歐陽院平，謝橋軍，周 丹，岳紅艷

（1.長江勘測規(guī)劃設計研究有限責任公司， 武漢430010；2.長江水利委員會長江科學院， 武漢430010）

對于沿江沿河的城市， 隨著城市不斷擴張及發(fā)展，越來越多的橋梁、隧道、市政管網(wǎng)等工程建設項目下穿或上跨堤防，造成堤防的損壞，對堤防的行洪能力及防洪安全產生了較大影響［1］。 根據(jù)《長江水利委員會行政審批項目水影響論證報告編制大綱》《湖北省河道管理實施辦法》，河流管理范圍內的建設項目應對建設項目的總體布局、規(guī)劃、建設規(guī)模、相關設計、施工組織設計等提出調整意見，并提出有關補救措施，補救措施應納入項目設計中，且應獲得項目原審批單位的認可。

本文通過總結隧道、橋梁等工程建設項目項目下穿或跨越堤防防洪補救措施等工作設計經驗，對于堤防防洪補救措施專項設計中的堤防開挖恢復、防滲處理、堤坡防護、鉆孔封堵等常用工程措施提出了相關建議實施措施，指出在做防洪補救措施專項設計時應注意對堤防滲流和堤岸穩(wěn)定性進行計算分析，同時需做好堤防施工期及運行期的安全監(jiān)測工作，以提高保障堤防的防洪安全，為類似工程提供借鑒。

1 防洪補救措施

堤防防洪補救措施根據(jù)不同工程對堤防造成的影響而會采取不同的防洪補救措施， 具體包括堤防的開挖與恢復、防滲處理、堤坡防護、鉆孔封堵和土方回填等。防洪補救措施的工程實施，其施工期盡量安排在非汛期枯水期進行， 施工期做好堤防邊坡的排水措施，防止邊坡積水影響堤防穩(wěn)定。

1.1 堤防的開挖與恢復

部分工程例如軌道交通工程， 建設項目可能臨近堤防或位于堤防處，由于工程建設的需要，需對現(xiàn)有堤防進行開挖施工， 后期再按原軸線恢復重建堤防。堤防的開挖與恢復質量關乎著堤防的使用壽命，與人民的生命財產安全密切相關［2］。 本文結合工程實踐經驗， 對堤防開挖與恢復提出一些工程措施及相關注意事項。

1.1.1 堤防開挖

對于堤身的開挖設計，需對基坑支護形式、地表水地下水處理措施及工程結構計算分析3方面進行設計研究， 保障堤防開挖過程中堤防及工程項目建設的安全。

基坑支護設計的各種安全指標需嚴格控制，數(shù)據(jù)要準確，需對將要開挖堤身附近的地質條件、周邊建構筑物做詳細的勘察，資料需詳實。對于支護結構的分析計算，需按施工和使用兩個階段來考慮。對于施工階段，分析原則為“先變形、后支撐”，圍護結構內力計算需要模擬施工開挖和支撐全過程分工況進行結構計算。基坑開挖過程中，如果出現(xiàn)和原設計地質等資料情況不同時，需及時反饋，相應的基坑支護設計重新按照現(xiàn)場情況做出對應的調整， 保障堤防工程開挖時周邊及基坑安全。

堤身開挖需處理好地表水及地下水， 做好防水和止水工程，確保開挖過程的安全。堤身開挖需安排在非汛期，對于長江河段，汛期一般在每年的5～9月，非汛期為10～4月。為做好基坑周邊的防水，支護結構需設計相應嚴格的防水措施， 對于支護樁需做好樁間止水，可采用TRD落底止水帷幕等；對于地下連續(xù)墻需做好其接縫處的止水，在其接縫處施做旋噴樁。在支護結構開挖期間采用坑內布置深井降水井，確保地下承壓水位位于開挖面以下2.0m。 為了攔截地表水， 需沿基坑圍護頂部設置截水溝來防止基坑外側的地表水進入基坑。

1.1.2 堤防恢復

對于堤防恢復的原則是按原堤的現(xiàn)狀進行恢復，因地制宜?；謴偷谭涝O計標準按照原堤防設計標準執(zhí)行， 恢復堤防頂部高程與現(xiàn)狀堤防頂部高程保持一致，堤內、堤外的坡度均與上下游端現(xiàn)狀堤坡保持一致，上下游端分別與現(xiàn)狀堤頂平順銜接。

恢復的堤防仍為均質土堤， 根據(jù)GB50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》［3］要求及工程經驗，對于堤防恢復的要求可建議按下列規(guī)定：堤身回填、填筑的土體應選用黏性土；土料塑性指數(shù)IP=10～20，黏粒含量15%～30%； 回填土壓實度可根據(jù)堤防等級及堤身高度對應規(guī)范要求確定，一般建議不小于0.95；滲透系數(shù)K≤1×10-5～1×10-6cm/s；堤身與結構頂板、圍護結構結合時， 填土前須采用鋼絲刷等工具將填土范圍內主體結構頂板清洗干凈，在開始回填前，首先將其表面撒水弄濕，并且邊涂刷濃泥漿、邊鋪土夯實；回填土采用人工壓實時，分層厚度不大于20cm，回填土采用機械壓實時，分層厚度不大于30cm；回填過程中，邊鋪土、邊壓實，土料的鋪料與壓實應連續(xù)進行，并控制好含水量， 回填土的具體碾壓分層厚度及碾壓遍數(shù)等參數(shù)應通過現(xiàn)場碾壓試驗確定。

