填塘壓滲技術在河道整治中的應用分析

□楊長庚 □蘇衛濤 □陳玉培（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1 存在的問題

賈魯河在西華縣境內全長34.37km，集水面積160km2，共涉及7 個鄉鎮，人口11 萬人，耕地1.17 萬hm2，是該縣糧、棉、油生產基地。由于種種原因，西華段賈魯河多年來未進行系統治理。流域內地表土壤大部分為沙土、沙壤土防沖能力差，水土流失比較嚴重，導致河道淤積，排水能力日漸衰減，現河槽寬度僅27.00m 左右，過流能力約100m3/s，僅為3a 一遇除澇流量的26%，加之兩岸基本無堤防，沿線洪澇災害頻繁發生。

西華縣城區段河道兩岸基本沒有堤防，生產生活區沿河兩岸分布。河灘內密布藕塘、魚塘，深度多在1～4m，最深的達9m左右。坑塘的存在帶來兩個問題，首先，導致筑堤土源缺乏，給堤防填筑帶來困難；其次，坑塘增加了堤身的相對高度，減少了滲徑長度及覆蓋層厚度，使得侵潤線升高，出逸坡降增大，危及堤防安全。

2 設計應對

2.1 土料匱乏的應對

2.1.1 堤型比選

按照要求，西華城區段防洪標準為20a 一遇，堤防超高1.50m。現狀河道和灘地的寬度為190～275m，兩岸均為生產生活區，堤距在保證堤線平順、盡可能減少拆遷的原則下規劃為220～275m。土堤是我國江河、湖、海防廣為采用的堤型。土堤具有就近取材、便于施工、能適應堤基變形、便于加修改建、投資較少等特點，堤防設計中往往作為首選堤型。賈魯河沿岸已有堤防也都采用土堤。但是西華城區段河灘上密布坑塘，導致灘區筑堤料缺乏，且沿河兩岸生產生活區密集，針對這種現狀，擬定兩種方案進行必選，具體是：

方案一：兩側堤防均采用斜坡式均質土堤，堤頂高程按防洪水位加1.50m 安全超高計，內、外邊坡均為1:3，堤頂寬6m。方案二：兩側堤防采用土堤+防浪墻的型式。土堤頂高程為20年防洪水位加0.50m，防浪墻頂部高程為20年防洪水位加1.50m，土堤內、外邊坡均為1:3，堤頂寬6m。對兩方案的堤防填方、堤防占地、防浪墻等工程量進行對比，具體詳見表1。

表1 堤防規劃方案對比表

方案一、二在施工難度上差別不大，施工均較為簡單；方案二節約了占地。目前，城區段沒有堤防，河灘地不屬于國有土地，占地補償在投資中占較大比例，節約占地將帶來可觀效益。而且方案二減少了填方，使總投資較方案一小。因此，推薦方案二（土堤+防浪墻方案）。這也說明在城鎮附近場地受限制且取土困難的條件下，修建防浪墻是經濟合理的。

綜上所述，為盡可能減少堤防占地，增加行洪寬度，減少填方，對城區段兩岸采用“土堤+防浪墻”的堤防型式。

2.1.2 防浪墻

防浪墻斷面設計為倒“T”型，墻身和基礎均采用C20 鋼筋混凝土。防浪墻由擴大基礎、墻體和立柱3 部分組成。基礎為寬1m，厚0.35m 的C20 混凝土結構，埋置于堤頂以下0.30m。墻體為高1.30m，厚0.30m 的C20 鋼筋混凝土結構，堤頂以上外露1m。為適應堤防地基沉降，防浪墻沿水流方向每隔15m 預留一道變形縫，縫寬2cm，縫內用閉孔泡沫板填塞，迎水面2cm密封膠抹縫。按照《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）要求進行防浪墻穩定計算。由于防浪墻均位于設計洪水位以上，其底板底部不承受揚壓力，計算工況選擇完建期。

2.1.2.1 防浪墻基底壓應力驗算

按《水閘設計規范》（SL265－2001），墻底應力按下式計算：

式中：Pmax—防浪墻底板應力的最大值或最小值；ΣG—作用在防浪墻底板上的全部豎向荷載；ΣM—作用在防浪墻上的全部豎向和水平向荷載對基礎底面形心軸的力矩；W—防浪墻基底面對該底面形心軸的截面距。經計算，防浪墻最大基底應力為24kPa，滿足承載力要求。

2.1.2.2 不均勻系數計算

式中：η—壓應力最大值與最小值的比值，中等堅實地基的基本荷載組合取2。經計算，不均勻系數η＝1.21，滿足穩定要求。

一般情況下，防浪墻只有防浪要求，沒有擋水要求，墻體前后填土高程相同，土壓力產生的水平力相抵消，防浪墻抗滑、抗傾穩定靠本身自重即可滿足穩定要求。防浪墻需在堤身沉降基本完成后進行。

2.2 填塘壓滲

城區段河灘上密布坑塘，這些坑塘在汛期隨著河道水位的升高，背水側堤基的滲透出逸比降逐步增大，一旦超過堤基的抗滲臨界比降，就會產生管涌等滲透破壞，給堤防的安全帶來隱患，所以必須進行治理。針對這些特殊地段，工程地質勘察報告建議采用固灘、灌漿防滲、填平坑塘、堵塞滲水通道等措施延長滲徑。但是填塘壓滲是最為簡單易行、節省投資且效果較好的防止滲透破壞的處理辦法。

填塘壓滲法就是將堤后部分坑塘以透水性相對較好的土料填筑，延長水流滲徑，減小滲透壓力，以防止堤基滲流對表層土的滲透破壞。壓滲蓋重寬度可根據布萊蠕變比進行近似判斷：

式中：CB—透水地基的堤防布萊蠕變比，細砂或粉土的CB值取18；X1—上游鋪蓋的有效長度，m；L—大堤底寬，m；X—背水壓滲蓋重戧體的寬度，m；h—大堤的凈水頭，m。

經計算分析，當背水壓滲蓋重的寬度達到20m 時，布萊蠕變比大于允許值。因此，根據計算成果并參考沙潁河等已建堤防工程，填塘寬度采用20m。

具體設計：堤防迎水側堤腳5m 范圍內、背水側堤腳20m范圍內所有坑塘均填至附近地面高程，末端以1:3 坡與塘底連接。當背水側坑塘寬度<20m 時，以實際寬度和深度進行填筑。迎水側填料宜采用粘性土以增加滲徑，背水側填料宜選用砂性土，以有效降低堤基滲透壓力，防止滲透破壞。填料應適當碾壓、平整，背水側填料表面撒草籽或栽植草皮防護。

3 結語

在城鎮附近場地受限制且取土困難的條件下，修建防浪墻往往是經濟合理的。由于土堤沉降不穩定易導致防浪墻止水破壞，故新建防浪墻需在堤身沉降基本完成后進行。針對多坑塘堤段的堤防穩定，填塘壓滲是最為簡單易行、節省投資且效果較好的防止滲透破壞的處理辦法。對設計來說，運用布萊蠕變比近似判斷壓滲蓋重寬度不需要復雜計算，簡單可行。