滞洪区堤防工程设计及堤身隐患处理

2022-07-14罗春雷姚军盛从义王林峰

河南水利与南水北调 2022年6期

罗春雷，姚军，盛从义，王林峰

（1.新蔡县河坞水电站，河南新蔡 463500；2.驻马店市杨庄滞洪区水务中心，河南驻马店 4630000；3.濮阳弘东建设工程有限公司，河南濮阳 457000；4.驻马店市水土保持检测中心，河南驻马店463000）

1 项目概况

杨庄滞洪区位于河南省西平县城西22 km 的小洪河干流上，坝址以上控制流域面积1 026 km2，滞洪区50年一遇洪水设计，相应水位71.54 m（56黄海高程，下同），滞洪量为2.03亿m3，泄洪闸设计流量为650 m3/s；300 年一遇洪水设计，相应水位72.15 m，洪水校核2.56 亿m3，校核流量为1 500 m3/s，工程属二等。上游石漫滩以上为山区，流域面积230 km2，石漫滩至杨庄区间为丘陵区，区间面积796 km2，杨庄以下为平原区，下游约13 km的北岸为老王坡滞洪区。1959年在杨庄修建水库，1962年汛前扒坝废除，1992年11月滞洪区主体工程开工建设，1996年4月完成。迁安工程按20年一遇设计，设计水位为69.68 m，相应滞洪库容量0.79 亿m2，考虑风浪高设计迁安水位确定为70.10 m。杨庄滞洪区建成投入使用后，2000年共分洪2次，分别为2000 年6 月24-28 日，相应滞洪量794 万m3，淹没面积9.30 km2，淹没耕地6.67万hm2，淹没村庄1个，洪水淹没涉及人口1.80万人；2000年7月13日至15日，洪汝河流域普降大到暴雨，闸前水位在7 月16 日14 时达到最高滞洪水位70.52 m，比20年一遇洪水位69.68 m高0.84 m，相应滞洪量为1.24亿m3，淹没面积达64.50 km2，淹没耕地0.43 万km2，滞洪水位与区内32座庄台，台顶基本平齐，修建避水平顶房村庄的群众全部上合安全避洪。进水自然村80个，受淹人口52万余人，估算直接经济损失约1亿元。

2 滞洪区堤防工程设计

2.1 滞洪区堤防现状

杨庄滞洪区堤防和围村堤在现状堤身断面上加固，堤线基本沿原堤线布置。杨庄滞洪区大坝为均质土坝，最大坝高17.50 m，防洪标准为50年一遇，工程标准为3级，横跨芦庙、专探、杨庄、师灵4四个乡镇，北起闫岗，南至S311省道后向西至焦庄，全长12.83 km。坝顶宽6～8 m，大坝上游坡比1∶3，下游坡比1∶2.50，坝顶高程73.50 m，防浪墙顶高程74.55 m，全坝除北岗段0+280～2+500 段外均为1992 年杨庄滞洪区建设时修建。大坝主河槽段有1 km 干砌石或混凝土护坡，其余坝段为草皮护坡。坝顶路面为12 km 泥结碎石路面和1 km 柏油路面。大坝上游面设有15 m宽的防浪林带，下游设5 m宽护堤林带。杨庄滞洪区自1992年修建至今，由于缺乏资金维护，存在许多问题：①大坝北岗0+484～2+647段，长2.16 km，为原杨庄水库大坝，1992年滞洪区建设施工中大坝灌浆2次，2000年杨庄滞洪区滞洪时，该段渗漏严重；②大坝坝顶为泥结碎石路面，经过多年的风风雨雨，路面坑洼不平，影响防汛；③大坝防浪墙由于坝基不均匀沉陷、倾斜或断裂，虽及时修复但效果不佳；④由于大坝防浪林范田内长期界限不清，部分防浪林不能种植或种植后屡遣破坏；⑤大堤两侧上堤行车道，现状宽3.50～5.00 m，坡度为1∶60～1∶12，路面坑洼不平。

2.2 堤顶高程的确定

滞洪区堤防等级为3级，根据《堤防工程设计规范》的要求，堤顶高程等于设计洪水位加堤顶超高，堤顶超高按下式计算：

式中：y—堤顶超高（m）；R—设计波浪爬高（m）；e—设计风壅水面高度（m）；A—安全加高（m），不允许越浪的上级堤防工程取0.70 m，Ⅳ级堤防工程取0.60 m。

各坝段按设计、校核标准分别计算出堤顶高程，再按规范要求预留沉台高，并统一协调各坝段连接后，确定设计堤顶高程。杨庄滞洪区滞洪运用标准为3 年一遇，根据《淮河流域蓄滞洪区建设与管理规划》，围堤大坝工程级别为3 级。杨庄滞洪区20年一遇滞洪水位为69.68 m，坝顶高程按杨庄滞洪区20年一遇设计、100 年一遇校核库水位加风浪爬高、风壅水面高度和安全超高确定。按计林带和不计林带2 种情况分别进行复核，

计算结果：杨庄滞洪区现状坝顶高程为73.50 m，防浪墙顶高程73.75～74.55 m，当不考虑林带消浪作用时，则坝顶高程不满足防洪要求，由于防浪林不易栽种成活，管理不便，在滞洪区运用管理中数次栽种，效果不佳，故设计加高坝顶防浪墙。

大坝桩号2+500～6+300、桩号7+100～7+400段坝顶防浪墙经多年运用及坝体沉降等原因出现不同程度的断裂、倾斜、缺失；桩号8+000～12+945 段坝顶原设计为0.25 m 的低坎，在设计中将这三段防浪墙进行拆除重建，重建后的防浪墙顶高程与其他坝段一致，均为74.55 m。

