江门市江新联围江海段堤防加固工程方案分析

陈宇恒

（广东省源天工程有限公司,广东 广州 510000）

我国地大物博,不同地区有着不同的地质和气候条件,因此堤防工程具有类型多、堤线长、运行条件差异大等特点,这就造成了堤身和堤基隐患随机性强的问题。此外,不同地区经济发展存在一定差异,其防洪标准和防潮等级也不尽相同。随着我国科技和经济的进步,原先修筑的堤防工程可能存在堤顶部高程和宽度不足、路堤体渗漏、路堤边坡稳定性不足、路堤顶部道路损坏等问题,一旦发生洪水可能造成严重的安全隐患。江门市江新联围江海段堤防加固工程,堤防完成加固投入使用至今已超过10 年,经历了数次台风暴潮的袭击,确保了围内人民生命财产安全。但由于堤防堤基软弱土层深厚,堤身已出现不同程度沉降变形及渗漏,部分建筑物与堤防连接部位出现不均匀沉降,建筑物基底出现脱空、渗漏等险情,本文探讨了江海段堤防加固工程,保证江海区域防洪（潮）能力的需要。

1 江海段工程条件

本段起点位于北街水闸下游（桩号22+260）至江新联围防汛物料仓库下游处（桩号35+471）段。沿线的主要穿堤涵闸有金溪Ⅰ、金溪Ⅱ、石咀、横沥、壳滘、横海南、石洲等几座水闸。该堤防现状堤顶高程约为7.50 m～8.50 m,沿线堤岸虽未见明显崩塌现象,但由于外江（西江）汛期洪水较大,水流较急,对堤脚岸坡仍有冲刷,现状已有抛石护脚。堤身填筑土压实度一般、均匀性稍差。由钻探揭露土层性状可知,堤身土为中等透水性,渗透系数相对较大。根据运行管理单位反映,本工程堤基地质结构类型主要为单一结构和多层结构。分段如下：桩号22+260～桩号24+750、桩号25+050～桩号27+900、桩号29+530～桩号32+170及桩号32+620～桩号35+471四段共长10831 m。

2 江海区段工程现状及存在问题

北街水闸管理范围21+800～22+260,江海区段桩号为22+260～35+471,即北街水闸连接堤终点至江新联围防汛仓库,全线长13.211 km,工程现状及存在的主要问题如下：

①22+260～25+250及25+600～26+600段为厂区堤段,现状防浪墙（防洪墙）顶高程满足防洪标准要求,护坡（岸）质量完好；②25+250～25+600为清栏险段,现状堤顶无防浪墙,堤顶高程不满足防洪标准要求；现状测量发现外江侧抛石护岸下切严重；六角块护坡脱空、沉陷现象较为普遍；③26+600～29+700 段现状堤顶高程满足防洪标准要求；迎水侧六角块护坡脱空、沉陷现象严重；④29+700～35+471段局部防浪墙不满足防洪标准要求（31+200～35+471）；迎水侧六角块护坡脱空、沉陷现象严重；堤顶经改造成沥青砼路面后,目前完好；2017年7月3日、4日分别发现31+800、31+850和34+480 共3 处渗水点,2018年对该段堤防进行了充填灌浆处理；⑤沿线穿堤水闸闸底存在脱空等安全隐患；⑥横海南水闸至江新联围防汛仓库段堤防堤顶路面损毁严重,堤防安全监测设施不齐全；⑦沿线穿堤水闸闸底存在脱空等安全隐患；⑧横海南水闸至江新联围防汛仓库段堤防堤顶路面损毁严重。

3 江海段堤防加固工程方案

3.1 堤顶高程的确定原则

①按50年一遇防洪,100年一遇防潮,复核现状防浪（洪）墙是否满足标准,不满足的需加高或重建[1]。②除局部防洪墙堤段堤顶面高程按不小于设计洪（潮）水位确定,其余堤段堤顶面高程均按不小于设计洪（潮）水位+0.5m超高、防浪墙净高不大于1.2m,且堤身按填筑土最少的原则确定。

3.2 堤顶高程

（1）计算方法。根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）,堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定。堤顶超高应按下式计算：

Y=R+e+A

式中：Y为堤顶超高,m；R为设计波浪爬高,可按附录C计算确定,m；e为设计风雍增水高度,可按附录C计算确定；A为安全加高值,m；按规范表3.2.1的规定选取,2级堤防安全加高值不允许越浪取0.8 m,允许越浪取0.4 m。

在风的直接作用下,正向来波在单一斜坡上的波浪爬高可按下列方法确定：

式中：Rp为累积频率为p的波浪爬高,m；K为斜坡的糙率及渗透性系数；KV为经验系数,可根据风速v（m/s）、堤前水深d（m）、重力加速度g（m/m2）组成的无维量V/（gd）^0.5；Kp为爬高累积频率换算系数；对不允许越浪的堤防,爬高累积频率宜取2%,对允许越浪的堤防,爬高累积频率宜取13%；m为斜坡坡率；H为堤前波浪的平均波高,m；L为堤前波浪的波长,m；R0为无风情况下,光滑不透水护面（K=1）、H=1 m时的爬高值,m。

（2）计算断面。本工程堤顶高程计算共取3个代表断面,各断面基本资料数据见表1。

表1 江海区段堤顶高程计算各代表断面基本资料

（3）计算结果。本次加固,堤顶高程按两种情况复核：①按原加固设计原则,即洪水标准为50年一遇,潮水标准为100年一遇；②洪水标准为50年一遇,潮水标准为100年一遇,均为不允许越浪[2]。其结果见表2。因此本区段堤顶及防浪墙维持现状（见表2）。

