舊繞陽河堤防防滲加固方案研究

(遼陽市水資源管理局，遼寧 遼陽 111000)

盤錦市一直將防洪減災(zāi)工程建設(shè)作為水利工作的重點(diǎn)，針對境內(nèi)水系的特點(diǎn)開展了較大規(guī)模、較全面的河流整治工作。其中，境內(nèi)4條大型河流的干流綜合整治工作已基本完成，形成了統(tǒng)一的防洪減災(zāi)體系，共同發(fā)揮防洪效益。但盤錦市境內(nèi)的部分中小河流仍存在防洪標(biāo)準(zhǔn)較低、抵御常規(guī)洪水能力差、工程設(shè)施不完備或有不同程度損壞等情況，已成為限制當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的不利因素，治理需求極為迫切。

舊繞陽河防滲加固工程以人與自然和諧相處為生態(tài)治水理念，綜合運(yùn)用新材料、新技術(shù)，對堤防采取加固、防滲處理、生態(tài)護(hù)坡等措施，對恢復(fù)河道行洪排澇、保障堤防安全等作用明顯，有利于改善水環(huán)境、維護(hù)河道生態(tài)系統(tǒng)，對實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

1 工程概況

舊繞陽河位于遼河下游右岸，是小柳河最大的一條支流，是臺安縣和盤山縣的界河。舊繞陽河全長13km，流域面積212.5km2，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，堤防工程等別為Ⅳ等，相應(yīng)建筑物級別為4級。

舊繞陽河防洪工程以堤防工程為主體，自20世紀(jì)80年代起，部分堤防隨遼河整治工程一同進(jìn)行了治理，但仍存在治理不徹底，防洪標(biāo)準(zhǔn)不達(dá)標(biāo)，部分河段防洪隱患嚴(yán)重等問題。舊繞陽河堤防目前存在的主要問題如下：

a. 舊繞陽河堤防是遼河的回水堤，相對于遼河設(shè)計(jì)水位，部分堤段堤頂高程達(dá)不到20年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

b.現(xiàn)有部分堤防斷面不能滿足堤防設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，有些堤段頂寬不夠，邊坡較陡，堤防斷面較窄小，堤頂、堤身多沖溝坑洼不平。

c.沿河地質(zhì)條件較差，多為粉土細(xì)砂，因此砂堤砂基較多，尤其是采用泥漿泵施工的河段質(zhì)量更差，每當(dāng)發(fā)生大洪水的時候，常出現(xiàn)滲水和管涌的現(xiàn)象。

舊繞陽河河床比降小，在遼河干流洪水的頂托作用下，舊繞陽河泄流緩慢，河段經(jīng)歷高水位時段較長，堤防經(jīng)長時間浸泡，再加上堤防的質(zhì)量隱患，堤身薄弱斷面易發(fā)生決口，造成盤山縣高升、陳家兩個鎮(zhèn)被淹，人民生命財(cái)產(chǎn)將遭受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

2 堤防加固工程方案

舊繞陽河堤防工程上游起于盤臺交界(三角村)，下游止于前進(jìn)站，擬治理舊繞陽河右岸堤防10.335km。工程主要內(nèi)容包括堤防加固和堤防防滲。

2.1 堤防加固方案

舊繞陽河現(xiàn)有堤防走向合理，連接平順。沿用原有堤線，在老堤基礎(chǔ)上培厚加高，使加固后的沿線堤防達(dá)到20年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。堤身橫斷面型式為梯形。迎背水坡坡比分別為1∶2.5和1∶3.0。因堤防背水坡的村屯距離堤腳較近、房屋相對密集，征占土地難度較大，因此堤防加固采用迎水坡培厚加高的形式，背水坡按設(shè)計(jì)坡度削坡整形。堤頂寬度5.0m，堤頂設(shè)4.5m寬、0.3m厚的砂礫石防汛路。在提高堤防穩(wěn)定性、擴(kuò)大滲流斷面的同時，兼顧汛期交通運(yùn)輸?shù)男枨?。為防止降水和風(fēng)力對堤防的自然侵蝕，堤防主體施工結(jié)束后，在迎、背水坡表面人工撒播草籽結(jié)合自然恢復(fù)形成生態(tài)護(hù)坡。有效降低水土流失概率，創(chuàng)建生態(tài)、環(huán)保工程。

