青岚支河圩堤治理方案研究

邬建江

（进贤县河道堤防安全保障中心,江西 南昌 331799）

0 引言

中小河流水文特性表现为源短流急、洪水暴涨暴落等[1]。由于河道清淤不及时,管理不完善,造成行洪通道严重萎缩,防洪能力不足,给区域构成了严重威胁。青岚支河圩堤现状部分堤段堤身单薄,险情较多,风浪水流对堤身、岸坡冲刷严重。拟采取堤防加高培厚、堤身堤基防渗处理、护坡护岸等综合治理措施,使圩堤处于稳定状态,以提高区域的防洪能力,改善生态环境,保障经济社会稳定发展。

1 工程概况

青岚支河河道治理工程位于江西省南昌市进贤县张公镇境内,是张公镇的重要堤防之一,工程治理范围内堤防起自工程起点张王庙水电站,沿青岚支河顺流而下,终止于畔下万家。现有圩堤堤身矮小,填土质量差,局部迎流顶冲河岸已被洪水冲刷成陡岸,局部岸坡已发生崩塌,圩堤堤身单薄,堤顶路面大都为素土路面,杂草丛生,宽窄不一,凹凸不平,穿堤建筑物老化、毁损严重影响了堤身安全及防汛工作。鉴于此拟开展河流治理,整治河道总长16.386 km（其中主河10.225 km,支流6.161 km）,整治堤防总长18.138 km。青岚支河拟整治范围见图1。

图1 青岚支河拟整治范围

2 堤防护岸型式

护岸型式的选择基于充分利用当地材料,在满足防洪安全和结构稳定的基础上,尽量按照生态护岸要求满足美化环境、提高生物多样性及促进水体自净的原则,因地制宜开展材料和型式比选。

青岚支河借鉴本地类似工程经验,综合考虑征地、工程投资和景观效益影响,根据各河段两岸地形条件和水文特性提出了预制块护坡+草皮护坡、干砌块石护坡+草皮护坡、框格网草皮护坡和草皮护坡等4种方案予以分析。见表1。

表1 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。根据表2干砌块石护坡虽然比砼预制块护坡价格高些,但干砌块石为散体,适应变形能力强,且较生态,比砼预制块更适用于长期受冲刷的岸坡段；草皮护坡造价低,生态美观,但抗冲性能差,不适合冲刷严重堤。所以根据河岸不同现状情况,设计采用以下三种护岸加固方式。

2.1 干砌块石护坡+草皮护坡

设计在岸坡临水坡洪水位以上50 cm采用400 mm厚干砌块石护坡,下铺150 mm厚砂砾石垫层,常水位以上采用草皮护坡。典型设计断面见图2。对迎流顶冲段,堤脚受冲刷作用明显,大部分岸坡呈直立状,堤段沿线坡脚淘蚀严重,局部见坍塌且现状无衬护河段,采用干砌块石护坡+草皮护坡加固,总长3.63 km。

图2 堤防干砌块石护坡+草皮护坡典型断面图

2.2 C20砼预制块护坡+草皮护坡

设计在岸坡临水坡洪水位以上50 cm采用100 mm厚C20砼预制块护坡,下铺100 mm厚砂砾石垫层,常水位以上采用草皮护坡。典型设计断面见图3。对现状局部段为预制块护坡,受风浪水流的冲刷作用,预制块局部段掏空,堤段沿线坡脚淘蚀严重河段采用砼固脚+预制块护坡+草皮护坡加固,总长1.20 km。

图3 堤防预制块护坡+草皮护坡典型断面图

2.3 草皮护坡

对河槽平顺段,局部堤段离河床较远河段,采用草皮护坡,总长12.153 km,典型设计断面见图4。

图4 堤防草皮护坡典型断面图

3 堤身堤基防渗处理

3.1 防渗处理前渗流计算

3.1.1 计算断面

按照堤后高程处于设计洪水位以下堤段作为渗流计算断面的原则选取XZ1+000桩号作为典型计算断面,分别计算浸润线出逸点高程、背水侧堤基最大渗透坡降和单宽渗流量等参数。填土、粉质黏土和砂砾石的允许渗透坡降为J允=0.32、J允=0.35、J允=0.35。

