三嶼圍海堤防洪工程技術的應用與研究

肖 鵬

（惠州市惠東縣廣源水利水電工程勘測設計有限責任公司，廣東 惠州 516000）

當今社會在飛速發展,雖然我國的海堤防洪工程也在不斷的發展，對洪水臺風海嘯等自然災害的抗擊有很大的幫助,但是水患不僅危害無窮而且無處無在,影響了人們正常的生產生活，威脅了人們的生命財產安全，不利于經濟的可持續健康發展。因此，海堤防洪工程的設計質量和安全以及防御能力成了人們重點關注的問題。

1 工程概況

經分析，某海堤工程現有堤防普遍存在堤身滲漏、裂縫等問題。為減少防護區內洪水災害，保護人民生命財產安全及穩定社會經濟發展，擬采用綜合治理的方式加固堤防，提高防護區防洪標準。需綜合治理的堤防防護岸加固范圍總長為5.731km，堤建筑物級別與堤防級別相同，均屬于4級工程，其它次要建筑物屬于5級工程，處治后防洪標準提升至20a。堤防護岸及穿堤建筑物屬于主要的加固治理對象，目標在于提升水工設施的防洪、排澇水平[1]。

2 地質條件

若按照地質新老來劃分，可將地層地質情況分為以下4種：

1）人工填土。人工填土由黏性土、少量砂礫及碎石組成，顏色呈黃褐、紅褐、灰黃等色，濕度為稍濕，松散稍密，土質不均勻，平均層厚為3.55m。

2）沖積層。沖積層由粉粒、少量砂礫及黏粒組成，顏色呈紅褐、灰黃等色，濕度較大，可塑性較強，平均層厚為3.86m，巖芯呈土柱狀，韌性和干強度均良好，

3）粉質黏土。粉質黏土由粉粒和黏粒組成，顏色呈灰黃色，濕度較大，可塑性較強，干強度和韌性良好，巖芯呈土柱狀，平均層厚為12.50m。

3 堤防護岸加固設計

3.1 加固方案

分析地質測繪及勘探資料分析治理段堤防護岸的情況，并選擇具有典型性、代表性的布頭段作為典型堤防護岸。根據該典型堤防護岸地層和問題現狀，確定該典型堤防加固段總長為2.2km，執行20a一遇洪水標準，起推水位為98.664m，水面線糙率約為0.030~0.033。

根據因地制宜的原則，沿現有河岸導線布置該段堤防導線，并適量增加前后坡的高度與厚度，恢復重建堤頂水泥交通路。同時，鑒于該段現有堤頂高度與設計堤頂高度差距較小，二者基本呈等高狀態，所以可將現有堤頂內邊線向外偏移5m作為治導線，且加寬堤頂，加寬寬度要保證在5m以上，以此實現加高培厚的目標。另外，部分堤段不做改動，堤頂高度維持原狀。考慮到交通出行要求，加寬路面和重建堤頂路面的寬度均不可少于5m，路面結構應保持平整和穩定。

3.2 斷面設計

土堤頂面高程以高出設計靜水位0.5m以上為準進行控制，條件允許時，盡可能保留原堤頂交通路面，減少工程量，充分利用既有結構。堤頂增加設計防浪墻培厚前坡，保障既有堤防設施的有效性以及降低施工成本。在增設防浪墻后，能夠有效提高土面和土堤的穩定性，恢復重建的堤頂路面遵循原路面施工標準，采用的是C25混凝土。新建防浪墻，高度控制在0.5~1.2m。

由于該段堤防后為民用建筑，且堤前灘涂地僅長0.8km，面積較小。因而，在堤頂背水側修筑排水溝，凈寬、凈高均為0.4m，防護措施是在頂部設格柵蓋板。采用漿砌石在護岸擋墻外側固腳，并以回填的方法處理堤內坡，堤外坡護岸維持原狀，不增設新結構。

4 穩定性分析

4.1 滲透穩定性

分析治理段水文地形地質情況與堤防現狀，綜合考慮堤防工程設計等級要求、現有工程資料，計算、分析堤防滲流及滲透穩定性。根據滲流計算結果，進一步明確滲流場內滲流量、滲透水頭等參數，據此判斷確定其滲透穩定性。因而，必須開展科學的滲透計算，采用合適的滲流計算方法，確定可能遭受破壞并影響整個堤防質量的堤段。在該堤防工程中，迎水側水位從設計水位下降至3m歷時48h，根據水位變化及整個過程耗費的時長進行滲透穩定分析，客觀評價堤防的應用效果。

滲透穩定分析對象較多，此處以布頭段BT1+500為例，做相應的分析。該段土層平均厚度為11.72m，孔隙比為0.844，滲透系數為4×10-6cm/s。選擇 “AutoBANK-水工結構有限元分析系統”作為分析軟件。滲流穩定計算成果具體如表1所示。

表1 滲流穩定計算成果表

滲流穩定性計算結果表明，按綜合加固方案施工后，各典型斷面均可滿足滲流穩定性要求，表明設計的綜合加固方案具有可行性。

4.2 抗滑穩定性

根據土堤所處環境，分正常情況和非常情況進行土堤抗滑穩定計算。在壩頂防汛路中間范圍施加q=3.5kN/m2荷載，分別計算正常情況與非常情況下的土堤抗滑穩定性。首先，考慮背水側、迎水側的堤坡是否穩定，再做進一步的分析。具體而言，背水側堤坡穩定時，迎水側水位為設計洪水位，背水側水位等同于地面高程，此時的堤身浸潤線可根據滲流穩定性的計算結果分析確定；而對于迎水側堤坡穩定的情況，需要重點關注內河水位的變化，在此條件下迎水側水位從設計水位下降至3m，共經歷48h。其次，在非常情況下，迎水側和背水側水位差異明顯，并且特征表現不一，具體表現為迎水側水位無滲流，背水側水位為現狀地面。

