进贤县池溪港河道治理工程防渗加固处理措施研究

黄首斌

(江西天淼建设工程有限公司，南昌 331700)

1 工程概况

进贤县池溪港河道治理工程位于该县池溪乡境内，工程坐落在进贤县池溪乡池溪港，池溪港又名池溪水，发源于东乡县邓家乡，由南向北流经罗家村、徐桥、向家村、欧溪吴家、石港王家，在进贤县池溪乡下艾村入湖。池溪水流域面积141.3km2，河长27.4km，主河道纵比降1.10‰。拟整治河道总长9.53km(其中主河5.015km，支流4.515km)，沿河两岸居民地、农田分布多且密集，保护人口4600人，保护农田560.67hm2。本次河道治理工程项目主要建设内容有：堤防堤防加固、疏浚、边坡护坡、路堤基础防渗处理等等。

在防洪堤区勘探深度范围内，勘探内岩石、黏性土、粗粒土和特殊土的分布组合关系，堤基地质结构可分为3种类型，包括单一结构、双层结构、多层结构。根据堤区的实际地质条件，并结合当地实践经验可再划分多个亚类[1]。堤基地质结构具体分类标准如表1所示。

表1 堤基地质结构分类标准表

当河水水位高于堤内地面且持续一定时间时，Ⅱ2类结构类型堤基存在渗透变形(或破坏)的可能。池溪港河道圩堤内侧堤脚沿线均为人工开挖池塘，上部黏性不透水层遭到削薄及破坏，在高水位水压力作用下堤基易产生渗透破坏，建议设计应进行复核计算堤基的稳定性；堤岸岸坡稳定问题，双层结构Ⅱ2亚类处在汛期水位高流速快，当下部砂土顶面高程接近、或高于外河枯水期水位时，砂土处于最大流速带边缘，易受波浪冲刷或浪蚀淘刷，形成浪蚀洞，造成岸坡坍塌，进而影响堤防的稳定性与安全性。

2 堤防渗漏破坏及加固处理措施

2.1 计算断面选择

渗流计算断面选择在堤后高程低于堤防设计水位以下的堤段，因此计算典型断面取桩号R5+850堤防。计算设计洪水位下堤身浸润线、出逸点的位置、逸出段与背水侧堤基表面的出逸坡降。

2.2 计算方法

2.2.1 渗流稳定计算

综合考虑本次地勘资料，本次计算断面渗透分区的渗流系数为室内外土工试验成果，采用地勘建议值。典型断面分区渗透系数取值如表2所示。

1)允许坡降：根据地勘成果建议杂填土、重粉质壤土、砂砾石的允许渗透比降分别为J允=0.26、J允=0.30、J允=0.32。

2)计算方法：渗流计算采用河海大学的《水工结构有限元分析系统(AutoBank)》进行分析。加入边界条件后，软件采用有限元法进行分析。

3)计算成果与分析：根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)以及本工程实际情况，渗流分析计算采用迎水面设计洪水与背水面相应水位结合情况。根据以上工况组合进行计算，绘制出各典型断面的渗流等势线及浸润线图(详见图1)，典型断面渗流承压水头计算成果表3。

图1 堤防渗流计算成果图

表3 加固前堤防典型断面渗流计算结果表

由上表计算成果可知，背水侧堤身最大渗透坡降小于允许值，说明堤防堤身不存在渗透破坏。

2.2.2 堤防稳定计算

土堤抗滑稳定计算采用有效应力法，用不计土条间作用力的瑞典圆弧法。计算程序采用河海大学工程力学研究所编制的边坡稳定分析系统Slope (v1.1)。本次设计堤坡稳定计算选取与渗流计算相同的桩号R5+850典型断面，计算公式如下：

(1)

计算表明，堤防抗滑稳定安全系数大于标准值，满足抗滑稳定性要求。典型断面堤坡稳定性计算成果表见表4。

表4 典型断面堤坡抗滑稳定计算成果表

2.3 堤基渗流计算结果分析

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)以及本工程实际情况，渗流计算分析考虑了迎水面设计洪水和背水面相应水位的结合。根据以上工况组合，绘制了各典型断面的渗流等势线和入渗图。典型断面渗流计算结果见表5。

