安庆市大观区广成圩双福潭段防洪工程堤防设计

高 鲲

（海南省水利水电勘测设计研究院有限公司,海南 海口 570100）

广成圩位于长江中下游北岸,皖河出口段右岸,与安庆市隔皖河相望,为同马大堤长江与皖河交汇段的外护圩,属于闭合型圩口,三面环水圩内保护面积28.7 km2,耕地3.2万亩,圩内有5个行政村,户籍人口2.97万人,现有常住人口1.820万人。

1 广成圩堤防存在的主要问题

（1）堤防不达标,堤身高而单薄,堤顶高程不足。

广成圩双福潭段自2008年进行堤防除险加固后,多年来未有较大变动,由于当时资金限制及后期地质沉降,现状部分堤段堤顶高程、堤顶宽度或迎水坡坡比不足,堤防防洪标准不达标。

（2）汛期堤外水面宽阔,堤防迎水坡大部分无护坡,受风浪冲刷严重。

广成圩双福潭直接抵御长江或皖河洪水,汛期水面宽阔,现状部分堤段迎水坡无护坡；部分堤段仅为汛期应急布设的抛石护坡,防冲效果较差。近年来,极端天气时常发生,项目区上游流域内时发集中暴雨,形成较大洪水,水位上涨,吹程加长,在水流侵袭、冲刷和弯道环流的作用下,堤防迎水坡受风浪冲击加强,存在安全隐患。

（3）堤顶防汛道路路面为土路、简易碎石路,路面凹凸不平,路况较差。

现状堤防部分堤段堤防堤顶为简易碎石路,路面凹凸不平,自然形成的上、下坡道杂乱无序。汛期连续雨水季节,堤顶坑洼积水严重,路况极差,汛期车辆、人员来往又过于频繁,防汛抢险和物资运输车辆无法顺利通行,将影响防汛抢险进程,造成生命、财产的重大损失。

（4）堤身填筑质量较差,堤防存在多处险情。

广成圩建成较早,受技术和资金的限制,双福潭段皖河段堤防填筑质量较差,2020 年汛期该段堤防产生不同程度的散浸和管涌险情,直接危及广成圩度汛安全,危害圩内群众生命财产安全。

2 设计水位及超高

（1）设计水位

广成圩防洪标准按照1998 年实测水位设防,安庆市大观区广成圩为3 级堤防,防洪设计水位采用1998年最高洪水位,该年安庆站实测最高水位为18.50 m,推算至广成圩双福潭段,设计水位为18.61 m～18.60 m～18.66 m。

（2）堤顶超高

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）和《城市防洪工程设计规范》（GB/T 50805-2012）,确定堤顶高程应采用设计洪水位加堤顶超高。

计算公式：Y=R+e+A

式中：Y为堤顶超高,m；R为设计波浪爬高,m；e为设计风壅增水高度,m；A为安全加高,m（广成圩为3级堤防,按不允许越浪考虑,安全加高值0.7 m）。

堤顶超高各项分别计算如下：

1）风雍水面高度

式中：K为综合摩阻系数（系数K=3.6×10-6）；V为设计风速（取安庆市历年汛期最大风速22.1 m的1.5倍）；F为距离（项目区逆风向量到对岸取0.4 km）；d为平均水深（项目区平均水深取6 m）；β为风向与垂直于堤轴线的法线的夹角。

2）波浪爬高R计算

根据各段实际情况,分别采用生态混凝土斜坡式护岸。斜坡式护岸迎水坡斜坡1∶2.0～1∶3.0,即m=2.0或3.0,斜坡m=2.0或3.0时,波浪爬高按下式计算：

式中：R为波浪爬高（累积频率为P）；H为平均波高（堤前波浪）,m；L为波长（堤前波浪,单位：m）；KΔ为糙率及渗透性系数（混凝土砌块斜坡）；KV为经验系数；Kp为爬高累积频率换算系数。

根据以上计算结果,堤顶超高计算值列于表1。

表1 堤顶超高计算成果

堤顶超高计算结果为0.98 m,且广成圩已治理段（大、小龙潭段）均采用1 m超高,则综合确定广成圩河口段、双福潭段堤顶超高为1.00 m,即堤防按防洪设计水位+1.00 m安全超高确定堤顶高程,建筑物按设计水位+1.50 m安全超高确定。

（3）堤防设计高程

本次广成圩河口段、双福潭段设计洪水位为18.60 m～18.68 m,设计堤顶高程为19.60 m～19.68 m,其中河口段堤防设计水位为18.68 m～18.61 m,设计堤顶高程为19.68 m～19.61 m；双福潭段堤防设计水位为18.61 m～18.60 m～18.66 m,设计堤顶高程为19.60 m～19.61 m。具体见表2。