采用“AutoBANK-水工結構有限元分析系統”作為分析軟件。經計算分析可知，正常情況時，穩定滲流期迎水側水位驟降48h后，由原本的103.83m降低至100.25m；非常運行條件下，迎水側水位無滲流。在本工程的抗滑穩定性計算分析中，采用的是適應于4級堤防的瑞典圓弧法，顧及堤防使用過程中的各類條件，主要分為正常運行和非正常運行兩種情況，分別計算各自的抗滑穩定安全系數，計算結果表明，兩種情況分別為1.15、1.05。正常及非常運行條件下抗滑穩定計算成果見表2。

表2 抗滑穩定計算成果表

分析抗滑穩定性計算成果表可發現，按綜合加固后的迎水坡、背水坡在正常及非常運行條件下均能滿足抗滑穩定標準的要求。

5 穿堤建筑物設計

5.1 穿堤排水涵閘設計

根據現場勘測資料的說明，可確定在擬治理布頭段防洪堤沿線分布有2座鋼筋混凝土結構的穿堤排水閘，均通過手動啟閉鑄鐵閘門的方式控制穿堤排水閘，從實際觀察結果和運行情況來看，雖有一些銹蝕，但其開啟和關閉功能正常，僅需要予以一定的維修養護。同時，混凝土結構的穿堤排水閘結構質量良好，過流能力、設計排水量基本滿足設計要求。因而，需要做好閘門及啟閉螺桿的除銹防腐工作，保證此類配套設施的可靠性，從而提升穿堤排水涵閘的運行效果。而上下游河道堵塞時，將影響排水閘過流順暢性，針對此問題，提出的是機械和人工配合疏通河道的應對方法。

5.2 穿堤涵管設計

5.2.1 過流計算

布頭1號涵管、2號涵洞均屬于無壓流短洞流態，根據此流態評價穿堤涵管的過流能力。布頭1號涵管、2號涵洞過流計算成果具體如表3所示。無壓流涵洞過流計算公式如下：

表3 穿堤排水涵管過流計算表

式中：Q為涵洞過流量，m3/s；α為動能修正系數，取1.05；ε為側收縮系數，取0.95；m為流量系數，取0.36；B為洞寬，m；g為重力加速度，取9.81m/s2；H0為進口水深，m。

穿堤排水涵管過流結果表明，布頭1號涵管過流能力良好，可達到設計要求，布頭2號涵洞未達到過流能力要求。為保障涵管過流能力的可靠性，需重建高標準、高品質的穿堤排水涵管。

5.2.2 穿堤涵管設計

精心挑選規格合適、材質可靠的排水涵管，從源頭保障施工質量。重建的布頭1號涵管為預制鋼筋混凝土Ⅱ級排水管，并設置鋼制拍門出水口。穿堤涵管壁厚為0.2m，重建后底高程為99.33m，10a一遇洪峰流量為2.3m3/s，過流能力為3.3m3/s。按照設計方案建設穿堤涵管后，有效提升了此水工設施的過流能力，經檢驗，其達到圍內排澇的要求。重建后的布頭2號涵洞穿堤涵管與布頭1號涵洞材質、規格相同，管長為23.7m，先在涵管布設現場設置厚度為0.35m的級配碎石，再施工厚度為0.1m的混凝土墊層，在平整、堅實的墊層布設涵管后，使涵管受力均衡，防止局部大幅度沉降。進水口、出水口均設置混凝土擋墻，材料采用C30混凝土，高度均為1.1m~2.5m，寬度均為2.5m。考慮到防護要求，澆筑C25混凝土，形成防護結構，出水口底板采用混凝土齒墻結構，設計寬度0.4m，深度1.3m，齒墻后方設置長度為3m、厚度為0.5m的塊石。考慮到滲透破壞易導致涵管失效的情況，在重建涵管中間設混凝土截水環。

5.2.3 穿堤涵管基礎處理

涵管施工現場的地基土以粉質黏土為主，易出現沉降問題。因而，必須在進、出口底板、拍門段底板位置換填0.35m厚的級配碎石，進行專業的碾壓密實處理，以減少涵底板沉降。同時，也需要在重建涵管中間位置設計刺墻，以發揮截流防滲的作用。

5.3 施工效果及建議

在實施綜合加固除險治理方案后，該海堤防洪工程的質量問題得到了有效治理，堤身安全穩定性顯著提升，水土流失范圍規模得到了控制，防治區周邊環境也有明顯改善。但考慮到施工效果和工程投資，在施工中應遵循“以防為主”“防治結合”的治理原則，科學安排工期，控制干擾面積，盡可能安排在旱季完成土石方的開挖與回填作業。

6 結 語

綜上所述，文章依托具體的堤防堤段的加固除險實例，先闡述了堤壩存在的問題，根據堤壩安全運行、耐久穩定的要求，提出堤壩除險加固方案，選取典型斷面，檢驗采取加固方案后堤壩的穩定性，結果表明堤壩穩定可靠，加固方案具有可行性。經過文章的研究后，為同類型的堤防加固工程積累了經驗，加深對防洪工程技術的認識。