2.3 堤身断面设计

杨庄滞洪区大坝堤身断面满足规范要求，设计断面不变，仅对上游迎水面进行护砌。

2.4 堤顶工程及上堤道路设计

2.4.1 堤顶道路

杨庄滞洪区建设工程共修建堤顶防汛道路14.83 km，具体情况见表1。

表1 杨庄滞洪区建设工程修建堤顶防汛道路表

杨庄滞洪区大坝坝顶为泥结碎石路面，路面坑注不平，影响防汛，设计利用原碎石路面作为路基，坝顶采用C25 混凝土，厚0.20 m 路面，宽6 m，下设6.50 m 宽水泥碎石垫层，厚0.15 m。路面向下游侧倾斜2.50%。路面下游侧增设路缘石，路缘石采用厚0.15 m、高0.45 m的现浇C20混凝土，埋深0.55 m，每隔15 m 设一道伸缩缝，缝内材料为2 cm 厚低发闭孔泡沫板，在路缘石与坡面排水沟连接的位置处设20 cm宽缺口，使排水口与坝坡下游横向排水沟相连。

2.4.2 上坝道路

杨庄滞洪区大坝长12.83 km，两侧修建上坝道路12 条。上坝道路纵向坡度为1∶16～1∶20，两岸边坡取1∶2，用0.35 m厚的M7.5浆砌石护砌。上堤道路结构根据规范要求和现状堤顶宽度确定，路面宽5 m，采用厚20 cm 的C25 混凝土路面，基层采用5 m宽15 cm厚的水泥碎石，底基层采用5 m宽15 cm厚的水泥石灰稳定土。

2.4.3 防浪墙、排水沟设计

根据堤顶高程计算分析，杨庄滞洪区现状坝顶高程为73.50 m，防浪墙顶高程73.75～74.55 m，当不考虑林带消浪作用时，则坝顶高程不满足防洪要求。由于防浪林不易栽种成活，管理不便，在滞洪区运用管理中数次栽种效果不佳，在设计中不考虑林带消浪作用，设计加高坝顶防浪墙。

桩号2+500～6+300、桩号7+100～7+400段坝顶防浪墙经多年运用及坝体不均匀沉降，坝顶为滞洪区进出主要公路等原因，出现不同程度的断裂、倾斜、缺失，桩号8+000～12+945 段坝顶原设计为0.25 m 的低坎，设计将这三段防浪墙长9.05 km进行拆除重建，重建后的防浪墙顶高程与其他坝段一致，均为74.55 m。

防浪墙横断面按原断面，防浪墙每隔15 m设一道沉降缝，缝内材料为2 cm厚低发闭孔泡沫板。防浪墙设计仍采用原断面，为“L”型C15混凝土断面，厚0.25 m，防浪墙顶高程74.55 m，坝顶高程73.50 m。下游坝坡增设垂直于坝轴线方向设横向排水沟，材料选用厚0.10 m的C20混凝土，断面为0.25 m×0.30 m，间距50 m，排水沟每隔10 m设一道沉降缝，缝内材料为2 cm厚低发闭孔泡沫板。

2.5 护坡工程设计

滞洪区在高水位运行时，水位骤降致使堤防在滞洪时处于风浪淘涮和滑坡状态之中，需要加固护坡。护坡顶高程确定根据《杨庄蓄滞洪区洪水风险分析图》，洪水淹没水深，滞洪区内最低高程为66.00 m，位于泄洪闸附近，最大水深可达5.54 m，属中度风险区。50 年一遇洪水淹没时间特点为：水深0～0.50 m范围的淹没时间为12 h：水深0.50～1.00 m范围的淹没时间为12-24 h；水深1.00～2.00 m 范围的淹没时间为1-3 d，水深2.00～3.00 m范围的淹没时间为3-7 d：水深h＞3 m的淹没时间h＞7 d。

杨庄滞洪区大坝上游为混凝土护坡，由于设计标准偏低，出现断裂、破碎等现象，设计对桩号2+650～3+160坝段临水面混凝土护砌、3+210～3+770 坝段临水面干砌石拆除重建。重建为混凝土护坡长1.07 km，混凝土护坡厚度12 cm，由于该段护坡位于泄洪闸两侧，位置重要，护砌顶部高程仍采用护砌坝顶高程73.50 m，底部高程66.93～70.66 m。其余坝段采用雷诺护垫加格宾护脚护砌方案，长度11.33 km，雷诺护垫护坡厚度23 cm，护砌顶部高程72.04 m，比滞洪水位71.54 m 高0.50 m，底部高程66.93～70.66 m，坡比1∶3。以上部位至坝顶区全坝段背水坡采用草皮护坡，长度12.83 km.。

2.6 堤身隐患处理

杨庄滞洪区大坝北岗段0+484～2+647 段，长度2.16 km，2000年发生的“7·13”洪水是杨庄滞洪区1995年建成以来经历最大一次洪水。2000年7月中旬滞洪区落闸蓄洪持续22 d，滞洪最高水位70.52 m，高于滞洪区内庄台20 年一遇设计水位70.10 m，该段渗漏严重。由于渗漏以及坝体存在散浸病害，并在堤身土与堤基土结合部位存在接触渗漏病害，对该段坝体及坝基进行防渗处理。

滞洪区大坝堤基主要为中粉质壤土，堤基土抗渗能力较好，稳定性较好，工程地质条件较好，但在堤身土与堤基土结合部位存在接触渗漏病害。需要对坝体坝基进行处理，防止坝体在高水位下产生渗透破坏。结合目前防渗处理工程实例，对坝体采用劈裂灌浆、高压摆喷灌浆、塑性混凝土防渗墙和水泥土搅拌桩 4种处理方法进行比较见表2。