表2 广成圩双福潭段设计洪水位及堤顶设计高程

3 堤身加培

广成圩双福潭段堤防设计堤顶高程为：设计洪水位+1.00 m安全超高=19.61 m～19.60 m～19.66 m,设计堤顶宽度为6 m,考虑到堤顶防汛道路路面厚度,则需对堤顶高程低于设计高程超过0.4 m、堤顶宽度低于6 m以及堤防坡比不足1∶3的堤段进行堤防加培。对于与堤顶设计高程相差不足0.40 m堤段,利用堤顶新建路面及路肩加高培厚堤身,对于迎水坡坡比稍陡于1∶3的堤段,均采用新建护坡来整理坡面达到设计标准。

4 堤防防渗加固方案

安庆市大观区广成圩双福潭段桩号K14+200～K15+200段为皖河段,该段堤防筑堤土料为粉质黏土及粉细砂,虽然广成圩经过多次除险加固设计,但由于受资金限制,部分堤段实施堤身断面未达标,2020年汛期,该段堤防堤后出现渗漏、散浸等险情,为确保广成圩能够抵御皖河洪水,保障广成圩内人民群众安全,需对该段堤防进行防渗处理。

针对堤防（K14+200～K15+200）填筑质量差,渗漏严重的情况,根据目前的施工技术水平,目前防渗处理措施主要包括：粘土劈裂灌浆、多头小直径深层搅拌桩防渗墙、冲抓套井粘土井柱防渗墙。

（1）方案一：粘土劈裂灌浆防渗墙

粘土劈裂灌浆采用高压注浆工艺,灌注合适的泥浆以改善土层性质。劈裂灌浆可打破坝体原有的应力不平衡,形成新的应力平衡。同时,泥浆在垂直方向形成防渗帷幕,提高了坝体的稳定和防渗能力。

方案布置：平行堤防堤顶轴线方向布置劈裂灌浆防渗墙,灌浆孔深入堤基1.0 m,形成一道悬挂防渗墙,防渗墙顶部高程为18.63 m～18.66 m,底部深入堤基1 m。

（2）方案二：多头小直径截渗墙

多头（一般多为三钻头）小直径防渗墙技术,是在单头和双头小直径深层搅拌技术上发展起来的,运用特制的多头小直径深层搅拌桩机强制拌和水泥和软土后形成的水泥土桩,渗透系数小,桩体搭接成墙后,可形成连续截渗墙体。

多头小直径搅拌桩成墙不受地下水位影响,施工简单,工序少,且成墙成本低,效果好,在长江淮河中下游堤防应用广泛。

方案布置：平行堤顶轴线,在迎水侧距迎水坡坡顶2 m位置布置防渗墙,为悬挂式防渗墙,墙深约11 m,防渗墙顶部高程为18.63 m～18.66 m,底部进入堤基深度1 m。初步选用桩径为450 mm,叶轮直径407 mm,搭接处成墙厚度不小于250 mm,桩间搭接120 mm,可满足防渗墙厚度的要求。防渗墙成墙平均高度11 m。

（3）方案三：冲抓套井粘土截渗墙

采用冲抓套井粘土井柱成墙利用冲抓锥成孔后回填粘土,井柱连续形成一道粘土心墙,心墙渗透系数小,可起到截渗的作用,在成墙的过程中,夯实心墙会挤压周围的土体,破坏存在的空隙裂缝,利于堤坝的稳定。

方案布置：防渗墙顺水流方向布置在堤顶临水侧,采用单排井柱成墙,成墙高度同堤顶高程为18.63 m～18.66 m,底部进入堤基1.0 m。

粘土允许渗透坡降[i]=7.5,经计算井柱防渗墙的厚度取0.8 m。井柱直径取1.1 m,确定孔距为0.8 m。

本次选取三种截渗方案,对上述方案进行比选。

三种方案均可满足设计需要,根据方案布置,各方案工程量和投资见表3。

表3 堤防防渗加固方案投资比较表

方案一：优点是工程造价低,施工场地要求较低,施工方便,不受河道水位的影响。缺点是施工质量控制难度大,只能在短期内发挥效应,随着时间的推移,又会产生渗水现象。故不能作为长期防渗措施。

方案二：优点是工程造价低,施工场地等要求和方案基本一致,但是相对方案一,成墙质量好控制,成墙效果好,可长期发挥作用。

方案三：优点是工程采用粘土回填,成墙效果好,且工程质量好控制,缺点是土料要求较高,施工进度慢,合适土源取土场距离较远,运输成本高。

三种方案在技术上均可行,但是考虑到方案一质量难以控制且不能保证长期效果,方案三土料质量要求高,项目区附近无合适土源,远距离运送造价高。

防渗加固设计选择采用多头小直径截渗墙方案。

5 结语

安庆市大观区广成圩双福潭段防洪工程堤防设计根据相关的规划、标准,对堤身加培,提高了堤防的防洪标准,解决了渗漏的安全隐患,结合工程所处的环境,采用了相关的防护措施,既满足了防洪的需要,同时兼顾了景观生态的要求。