表5 加固前堤防典型断面渗流计算成果表

由上表计算成果可知，背水侧堤基最大渗透坡降大于允许值，说明堤防存在渗透破坏，需采取渗流保护措施。

图2 堤基渗流计算成果图

2.4 防渗加固处理措施

2.4.1 堤防护坡形式选择

护坡型式的选择需因地制宜，在选择岸坡型式和材料时，应充分利用当地原有材料，在满足结构及防冲安全的基础上，尽可能选择生态护岸的方法，以满足美化环境、促进生物多样性以及提高水体自净能力的要求。

根据河流两岸地形条件，结合进贤县同类工程建设经验，考虑到减少征地、减少工程投资、减少生态景观破坏等多方面因素，本次设计对该河段堤防护岸采用四种方案进行对比。

护岸材料大致可以分为干石护坡+草皮护坡、预制块体护坡+草皮护坡和草皮护坡三种类型。根据当地实际情况，对这三种护岸材料进行了比较选择，见表6。

1)方法一：设计采用岸坡临水坡一侧常水位以下400mm的厚干砌块石护坡，下部采用150mm厚碎石垫层护坡，在常水位以上侧采用草皮护坡。

2)方法二：本次设计岸坡临水坡常水位以下采用100mm厚C20混凝土预制块护坡，下部采用150mm厚碎石垫层护坡，常水位以上侧采用框架式格栅草皮护坡。

3)方法三：设计采用框格网草皮在临水坡堤防护坡。

4)方法四：设计在岸坡临水坡采用草皮护坡。

对四种方案进行方案比较，比较结果见表6。

表6 护坡方案比较表

护坡材料应在保证防洪安全的前提下，尽量选择生态、环保材料。参照护岸材料的比较表，并结合现状及业主要求，本设计主要从抗冲刷与保护生态建设的需要出发，根据河岸不同现状情况，采用不同护岸加固方法。堤防的主要护坡类型包括：方案一：干砌块石+草皮护坡；方案四：草皮护坡。

2.4.2 堤基加固处理

根据渗流计算结果、地形地质条件和险情分布，对已出现渗流险情或存在渗漏隐患的堤段采用堤内水平盖重能满足防渗要求，且盖重厚度不大，工程量相对较小，结合当地抢险除险实践和经验并参照江西省堤防堤基防渗处理经验，选择采用水平压盖，即压浸台的防渗措施。

水平压盖作用是延长渗流路径，减小渗透出逸坡降，具有临水面防渗毯和背水侧压入渗盖重。

为延长渗流路径，降低渗透出逸坡降，使其小于堤基渗流坡度的允许值，根据多年的堤防治理经验，在背水面承压渗盖，在路堤内填筑土坑、水塘，修建压浸台，可以起到良好的防渗效果，还可以增加内侧边坡的抗滑稳定性。此方法的缺点是通过填土增加土层厚度，解决局部渗透稳定性问题，但不能降低路堤内部地下水压力，对于一些地质条件极差或浅砂质透水水体的路堤堤段，土方工程量大，压盖厚度宽度大，费用较高。但当背水侧堤基存在的剩余水头不太大，采用水平盖重处理时，应是经济合理的。

根据地质资料，各圩堤堤基上层粉质壤土土层厚度一般为1.0-2.0m，通过实际调查和渗流计算与分析，分布在堤基内外的水塘和基坑等破坏堤基黏性土的完整性，会引起堤基的渗透破坏，汛期外河处于高水位时，容易产生管涌、流土等危险隐患，应该采取防渗措施。为加大渗径，减小渗透出逸坡降，增多堤基粉质壤土的承压水头，吸取多年的堤防工程治理经验，对背水面压渗盖重，采用堤内的取土坑、水塘填筑和修建压浸台，一般称之为填塘固基，可以具有良好的防渗效果，也可以增加边坡的抗滑稳定性。

2.4.3 加固措施验证计算

根据以上工况组合进行计算，绘制了各典型断面的渗流等势线及浸润线图，典型断面渗流计算成果见表7。

表7 加固后堤防典型断面渗流计算成果表

由表7计算成果可知，背水侧堤基最大渗透坡降小于允许值，说明堤防经过处理后不存在渗透破坏。

3 结 语

进贤县池溪港河道治理加固工程，能提高治理河段区域防洪能力、保障区域经济社会发展、改善区域生态环境，促进区域社会主义新农村建设，对社会的稳定，区域经济持续、快速、健康发展都将起到重要作用。