3.1.2 计算结果

渗流计算采用AutoBank同时考虑迎水面和背水面水位设计水位进行有限元分析,计算成果见表2。

表2 加固前堤防典型断面渗流计算成果表

由表2可知,背水面的渗透坡降超过了允许值,即堤防存在渗透破坏现象,需采取相应措施予以保护。

3.2 堤身防渗处理

堤身填土主要为重粉质壤混合中粗砂、粉细砂,局部夹杂碎石等填筑,呈松散～稍密状、可塑～硬塑状,堤身材料及填筑质量均较差,防渗性能较差,汛期常会出现渗水、塌坡等险情。

根据本地前期类似工程经验,拟采取粘土斜墙培厚的方法处理存在渗透破坏的堤段。即清除临水面表土、整平杂物,加设黏土斜墙,回填防渗性能优良的新黏土,分碾压夯实,要求设计黏土斜墙的高程高于非常运用条件下的静水位。

回填料要求粘粒含量在35%～50%范围内,渗透系数不得大于1×10-5cm/s,且有良好的渗透稳定性和塑性；含水量在20%～30%范围内,靠近塑限为宜；要求设计干密度应大于天然干密度的1.02～1.12 倍,且不得小于1.5 g/cm3。

3.3 堤基防渗处理

青岚支河堤基按照粘性土、岩石、特殊土和粗粒土的分布组合关系,主要分为单一结构（Ⅰ类）和双层结构（Ⅱ类）。若内河水位高于堤内自然地面且持续一段时间后,Ⅱ类结构堤基往往存在渗透变形的可能。鉴于青岚支河圩堤内地脚线均采用人工开挖池塘,削弱了上部的粘性不透水层,在持续高水位的工况下,河水必将沿着盖层薄弱处和渗径较短处产生渗透破坏。

3.3.1 方案拟定

堤基渗控措施按其作用可分为减压、排渗、截渗等,具体措施包括：临水侧防渗铺盖、垂直防渗、背水侧压渗盖重、排水减压井（沟）等。

（1）水平压盖

水平压盖分为临水面的防渗铺盖和背水面压渗盖重,主要作用是通过延长渗流路径而减小渗透逸出坡降,使其小于允许值。根据工程经验,在背水面采用压渗盖重,填平堤内水塘和土坑,修筑压浸台能增加内坡抗滑稳定性,起到良好的工程效果。

（2）射水造砼墙

射水造砼墙是利用高速射流冲击破坏土层结构,将流沙和土水混合物溢出水面,通过成槽孔进行混凝土浇筑,构造连续防渗墙。要求成墙厚度在22 cm～45 cm范围内,薄墙造价约170 元/m2,防渗效果好,可结合堤基处理形成连续防渗墙,但遭遇穿堤建筑物时破坏了其防渗整体。

（3）高喷砼防渗墙

利用高压喷射水、气和浆液介质冲刷切割土体,并使浆液与土体颗粒置换成砼而形成防渗墙体,适用条件广,技术成熟,处理深度大,防渗效果好,造价较高,单价约350元/m3。主要用于射水造砼墙过穿堤建筑物的堤段。

（4）排渗减压

修建堤内减压井或排水减压沟,可将承压水反滤导排出来,降低基础的承压水头,防止出现渗透破坏。其单次投资额较低,施工简单,但后期易出现堵塞,效果比较差,运行维护费用较大。

3.3.2 方案确定

通过以上分析比较,根据各堤段险情分布和地形地质条件,堤内采用防渗盖重可明显改善渗流险情和隐患,且工程量可控,效果较好。因此决定采用水平压盖压浸台的防渗措施。

3.4 处理后防渗计算分析

采用前述方法进行堤处理后渗流计算,结果见表3。

表3 处理后堤防典型断面渗流计算成果表

由表3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。

4 结语

青岚支河就存在的河工病险问题,从堤岸型式选择和防渗加固处理两个核心要素入手,从减少征地、工程投资及生态景观三方面结合各河段现状特征,选择了适宜各河段的堤岸型式,为后续治理方案的设计打下了坚实基础。防渗处理是否到位河道整治工程的安全保证程度,结合工程经验和当地现状对堤身和堤基提出了适宜的防渗加固措施,计算结果表明防渗效果显著,可以满足工程安全运行的要求。