三湖联圩除险加固工程中堤顶及上堤公路设计分析

熊 丹

(樟树市水利工程服务中心，江西 宜春 331200)

1 工程概况

1.1 基本情况

三湖联圩堤线全长78.976 km，袁河部分、赣江部分长度分别为38.326 km和40.650 km，保护范围包括新干县的三湖镇、界埠乡、荷浦乡及樟树市的洲上乡，保护耕地0.73万hm2,保护人口11.67万人，总保护面积85.54 km2。本文研究主要围绕三湖联圩除险加固工程樟树段项目展开，该项目堤线长24.8 km，保护耕地面积0.22万hm2、保护人口3.42万人，总保护面积31.75 km2。三湖联圩除险加固工程樟树段主要涉及堤身堤基防渗处理、堤顶混凝土路面设置、堤身加高培厚、护岸与护坡、穿堤建筑物加固改造等内容，以此实现圩堤防洪能力提升。案例项目以4级建筑物设计堤基、护岸、堤身、涵闸，以20年一遇为防洪标准，三湖联圩除险加固工程樟树段项目属于4级堤防[1]。

1.2 水文地质

三湖联圩樟树段堤身填土以壤土、砂壤土为主，壤土的黏结性一般，砂壤土的黏结性差。堤基地势较平坦，存现二元结构，下部为较大透水性的粗砾及粉细砂，上部为壤土或砂壤土，同时存在泥质粉砂岩的下伏基岩，基岩透水性微弱。沿线堤岸由粉细砂、壤土、砾砂层组成，局部堤岸迎流顶冲或临河陡岸，抗冲能力较差，稳定性差的堤岸存在塌岸、崩岸等不良物理地质现象，表1为地基土的主要物理力学指标建议值。

表1 地基土的主要物理力学指标建议值

2 堤顶设计

2.1 堤顶高程确定

作为当地主要交通道路之一，三湖联圩堤顶高程设计需结合交通和防汛需要，遵循《堤防工程设计规范》(GB50286—2013)要求，科学确定堤顶高程，具体计算式(1)为：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y为堤顶超高，m；R为设计波浪爬高，m；e为壅水高度，m；A为安全加高，取0.6 m。进一步开展波浪的平均波周期、平均波高、平均波长计算，具体计算如式(2)～式(4)所示：

(2)

(3)

(4)

结合行业规范，进一步计算风壅水面高度，计算式(5)为：

(5)

式中：K为综合摩阻系数，取3.6×10-6；β为堤轴线垂直法线与风向夹角，取0°。

进一步计算波浪爬高，公式(6)为：

(6)

式中：RP为累积频率为P的波浪爬高，m。KΔ为斜坡糙率渗透性系数，取0.9；KV经验系数，取1.22；KP为爬高累积频率换算系数，取2.07；m为斜坡坡度系数。表2为堤顶高程计算结果，结合计算可以确定，三湖联圩除险加固工程的赣江段、袁河段超高分别为1.49 m、1.29 m，结合同类工程经验，赣江段、袁河段的堤顶超高分别取1.5 m、1.3 m。

表2 堤顶高程计算结果

2.2 堤顶细节设计

考虑到三湖联圩堤顶的道路功能，为满足防汛和交通要求，设计确定了6.0 m的堤顶宽度，结合现状堤坡状况和堤身稳定分析成果，临赣江段、临袁河段背水边坡均分别采用1∶3.0、1∶2.5设计，二者的堤顶超高分别为1.5 m、1.3 m，堤防加高培厚全长为24.8 km。结合现行规范要求及项目实际，现有堤线不变是加固堤线的基本原则，如断面无法满足设计要求，加高培厚需基于设计断面开展，加高培厚方式选择应保证堤线顺直。设计需明确堤身土料的选择原则，如加宽加高从外侧进行，需选择防渗性能好的土，保证堤身土料能够与原堤身土质相当，新老土结合面需做好疏松土质处理。不合格土料和表面杂物需要严格清除。如加宽加高从背水侧进行，可选用与原堤身相同的土或防渗性能稍差的土，施工需逐层夯压密实，采用相同方法处理新老土结合面，堤身浸润线降低、圩堤防渗可由此顺利实现，堤身的渗透稳定和抗滑稳定也能够更好得到保障。此外，设计还需要做好对堤身填筑填土含水量的控制，具体控制以最优含水量为依据，并保证最小0.91的压实度，表3为堤身填筑土的主要物理力学指标建议值[2]。

