水利建筑设计院有限公司，辽宁 大连 116021)

1 概 述

1.1 工程概况

大洋河位于辽宁省东南部，地理位置为E122°51'-124°07'、N39°49'-40°49'。流域东侧为鸭绿江支流爱河，北以千山山脉分水岭为界与太子河为邻，西侧有大清河、碧流河和英那河，南临黄海。大洋河总流域面积为6504km2，河流全长198.2km，河流的平均比降为0.69‰。大洋河为设计20a一遇洪水标准。

大洋河龙王庙段堤防始建于20世纪70年代，1995年以来一直未进行加高培厚，堤身断面瘦小，堤顶宽度仅为1.0-1.8m，迎水坡坡比在1∶1.5-1∶2.0之间，护砌形式为干砌石，厚度20-30cm，块石粒径较小，堤坡局部有塌落现象，背水坡坡比1∶1.7-1∶2.0局部堤顶高程不满足，堤前为滩地，全段有1.1km耕地，堤后全部为耕地。

1.2 透水堤基简介

龙王庙段全段共3.52km，两侧堤防堤基土为粉细砂、细砂，为透水堤基，容易发生管涌等破坏现象。代表断面处堤防物理力学指标统计见表1。

表1 透水堤基代表断面堤防物理力学指标统计表

2 文章研究的背景和意义

2.1 河道整体存在的问题

1)无堤段较多。根据《大洋河流域规划》及《大洋河防洪规划》，大洋河中下游尚需修建堤防33.00km，这些无堤段占中下游规划堤防的27%。由于无堤段较多，堤防不封闭，部分堤防尚未形成防洪能力。

2)断面瘦小，防洪标准底。已建防洪堤大多至建成以来一直没有进行加高培厚，堤身断面瘦小，堤顶宽度仅为1.0-1.8m，大部分堤段坡比不足1∶2，部分堤段冲刷严重，坡比不足1∶1.5。堤顶高程不满足设计要求，防洪标准低。

3)河道淤积，防洪标准降低。大洋河下游为海相淤积，近年来随着支流水系水库工程的建设，非汛期河道流量减少，河道经多年淤积变迁，局部河段河床抬高达2.7m，实际防洪标准降低。

4)大坝护坡工程破损严重。防洪大堤建成后，护坡工程没有进行维修加固，块石脱落，破损严重。

5)部分堤防存在管涌段。由于现有堤防外侧局部河床冲刷严重，河床底部直接为粉细砂，原有坝炕变窄，地下水渗径变小，再加上堤防内侧由当初挖土修堤，形成深沟，沟底的黏性土覆盖层变薄或者缺失而直接露出粉细砂层。当河床内水位升高、压力变大时，水易通过堤基中砂层渗漏到堤内，在堤内黏性土层薄或缺失的深沟处冒出地面，形成管涌。

6)穿堤建筑物年久失修，破损严重。穿堤建筑物经过多年运行，受损老化程度严重。穿堤涵洞基础坐落在粉细砂上，经过多年洪水渗透，底板以下部分被掏空影响涵洞的整体稳定性，不满足渗透稳定要求。启闭架混凝土剥蚀严重，有钢筋裸露现象；启闭台顶高程低于设计洪水位。出口翼墙出现裂缝，存在安全隐患。进、出口闸门锈蚀，漏水严重。启闭机锈蚀损坏，不能正常工作。

高端化&品质化，体现在以6000元以上的彩电，8000元以上的多门和对开门冰箱，3000元以上的波轮洗衣机，5000元以上的滚筒洗衣机，8000元以上的空调柜机，30000元以上的空调挂机，5000元以上的油烟机，1000元以上的电饭煲等为代表的高价格产品的渗透率逐渐提高。

