城區段堤防加固相關設計問題及創新應用的思考

張 策，姚怡斐

（1.浙江省錢塘江管理局勘測設計院，浙江 杭州 310020；2.浙江省錢塘江流域中心，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

隨著城市經濟的快速發展，城區堤防工程的重要性逐步提高，顯現出來一些問題：一是高程未達標。部分地區一方面由于上游的規劃工程一時無法完全落地，一方面由于自身沉降、交叉建筑物的興建等原因導致水位壅高，致使現狀堤防無法達到原設計的防洪標準。二是堤身不密實。在上一輪堤防建設中，主要側重老堤加固或堤防新建。老堤多為雜填土，滲透系數大，存在滲流安全隱患；新建堤防的堤身多為吹填土，壓縮系數較大，經多年運行后，堤身土方與上部硬質化堤頂逐漸脫開連接，形成堤身空洞。三是制約因素多。由于城區段堤身背水坡現狀景觀綠化普遍完好，且堤頂已作為周邊居民與水環境連接的重要紐帶，所以在建設時需要考慮既不破壞現狀堤身背水坡上部的景觀設施，又不能在堤頂加高后阻斷人與水的和諧關系。

曹娥江為錢塘江下游的最大支流，由南向北流經紹興市新昌縣、嵊州市，至上虞區注入錢塘江。其中上虞城區段堤防起始于鐵路大橋，終止于舜江大橋，兩岸全長約5 km，該段堤防已于2000—2005 年實施城防建設工程，歷經約20 年的運行管理后，堤防已逐漸出現上述問題。本文以上虞區曹娥江（城區段）堤防的建設現狀為基礎，以安全為出發點，結合景觀、民生等要素進行分析梳理，對城區段堤防提出改造提升的方案設想，總結創新點，為相關城區段工程的設計工作提供新思路（見圖1）。

圖1 本文分析思路圖

2 堤頂加高

2.1 方案設想

堤頂加高的設計方案本質上是將設計堤頂高程加高與降低人水之間高差兩個方面相統一。上虞城區段堤防的堤頂小擋墻高0.7 m，根據規劃[1]及相關安全評價報告[2]的計算，本段堤防需在此基礎上加高約1.0 m?？紤]到高差較大且工程位于城區，若將現狀0.7 m 高的小擋墻按照傳統的混凝土方案加高至1.7 m，則較大程度上影響周邊居民與曹娥江的人水和諧關系。因此，本文提出2 種方案：一是采用移動式防洪墻方案（見圖2），高水位臨時加高，低水位時則拆除恢復原狀[3]；二是采用箱型堤頂加高方案（見圖3），即堤頂小擋墻采用玻璃欄桿加高[4]，堤頂路面同步采用箱型鋼筋混凝土加高以消除高差。設計方案比選見表1。

圖2 移動式防洪墻方案圖

圖3 箱型堤頂加高方案圖 單位：cm

表1 堤頂加高方案比選表

方案的選擇主要從以下考慮因素出發：一是結構安全性。箱型堤頂加高不僅可通過減載提高安全性，還可以在后續的堤防提標工程中留有安全裕度。二是施工連續性?？紤]到堤頂同樣需要開挖以進行防滲及加固處理，可結合箱型堤頂加高方案一并實施。三是工程影響力。城區段堤防工程的線路長、投資大，而本工程中除堤頂以外均為隱蔽工程，在箱型堤頂加高方案實施后，人與水之間無實體小擋墻阻隔，消除了視覺障礙，此外，下部設有埋地照明系統，為市民增加夜間游玩及休憩空間。

2.2 方案創新設想說明

在安全性方面，通過箱型結構置換土方以減少堤頂荷載，從而削減堤身下滑力，減緩老擋墻后側土壓力，提高堤身整體穩定系數；在便民性方面，增加堤頂高程的同時削減人水高差，保護現狀景觀及周邊建筑的完整性，在箱體頂部布設燈光設施，內側箱體可作為防汛倉庫或便民設施存放點，提供“地下儲藏室”功能，加強應急搶險與防汛儲備保障。

3 堤身防滲及加固

上虞城區段堤防主要分為2 類：一類為雜填土區段。部分區段的堤防大多是在早期土埝的基礎上經多次加修而成，由于受當時技術、設備和社會環境等條件限制，筑堤質量不一，往往表現為堤身存在較多不均勻體、松散體，滲透系數大且堤身狹窄，存在滲流安全隱患。另一類為吹填土區段。在上一輪建設中，部分堤身土方采用吹填土，吹填土為軟土，壓縮系數較大，而本區段堤防的堤頂為硬質結構，其外河側支撐于擋墻上部，沉降較小，歷經多年運行后，堤身土方與上部硬質化堤頂逐漸脫開連接，形成沉降差，已經成為堤防安全度汛的薄弱環節。

以問題為導向，針對雜填土區段進行堤身防滲方案比選，對吹填土區段進行堤身加固方案比選。

3.1 堤身防滲

3.1.1 方案設想

堤身防滲加固方面，重點需要考慮以下4 個因素：一是施工質量的可靠性。采用高壓旋噴樁防滲有施工質量隱蔽性大、防滲不明顯以及污染環境等缺點[5]。二是周邊環境的敏感性。由于本工程位于城區，對污染、噪聲等要求較高。三是項目投資的合理性。本工程重點為防滲，對防滲材料的防滲性能要求高，而對其支護能力要求不高，需因地制宜采用合理方案確定投資。四是工程地質的復雜性。根據地勘報告說明[6]，雜填土區段的堤身填土以黏性土為主，中間局部夾雜碎石及塊石，該地質條件對方案選擇的制約性較大。