2.2 堤防防滲方案

2.2.1 防滲措施選擇

2.2.1.1 坡面防滲措施選擇

舊繞陽河堤壩現(xiàn)狀部分堤身斷面矮瘦，筑堤時采用泥漿泵抽取河灘地抗沖能力較差的粉土和粉細(xì)砂修筑，基本為無護(hù)面措施的“赤膊堤”。歷經(jīng)多年雨水沖刷和洪水侵蝕，坡面溝壑遍布，不利于堤身穩(wěn)定的同時也造成了坡面滲流隱患。目前，國內(nèi)堤坡防護(hù)的主要工程措施有黏土鋪蓋、漿砌塊石、混凝土面板、復(fù)合土工膜防滲和機(jī)織模袋混凝土等，各種方案比較見表1。

表1 坡面防滲措施比較

舊繞陽河土堤歷次加固過程都是簡單的就地取土，在原堤基礎(chǔ)上加高培厚。雖堤防斷面能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，但受風(fēng)力、雨水和洪水侵蝕等因素的影響，坡面防沖防滲能力較差，坡面溝壑遍布?？紤]到采用機(jī)織模袋混凝土、混凝土面板護(hù)坡及漿砌石護(hù)坡不利于生態(tài)平衡，且投資大、施工進(jìn)度慢、成本較高等不利因素，本工程堤坡防滲擬采用黏性土鋪蓋加復(fù)合土工膜、上覆草皮護(hù)坡的防滲方案。同時該方案較其他方案造價低、施工工藝簡單，施工進(jìn)度快，且對自然環(huán)境影響較小，無污染，可打造生態(tài)環(huán)保工程。

2.2.1.2 堤基防滲措施選擇

舊繞陽河堤身、堤基多為砂性土，堤防迎水坡緊靠河灘地，鋪蓋空間不足，且缺土量大，水平鋪蓋方案不具備施工條件。針對目前國內(nèi)常用的堤基防滲加固方法，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，得出推薦方案。分析過程見表2。

經(jīng)過比選，本設(shè)計(jì)中無穿堤建筑物堤段的加固方案選用垂直鋪塑法；有穿堤建筑物堤段的加固方案選用高噴灌漿法。

表2 堤基防滲加固方案分析對比

2.2.2 防滲方案

2.2.2.1 坡面防滲方案

坡面防滲選取0.5mm厚的復(fù)合土工膜，為防止土工膜與填筑土體間出現(xiàn)平面滑動，迎水坡的堤身清基0.3m后，采用鋸齒形鋪設(shè)(深度0.5m，間隔1.25m)，鋪膜范圍從堤腳至設(shè)計(jì)水位以上0.5m高程處。為防止土工膜沿坡面滑動，土工膜上端埋入0.3m×0.4m的防滑槽，分2～3次回填至槽口，夯實(shí)，防止坍塌。土工膜的另一端與堤基處水平鋪設(shè)的土工膜搭接。土工膜搭接方式選用順?biāo)鞣较蛏嫌螇合掠瓮凉つさ男问?，搭接長度不小于2m，以提高防滲體的穩(wěn)定性。

2.2.2.2 垂直鋪塑防滲方案

a.帷幕位置。根據(jù)工程的實(shí)際情況，結(jié)合地形、施工條件及要求，擬在堤防迎水坡一側(cè)堤腳布置垂直鋪塑防滲帷幕。施工方法為開槽法，槽線位置位于迎水坡堤腳外5.0m處。施工過程中，若有影響施工的樹木及彎道，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整開槽位置。

b.帷幕長度。根據(jù)地勘報告及滲流穩(wěn)定計(jì)算分析，需要進(jìn)行防滲處理的右岸堤段治理總長度為10335m?？紤]到部分堤段存在穿堤建筑物，垂直鋪塑施工時將受到影響。所以存在穿堤建筑物的堤段(長130m)擬采用高壓噴射灌漿技術(shù)代替進(jìn)行防滲處理。

c.帷幕深度。由于本工程所在位置相對不透水層較深，帷幕深度可選用1～1.5倍堤前水深，形成懸掛式防滲帷幕，可有效降低浸潤線、延長背水坡堤腳產(chǎn)生滲流的時間?？紤]到盤山縣的重要經(jīng)濟(jì)地位和舊繞陽河防洪安全的重要性，結(jié)合施工機(jī)具、工藝技術(shù)和類似工程成功經(jīng)驗(yàn)，綜合確定該工程的防滲帷幕深度為8m。

d.帷幕厚度。類似堤防加固工程實(shí)踐表明，0.5mm厚的復(fù)合土工膜能夠滿足不同施工條件下的應(yīng)力要求，具有良好的彈性和抗變形能力，而且抗老化能力強(qiáng)，綜合考慮采用垂直鋪設(shè)0.50mm厚的LDPE低密聚乙烯土工膜。

