三屿围海堤防洪工程技术的应用与研究

肖 鹏

（惠州市惠东县广源水利水电工程勘测设计有限责任公司，广东 惠州 516000）

当今社会在飞速发展,虽然我国的海堤防洪工程也在不断的发展，对洪水台风海啸等自然灾害的抗击有很大的帮助,但是水患不仅危害无穷而且无处无在,影响了人们正常的生产生活，威胁了人们的生命财产安全，不利于经济的可持续健康发展。因此，海堤防洪工程的设计质量和安全以及防御能力成了人们重点关注的问题。

1 工程概况

经分析，某海堤工程现有堤防普遍存在堤身渗漏、裂缝等问题。为减少防护区内洪水灾害，保护人民生命财产安全及稳定社会经济发展，拟采用综合治理的方式加固堤防，提高防护区防洪标准。需综合治理的堤防防护岸加固范围总长为5.731km，堤建筑物级别与堤防级别相同，均属于4级工程，其它次要建筑物属于5级工程，处治后防洪标准提升至20a。堤防护岸及穿堤建筑物属于主要的加固治理对象，目标在于提升水工设施的防洪、排涝水平[1]。

2 地质条件

若按照地质新老来划分，可将地层地质情况分为以下4种：

1）人工填土。人工填土由黏性土、少量砂砾及碎石组成，颜色呈黄褐、红褐、灰黄等色，湿度为稍湿，松散稍密，土质不均匀，平均层厚为3.55m。

2）冲积层。冲积层由粉粒、少量砂砾及黏粒组成，颜色呈红褐、灰黄等色，湿度较大，可塑性较强，平均层厚为3.86m，岩芯呈土柱状，韧性和干强度均良好，

3）粉质黏土。粉质黏土由粉粒和黏粒组成，颜色呈灰黄色，湿度较大，可塑性较强，干强度和韧性良好，岩芯呈土柱状，平均层厚为12.50m。

3 堤防护岸加固设计

3.1 加固方案

分析地质测绘及勘探资料分析治理段堤防护岸的情况，并选择具有典型性、代表性的布头段作为典型堤防护岸。根据该典型堤防护岸地层和问题现状，确定该典型堤防加固段总长为2.2km，执行20a一遇洪水标准，起推水位为98.664m，水面线糙率约为0.030~0.033。

根据因地制宜的原则，沿现有河岸导线布置该段堤防导线，并适量增加前后坡的高度与厚度，恢复重建堤顶水泥交通路。同时，鉴于该段现有堤顶高度与设计堤顶高度差距较小，二者基本呈等高状态，所以可将现有堤顶内边线向外偏移5m作为治导线，且加宽堤顶，加宽宽度要保证在5m以上，以此实现加高培厚的目标。另外，部分堤段不做改动，堤顶高度维持原状。考虑到交通出行要求，加宽路面和重建堤顶路面的宽度均不可少于5m，路面结构应保持平整和稳定。

3.2 断面设计

土堤顶面高程以高出设计静水位0.5m以上为准进行控制，条件允许时，尽可能保留原堤顶交通路面，减少工程量，充分利用既有结构。堤顶增加设计防浪墙培厚前坡，保障既有堤防设施的有效性以及降低施工成本。在增设防浪墙后，能够有效提高土面和土堤的稳定性，恢复重建的堤顶路面遵循原路面施工标准，采用的是C25混凝土。新建防浪墙，高度控制在0.5~1.2m。

由于该段堤防后为民用建筑，且堤前滩涂地仅长0.8km，面积较小。因而，在堤顶背水侧修筑排水沟，净宽、净高均为0.4m，防护措施是在顶部设格栅盖板。采用浆砌石在护岸挡墙外侧固脚，并以回填的方法处理堤内坡，堤外坡护岸维持原状，不增设新结构。

4 稳定性分析

4.1 渗透稳定性

分析治理段水文地形地质情况与堤防现状，综合考虑堤防工程设计等级要求、现有工程资料，计算、分析堤防渗流及渗透稳定性。根据渗流计算结果，进一步明确渗流场内渗流量、渗透水头等参数，据此判断确定其渗透稳定性。因而，必须开展科学的渗透计算，采用合适的渗流计算方法，确定可能遭受破坏并影响整个堤防质量的堤段。在该堤防工程中，迎水侧水位从设计水位下降至3m历时48h，根据水位变化及整个过程耗费的时长进行渗透稳定分析，客观评价堤防的应用效果。

渗透稳定分析对象较多，此处以布头段BT1+500为例，做相应的分析。该段土层平均厚度为11.72m，孔隙比为0.844，渗透系数为4×10-6cm/s。选择 “AutoBANK-水工结构有限元分析系统”作为分析软件。渗流稳定计算成果具体如表1所示。

表1 渗流稳定计算成果表

渗流稳定性计算结果表明，按综合加固方案施工后，各典型断面均可满足渗流稳定性要求，表明设计的综合加固方案具有可行性。

4.2 抗滑稳定性

根据土堤所处环境，分正常情况和非常情况进行土堤抗滑稳定计算。在坝顶防汛路中间范围施加q=3.5kN/m2荷载，分别计算正常情况与非常情况下的土堤抗滑稳定性。首先，考虑背水侧、迎水侧的堤坡是否稳定，再做进一步的分析。具体而言，背水侧堤坡稳定时，迎水侧水位为设计洪水位，背水侧水位等同于地面高程，此时的堤身浸润线可根据渗流稳定性的计算结果分析确定；而对于迎水侧堤坡稳定的情况，需要重点关注内河水位的变化，在此条件下迎水侧水位从设计水位下降至3m，共经历48h。其次，在非常情况下，迎水侧和背水侧水位差异明显，并且特征表现不一，具体表现为迎水侧水位无渗流，背水侧水位为现状地面。