表2 江海区段按允许越浪原则堤顶高程计算结果

3.3 堤型及堤身结构设计

江海段堤防主要包括城区段及外海段,桩号范围22+260～35+471,堤线全长约13.211 km,其中加固堤防7.201 km,未处理堤防6.01 km。设计洪水标准为50 年一遇,按允许越浪设计。

①22+260～25+280、25+900～26+670、29+370～29+810 及31+400～31+530 段沿线主要为工厂、码头,允许越浪复核后现状堤顶高程满足防洪要求,除23+430～23+610 段迎水坡沉降破损严重需重建外,其余基本维持现状。其典型断面见图1。

图1 23+430～23+610典型断面图

②25+280～25+900段位于清栏险段,堤线长0.62 km,设计堤顶路面高程6.0 m。堤顶宽8.0 m～9.0 m（含两侧路缘石）；路面采用AC-13 C改性沥青砼路面0.05 m厚,下设PC-2 透层沥青+5%水泥石粉稳定层0.18 m厚,路面设1%向内横向坡。迎水侧采用0.08 m厚C25 砼六角块护坡,下设0.1 m厚石粉垫层+土工布+0.05 m厚M7.5 砂浆,坡比1∶2.5,坡脚为现状浆砌石挡墙；其中25+280～25+520段挡墙外侧由于水流冲刷,河床下切严重,经复核稳定需抛石护岸,护岸型式可采用连续抛石与间隔抛石丁坝两种方案。

连续抛石方案,既可有效解决堤防稳定安全隐患,又便于施工；间隔抛石虽能节约投资,但由于紧挨清栏码头港池,其回淤效果不明显。由于该段堤防抛石防冲仅320 m,结合之前的加固方案,经对比分析,本次仍推荐采用连续抛石方案,且抛石体表面采用0.2 m厚C25 膜袋砼抗冲,下设0.3 m厚碎石垫层找平,坡比为1∶2.5。具体见图2和图3。

图3 25+280～25+520典型断面图

③26+670～29+370段,允许越浪复核后现状堤顶高程满足防洪标准要求,路面为改性沥青砼路面,背水侧为滨江公园,但由于28+500～29+370堤段迎水侧现状六角块护坡脱空、沉陷严重,且堤身填筑土渗透系数较大,因此需重建迎水护坡。重建后的护坡为0.08 m厚C25砼六角块,下设石粉垫层0.1 m厚+土工布及0.05 m厚M7.5砂浆垫层。具体见图4。

图4 28+500～29+370典型断面图

④29+810～35+471段,即江门港客运码头至江新联围防汛仓库段长约5.661 km,历史上分段进行过堤顶改造,包括加高防浪墙或路缘石,堤顶铺设改性沥青砼路面,且2018年对该段堤防进行了灌浆,堤顶高程满足防洪标准要求,整体运行正常。但由于横海南水闸至防汛仓库段（31+800～35+471）堤顶路面改造较早,且为沥青表处路面,目前龟裂、损毁现象较为普遍,且迎水侧现状六角块护坡脱空、沉陷严重,堤身填筑土渗透系数较大,背水侧草皮生长欠佳,需重建护坡。具体如下：

29+810～31+800（其中31+400～31+530为中粮,不处理）段主要是重铺背水侧草皮护坡,坡比为1∶2.5,增设8.0 m宽二级戗台,其中人行步道宽3.0 m；戗台内侧设砖砌排水沟,外侧设120 mm×300 mmC20 路缘石,并恢复排水渠。具体见图5。

图5 29+810～31+800典型断面图

31+800～35+471段重建迎水侧护坡为0.08 m厚C25 砼六角块,下设石粉垫层0.1 m厚+土工布及0.05 m厚M7.5砂浆垫层；重建堤顶路面,宽9.0 m（含现状防浪墙及重建路缘石）,路面采用AC-13 C改性沥青砼路面0.05 m厚,下设PC-2透层沥青+5%水泥石粉稳定层0.18 m厚,设1%向内横向坡；背水侧重铺草皮,坡比为1∶2.5；增设8.0 m宽二级戗台,其中人行步道宽3.0 m；戗台内侧设砖砌排水沟,外侧设120 mm×300 mmC20 路缘石,有排水渠的则恢复排水渠。具体见图6。

图6 31+800～35+471典型断面图

3.4 堤身渗流计算

由于江新联围堤防结构、堤身填土、堤基地质情况较为复杂,为了准确分析堤防渗流情况,采用有限元法对渗流进行分析计算。对符合达西定律的二向渗流,在各向异性的情况下,假设土体不可压缩,则满足下述微分方程：

式中：H为水头函数；X、Z为坐标；KX、KZ为主渗透系数。

按照上述渗流理论有关公式、拟定的边界条件进行堤防有限元法渗流分析,计算结果见表3。

表3 典型堤段渗流计算结果

4 结语

以江门市江新联围江海段堤防加固工程为例,对大堤存在的问题进行分析,并针对该问题提出了加固设计方案,通过本次堤防、涵闸等加固的建设,使江新联围的防洪（潮）和排涝能力达到现行国家和省颁标准,解决本地区威胁最大的洪、潮、涝等自然灾害。近期可抵御50年一遇洪水和100年一遇台风暴潮的侵袭,可使该地区的防洪潮标准达到100年一遇标准,对促进围内经济的稳定、持续、高速发展和保护人民生命财产安全起到保障作用,产生显著的社会经济效益。