本次主要對2 種方案進行比選：一是采用拉森鋼板樁垂直防滲的方案（見圖4）。拉森鋼板樁是一種強度高、自重輕、隔水性好且施工周期短的材料，在水利工程施工中得到廣泛應用[7]。二是采用塑鋼板樁垂直防滲的方案（見圖5）。高強度塑鋼板樁（以下簡稱塑鋼板樁）采用強化復合材料經特殊工藝一次性擠壓成型，有材質輕、隔水性能好、抗老化、耐腐蝕、施工快捷、使用壽命長等優點，還具備施工占地面積小、便于搬運堆放、綠色環保無污染等優勢，有利于生態環境保護[8]。設計方案比選見表2。

表2 堤身防滲方案比選表

圖4 拉森鋼板樁垂直防滲方案圖 單位：cm

圖5 塑鋼板樁垂直防滲方案圖 單位：cm

拉森鋼板樁與塑鋼板樁均具有良好的防滲性能，但塑鋼板樁投資較省且環保無污染，推薦使用塑鋼板樁組成垂直防滲體。

3.1.2 方案創新設想說明

由于塑鋼板樁自身強度不高，施工中需要在其外側嵌入一個鋼制送樁板，通過打樁機一并振動入土，插打完畢后送樁板抽回，通過對送樁板的重復利用來輔助塑鋼板樁施工[8]。

考慮到沿線堤身填土局部夾雜碎石及塊石等硬質層，送樁板無法攜帶塑鋼板樁插打到設計要求的深度。因目前不確定沿線硬質層范圍，本次單獨采用送樁板沿線預插打，遇到硬質層則采用旋挖鉆機按照設計深度實施鉆機引孔工藝，施工平面布置見圖6。引導孔采用跳打成孔，施工順序為1#孔→2#孔→3#孔→4#孔→5#孔，孔直徑80 cm，孔與孔之間交叉重疊10 cm，成孔后采用送樁板攜帶塑鋼板樁進行插打，最后完成全線防滲結構施工。

圖6 鉆機引孔施工平面布置圖

本次不僅有創新性地提出采用新材料塑鋼板樁進行垂直防滲，還根據不利的地質條件提出采用送樁板與旋挖鉆機相結合的成孔施工工藝，既破解了施工難題，又有效減少了工程投資。

3.2 堤身加固

3.2.1 方案設想

由于堤身為吹填土，土體抗剪強度較低，經過近20 年運行，近期堤身內部已出現空洞（見圖7）。此外，原設計為混凝土灌砌塊石的老擋墻已部分出現破損，局部土方從塊石縫隙中流出，造成堤身土方的水土流失（見圖8）。

圖7 堤身空洞圖

圖8 墻身破損圖

針對上述問題，建議采用水泥灌漿方案，包括老擋墻迎水面注漿加固、老擋墻下部土體斜向注漿加固以及老擋墻后側堤身土體豎向加固，具體方案見圖9。

圖9 堤身加固方案示意圖 單位：cm

3.2.2 方案創新設想說明

考慮到老擋墻表面條石結構的完整性以及盡量不破壞堤防面貌的原則，在堤身進行大孔徑鉆注漿孔顯然不合適，而手持式與小功率臺式鉆機存在鉆深超過1.5～2.0 m 后動力明顯不足、極易卡鉆、功效低的缺點。雖然大功率臺式SG220F 鉆機無上述缺點，但存在鉆深后鉆桿晃動、卡鉆、定位膨脹螺絲影響堤防外觀的缺點。本次建議采用增加特制底座的混凝土取芯鉆機[9]，當鉆孔直徑為2 cm 時，實際最大鉆深可達37 cm，滿足灌漿需求，經測算分析，鉆孔直接費用成本為107 元/m（見圖10）。

圖10 底座經過改制的臺式混凝土取芯鉆機圖

4 結論

（1）近年來，隨著保護區重要性的提高及上下游交叉建筑物的興建，城區段堤防需要提標加固，需要解決的關鍵環節有：堤頂加高、堤身防滲、堤身加固。此外，由于位于城區段，在設計中還需考慮保持堤防外貌、不增加人水高差等因素。

（2）在堤頂加高方面，需將設計堤頂高程加高與降低人水高差2 方面進行統一。建議采用箱型堤頂加高的方案，可同步提高堤頂路面高程，減緩老擋墻土壓力，其獨特的箱體結構可同時提供堤頂路面燈光以及“地下儲藏室”功能，滿足城市化進程及防汛物資儲存需求。

（3）在雜填土區段的堤身防滲方面，為提高隱蔽工程施工質量的可控性，采用新材料塑鋼板樁垂直防滲。在地質條件較差區段，采用送樁板與旋挖鉆機相結合的成孔施工工藝，既破解了施工難題，又有效減少了工程投資。

（4）在吹填土區段的堤身加固方面，通過水泥灌漿對老擋墻及后側土體進行豎向加固。其中對老擋墻墻身加固需采用小直徑鉆孔進行注漿，推薦采用增加特制底座的大功率臺式SG220F 鉆機，解決鉆深后鉆桿晃動明顯甚至卡鉆、定位膨脹螺絲影響堤防外觀的問題。