2.2 文章研究的意义

大洋河途径东港市龙王庙镇，有3.52km堤段堤基土为粉细砂、细砂，渗透系数为2×10-3呈中等透水性，易发生管涌型破坏，根据历史洪灾记载，1982年8月7日晚，发生洪水时，堤后因管涌冒出的水柱高达1.60m。而当时洋河闸站的水位记录为8.60m，12点30分黄旗闸决口，龙王庙镇透水堤基的堤段，经群众奋力抢险用大柴和滤料石进行充填才幸免一灾。

由上述历史洪灾记录可见，该堤段现状存在的问题已直接影响到人民生命财产安全，研究解决大洋河堤防透水堤基渗透破坏问题意义重大。

3 透水堤基渗流稳定分析

3.1 渗透稳定分析

龙王庙防洪工程中有新建土堤段和土堤加高培厚段，根据地质情况，堤基均属于透水堤基，渗流计算按透水堤基均质土堤考虑，采用《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)公式计算：

1)渗流计算按透水堤基均质土堤(下游坡无排水设备)考虑，堤身和堤基的流量分开计算，参数见表2。

(1)

(2)

(3)

L1=L+△L

(4)

(5)

浸润线按下式计算：

(6)

计算浸润线各点坐标列入表3。

表3 土堤浸润线坐标表

图1 (11+500)渗流图

2)背水坡渗流出口比降计算：

本地区下卧层为透水堤基，则透水堤基均质土堤坡面渗流比降可采用《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)公式：

(7)

沿堤基段：

(8)

渗透破坏的允许渗透坡降，参照《碾压土石坝设计规范》SL274-2001，计算公式：

J破坏=(Gs-1)(1-n1)

(9)

相应的允许坡降可按下式计算：

(10)

式中：GS为土粒比重；n1为土的孔隙率；J为渗透比降；KB为安全系数，取2.0。

经计算所得渗流比降成果见表4。

表4 渗流比降成果表

根据渗流比降成果表可以看出，龙王庙防洪土堤基J>J允，不满足要求，需要对堤基进防渗处理[1]。

3.2 透水堤基处理措施的选取

本次研究选取土工膜垂直防渗与帷幕灌浆两方案进行比较。

方案一：采用土工膜垂直防渗增加渗径，应对管涌现象，土工膜延迎水坡坡面铺设至设计水位，护脚以下使用链槽机垂直铺设6.0m。

方案二：采用高喷防渗墙，布置1排灌浆孔，孔间距1.5m，孔径采用110mm，灌浆孔设在堤脚，高喷采用摆喷对接，摆角采用30°。

方案一和方案二的工程理及投比较表见表5。

表5 方案一和方案二的工程理及投比较表

方案二施工方便，不需要特殊机械设备，而且投资较方案一节省很多，故本次研究堤基防渗处理采用方案二。

3.3 土工膜垂直防渗措施复核

针对该工程而言，其主要问题是由于粉细砂具有的透水性，使堤基不稳定，渗径长度不满足要求。在堤防护脚前增加垂直铺设土工膜，即增加了堤防的渗径长度，使河道内的水位向堤后渗透时形成稳定。以该工程的某个断面为例，土工膜垂直铺设6.0m，进行渗径计算：

允许渗径采用公式：

L允=C×H=9×5.2=46.8m。(以某断面为例)

(11)

式中：L允为允许渗径；C为渗径系数，取9(粉细砂，根据《水闸设计规范》SL 265-20 1 6)；H为上下游水头差，5.2m[2]。

该断面基础底宽37.5m+土工膜12.0m=49.5m

实际渗径L=49.5m> L允，满足规范要求。

4 结 论

大洋河东港市龙王庙堤段透水堤基，潜在很大的洪水隐患，洪水时发生的管涌破坏现象已有历史记载，洪灾直接危及当地人民生命财产安全。文章列举了大洋河整河段存在的问题，论述了龙王庙堤段透水堤基分析研究的意义，通过理论计算、方案比选等，选取了土工膜垂直防渗这一透水堤基处理的工程措施[3]。

以上研究方法及结论为同类工程设计研究提供了参考借鉴。