采用“AutoBANK-水工结构有限元分析系统”作为分析软件。经计算分析可知，正常情况时，稳定渗流期迎水侧水位骤降48h后，由原本的103.83m降低至100.25m；非常运行条件下，迎水侧水位无渗流。在本工程的抗滑稳定性计算分析中，采用的是适应于4级堤防的瑞典圆弧法，顾及堤防使用过程中的各类条件，主要分为正常运行和非正常运行两种情况，分别计算各自的抗滑稳定安全系数，计算结果表明，两种情况分别为1.15、1.05。正常及非常运行条件下抗滑稳定计算成果见表2。

表2 抗滑稳定计算成果表

分析抗滑稳定性计算成果表可发现，按综合加固后的迎水坡、背水坡在正常及非常运行条件下均能满足抗滑稳定标准的要求。

5 穿堤建筑物设计

5.1 穿堤排水涵闸设计

根据现场勘测资料的说明，可确定在拟治理布头段防洪堤沿线分布有2座钢筋混凝土结构的穿堤排水闸，均通过手动启闭铸铁闸门的方式控制穿堤排水闸，从实际观察结果和运行情况来看，虽有一些锈蚀，但其开启和关闭功能正常，仅需要予以一定的维修养护。同时，混凝土结构的穿堤排水闸结构质量良好，过流能力、设计排水量基本满足设计要求。因而，需要做好闸门及启闭螺杆的除锈防腐工作，保证此类配套设施的可靠性，从而提升穿堤排水涵闸的运行效果。而上下游河道堵塞时，将影响排水闸过流顺畅性，针对此问题，提出的是机械和人工配合疏通河道的应对方法。

5.2 穿堤涵管设计

5.2.1 过流计算

布头1号涵管、2号涵洞均属于无压流短洞流态，根据此流态评价穿堤涵管的过流能力。布头1号涵管、2号涵洞过流计算成果具体如表3所示。无压流涵洞过流计算公式如下：

表3 穿堤排水涵管过流计算表

式中：Q为涵洞过流量，m3/s；α为动能修正系数，取1.05；ε为侧收缩系数，取0.95；m为流量系数，取0.36；B为洞宽，m；g为重力加速度，取9.81m/s2；H0为进口水深，m。

穿堤排水涵管过流结果表明，布头1号涵管过流能力良好，可达到设计要求，布头2号涵洞未达到过流能力要求。为保障涵管过流能力的可靠性，需重建高标准、高品质的穿堤排水涵管。

5.2.2 穿堤涵管设计

精心挑选规格合适、材质可靠的排水涵管，从源头保障施工质量。重建的布头1号涵管为预制钢筋混凝土Ⅱ级排水管，并设置钢制拍门出水口。穿堤涵管壁厚为0.2m，重建后底高程为99.33m，10a一遇洪峰流量为2.3m3/s，过流能力为3.3m3/s。按照设计方案建设穿堤涵管后，有效提升了此水工设施的过流能力，经检验，其达到围内排涝的要求。重建后的布头2号涵洞穿堤涵管与布头1号涵洞材质、规格相同，管长为23.7m，先在涵管布设现场设置厚度为0.35m的级配碎石，再施工厚度为0.1m的混凝土垫层，在平整、坚实的垫层布设涵管后，使涵管受力均衡，防止局部大幅度沉降。进水口、出水口均设置混凝土挡墙，材料采用C30混凝土，高度均为1.1m~2.5m，宽度均为2.5m。考虑到防护要求，浇筑C25混凝土，形成防护结构，出水口底板采用混凝土齿墙结构，设计宽度0.4m，深度1.3m，齿墙后方设置长度为3m、厚度为0.5m的块石。考虑到渗透破坏易导致涵管失效的情况，在重建涵管中间设混凝土截水环。

5.2.3 穿堤涵管基础处理

涵管施工现场的地基土以粉质黏土为主，易出现沉降问题。因而，必须在进、出口底板、拍门段底板位置换填0.35m厚的级配碎石，进行专业的碾压密实处理，以减少涵底板沉降。同时，也需要在重建涵管中间位置设计刺墙，以发挥截流防渗的作用。

5.3 施工效果及建议

在实施综合加固除险治理方案后，该海堤防洪工程的质量问题得到了有效治理，堤身安全稳定性显著提升，水土流失范围规模得到了控制，防治区周边环境也有明显改善。但考虑到施工效果和工程投资，在施工中应遵循“以防为主”“防治结合”的治理原则，科学安排工期，控制干扰面积，尽可能安排在旱季完成土石方的开挖与回填作业。

6 结 语

综上所述，文章依托具体的堤防堤段的加固除险实例，先阐述了堤坝存在的问题，根据堤坝安全运行、耐久稳定的要求，提出堤坝除险加固方案，选取典型断面，检验采取加固方案后堤坝的稳定性，结果表明堤坝稳定可靠，加固方案具有可行性。经过文章的研究后，为同类型的堤防加固工程积累了经验，加深对防洪工程技术的认识。