表3 堤身填筑土的主要物理力学指标建议值

3 上堤公路路面设计

3.1 路面设计

案例项目加固堤段多处设置有混凝土路面，局部设置有土质路面，现状路面坑洼不平，无法满足当地发展需要，同时混凝土路面局部存在严重破损。为满足当地交通需要、防汛抢险需求并更好地服务于工程管理，案例项目除险加固设计需要增设混凝土路面，出现局部破损的混凝土路面需同时进行修复，堤顶混凝土路面的总面积达17 800 m2。由于项目所在地周边多为村庄，为满足交通便利性需求，在科学设计上堤混凝土公路需要，上堤公路纵坡设置为8%，堤防轴线与上堤公路夹角设置为30°。设计选择浆砌石结构的挡土墙，规格为M7.5，坡比1∶0.4，顶宽0.4 m，基于地形变化控制底宽，浆砌石表面设置水泥砂浆抹面，规格为M10，厚度为2 cm。上堤公路总长5100 m，路面宽5.0 m，采用C25混凝土，土路肩设置于两侧，宽度为0.5 m，混凝土路面的厚度为0.20 m，下设水泥稳定砂砾基层(5%)，厚度为0.15 m。为便于排泄堤顶雨水，采用路面向两侧倾斜的设计，设置1.5%的堤顶防汛公路路面倾斜坡度[3]。

3.2 水土保持设计

为保证三湖联圩除险加固工程中堤顶及上堤公路路面设计发挥预期效果，案例项目针对性开展的水土保持设计也需要得到重视，该设计主要涉及以下几方面内容：第一，主体工程建设区。需按照适当距离将弃渣沿河道岸边集中堆放，并做到随挖随运，临时挡墙需要由装土草袋装填需回填利用的土石方修建，以此规避水土流失问题。完成施工后需要绿化场地，美观和水土保持要求均需要设法满足，具体选择园林绿化模式，种植桂花、玉兰、樟树等花叶茂盛且树形美观的树种；第二，弃渣场区。采用1∶2.0作为弃渣堆弃边坡比，修筑挡渣墙后方可弃渣，弃渣场在任务结束后需开展土地整治。弃渣终止后将渣面由种植土覆盖，厚度为30 cm，以此开展造林种草，植草皮护坡同时用于边坡。完成建设后需要在弃渣堆放形成的裸露面进行造林种草，选择湿地松、混合草种作为造林种草种类，混合草种由狗牙根草和百喜草组成，选择2 cm地径的湿地松；第三，土料场设计。选择土质为重粉质壤土的土料厂，需临时集中堆放土料场剥离的表土并开展集中施工，不留陡边坡，不得在雨季施工，施工结束后需针对性开展土地整治。在开采土料前需要完成表土剥离，按照3 m左右控制平均堆置高度，同时按照1∶1.5控制堆置边坡比，临时堆放表土由苫布覆盖。造林树草种选择混合草种、胡枝子、马尾松。混合草种选择撒播法，具体由狗牙根草、百喜草、多年生黑麦草组成，具体种植需设法实现乔、灌、草相结合。

4 结 论

三湖联圩除险加固工程中堤顶及上堤公路路面设计具备较高实用性。在此基础上，本文涉及的堤顶高程确定、堤顶细节设计、公路路面设计等内容，则提供了可行性较高的联圩除险加固设计路径。为更好开展除险加固设计，还应围绕工程量、防渗效果、耐久性、可靠性、施工难易度、经济效益等方面开展综合考虑。