2.2.2.3 高壓噴射灌漿防滲方案

a.高噴防滲板墻的布置。本工程迎水側(cè)堤腳垂直鋪塑施工需要4m寬的施工平臺，受穿堤涵洞影響，現(xiàn)有垂直鋪塑設(shè)備無法靠近建筑物基礎(chǔ)，不能形成連續(xù)的防滲帷幕。所以對存在穿堤建筑物的堤段擬采用高噴灌漿方案法進(jìn)行防滲處理，防滲總長度130m。

高噴防滲板墻立面呈矩形，布置在迎水坡堤腳。防滲深度與垂直鋪塑深度相同，即自堤腳地面深入堤基以下8.0m。帷幕軸線布置在迎水坡堤腳外5m處，與垂直鋪塑防滲帷幕軸線在同一條線上。防滲板墻總面積1040m2。

b.墻體的性能指標(biāo)。高壓噴射灌漿防滲板墻滲透系數(shù)不大于3×10-6cm/s，平均厚度可達(dá)到150mm，能夠保證防滲墻體與穿堤涵洞的緊密連接，具有較好的整體性和連續(xù)性。

2.2.2.4 帷幕體連接方案

a.鋪蓋與水平土工膜連接。垂直防滲帷幕施工前，應(yīng)在迎水側(cè)堤腳向外8m范圍內(nèi)進(jìn)行清基處理。清除尖角雜物、枯草樹根等，清基厚度0.3m。在距堤腳5m處開槽布置基礎(chǔ)防滲帷幕，土工膜一端應(yīng)靠向槽口一側(cè)鋪設(shè),預(yù)留長度不小于2m(本設(shè)計(jì)上部預(yù)留5m土工膜)，并壓入防滑槽。土工膜完成全部鋪設(shè)工作后，膜上壓蓋0.8m厚(垂直于壩坡方向)的黏性土填筑至設(shè)計(jì)斷面堤頂。

b.高噴灌漿段與水平土工膜連接。鋪設(shè)土工膜時，防滑槽位于灌漿中心軸線靠近河道一側(cè)，在防滑槽底部鋪設(shè)一層透水性較差的黏土，厚度為0.1m，然后再鋪設(shè)土工膜。

c.垂直鋪塑與高壓噴射灌漿防滲連接。高噴防滲板墻與相鄰垂直鋪塑施工連接時，兩者防滲帷幕的軸線要布置在同一條直線上，施工時兩邊各有10m重合。首先進(jìn)行垂直鋪塑，然后進(jìn)行高壓噴射灌漿，并且高噴灌漿孔與垂直鋪塑帷幕軸線要盡量接近。高噴灌漿連接部位施工時，灌漿方式由擺噴折接改成擺噴對接。

采用堤基垂直鋪塑防滲(穿堤建筑物結(jié)合處采用高壓噴射灌漿)和堤身迎水側(cè)鋪設(shè)復(fù)合土工膜的處理方式(見圖1)，在迎水側(cè)形成一道懸掛式防滲帷幕，截?cái)酀B流通道，延長滲徑，可有效地防止?jié)B流破壞，保障堤防工程安全。

圖1 舊繞陽河堤防防滲加固示意 (單位：mm)

3 結(jié) 語

通過盤山縣舊繞陽河堤防防滲加固工程的實(shí)際運(yùn)用效果分析，堤防除險加固工程還有以下值得注意的問題：

a.堤防工程具有復(fù)雜性，要根據(jù)不同的水文地質(zhì)條件、填筑材料等，從安全性能、實(shí)施效果、性價比、可行性等方面綜合考慮這些技術(shù)的應(yīng)用，確定適合的堤防整治方案。

b.堤防險情具有潛伏性和發(fā)展性，因此要加強(qiáng)管理和巡查，推廣應(yīng)用有效的堤防隱患探測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，采取有效措施，確保堤防穩(wěn)定和安全。

c.不能忽視工程對環(huán)境的影響。堤防除險加固工程完成后將對原有的地質(zhì)條件、地下水補(bǔ)給關(guān)系等造成的長期影響是不可忽視的。

d.加強(qiáng)水生態(tài)環(huán)境保護(hù)，嚴(yán)格禁止影響河道行洪排澇和生態(tài)建設(shè)的傾倒垃圾、占用水域、排放污染物等行為，加大河道法律、法規(guī)的宣傳力度，建設(shè)與管理雙管齊下，提高群眾保護(hù)河道、維護(hù)水生態(tài)的意識，最終實(shí)現(xiàn)“人水和諧”。