恢復堤防與老堤防的銜接設計是確保堤防安全穩(wěn)定的重要節(jié)點，可根據(jù)工程特點，首先鑿除堤身表面（堤頂、堤坡、護堤等）以下1m以內的基坑支護結構（如地下連續(xù)墻、擋墻等），再按新老堤防斜坡搭接的方式銜接。針對新老堤防搭接段，需對既有堤防銜接的堤身坡面地基進行清基，將表面的各種雜草、腐殖質、建筑垃圾等雜質清理干凈，堤身坡面清基厚度不小于15cm。 新筑堤防與現(xiàn)狀堤防搭接坡比≥1∶3，結合部位表面打坎，坎高0.25m。 新筑堤防與現(xiàn)狀地面銜接的坡度不應大于1∶5，當現(xiàn)狀地面大于1∶5時應采用人工或機械削坡至1∶5，以便堤防與現(xiàn)狀堤防順接。

考慮到堤防恢復建成后， 臨近基坑外的堤防將在基坑變形的情況下出現(xiàn)地層變形， 從而導致基坑和周邊出現(xiàn)一定的沉降差， 容易造成結合面出現(xiàn)裂縫，發(fā)生滲漏險情，因此必須采取措施進行加固。 可在填筑完成后， 采用充填灌漿的方式對基坑外一定區(qū)域進行加固處理，以便密實土體，處理平面范圍為基坑兩側各10m。 在現(xiàn)有堤頂進行充填灌漿，平面布置為梅花型，1.0m×1.0m， 加固深度可設置為地表至基底以下3m。

1.2 防滲處理

防洪補救措施中，關于防滲處理，主要針對工程建設項目的修建對堤防滲透穩(wěn)定產生了一定影響，需要采取一定的防滲加固措施。堤防發(fā)生滑坡、裂縫或者滲漏等現(xiàn)象， 大都是由于堤防工程防滲措施不足或不到位造成的［4］，堤防需高度重視防滲處理。 其中防滲處理包括堤身防滲處理、 臨近堤防的橋墩周邊防滲處理、臨近堤防的基坑周邊防滲處理等，本文針對堤身防滲、橋墩周邊防滲、基坑周邊防滲，提出一些相關建議和措施，為類似工程提供參考。

1.2.1 堤身防滲

建設項目穿越或跨越堤防會對堤防防滲有一定影響， 為確保永久運行安全， 可對堤身進行防滲處理， 處理范圍可設置為穿越或跨越處上游100m及下游100m范圍內的堤防采取防滲處理。 堤身防滲可采用水泥土攪拌樁防滲墻等［5］，即從堤頂采用水泥土攪拌樁成墻，防滲墻深度一般可設置15～20m，根據(jù)堤防滲流計算確定最終具體防滲墻深度， 需保證設置防滲墻后， 各種工況下滲流出逸比降均應小于允許出逸比降。

1.2.2 橋墩周邊防滲

對于臨近堤防的橋墩，屬于堤防管理范圍，橋墩基坑施工時，若回填土時樁土結合質量不好，堤防堤基可能產生接觸滲流破壞［6］。 為減小橋墩樁基施工對堤防防滲的不利影響， 需對近堤段橋墩承臺基礎采取局部防滲處理措施。

根據(jù)工程區(qū)域平面測量資料及橋墩承臺基礎設計圖， 為加強堤防臨河側橋墩承臺及樁基周邊土體的有效結合，加強樁基周邊土體抗?jié)B性，本文提出一種臨河側橋墩基礎的防滲設計方案供參考，具體圖1。

圖1 橋墩基礎周邊防滲設計

防滲處理方案設計可擬在橋墩承臺基礎施工后，先將橋墩承臺周邊6m、深1m范圍內建筑垃圾和素填土等挖除（臨時邊坡按1∶1.0放坡開挖），然后對該區(qū)域范圍內進行錐探灌漿， 灌漿深度暫按進入下部黏性土（黏土、粉土、粉質黏土）地層2m且不小于6m考慮，孔距1m，排距1m，梅花形布孔。

灌漿完成后在承臺頂部及周邊鋪設一層土工膜（兩布一膜，300g/0.5mm/300g， 垂直滲透系數(shù)10-12cm/s）。土工膜與承臺搭接寬度不小于1m， 膜與承臺搭接部位采用建筑膠水粘貼。 土工膜鋪設范圍為各承臺周邊外延5m范圍，兩膜搭接部位需重疊50cm。

灌漿及鋪膜工程完成后清理施工建筑垃圾，用塑性指數(shù)IP≥17的黏土覆蓋土工膜作為保護層，保護層厚度0.5m，并將土體充分碾壓密實，壓實度不得小于0.92。 在黏土保護層上采用厚50cm漿砌石防止水流沖刷，護面塊石粒徑30cm左右，天然抗壓強度不小于30MPa，軟化系數(shù)不小于0.85。

1.2.3 基坑周邊防滲

建設項目臨近堤防進行基坑開挖， 需對基坑周邊的進行防滲處理，具體可分為基坑支護結構防滲、地下水處理及基坑周邊頂面防滲封閉處理。 臨近堤防的基坑，考慮對支護結構防滲性能要求高、剛度要求大，建議采用地下連續(xù)墻支護結構。

1.2.3.1 基坑支護結構防滲

對于采用地下連續(xù)墻的基坑， 為了減小地下連續(xù)墻墻幅接縫處滲水對基坑及堤防的穩(wěn)定性造成影響，可以在地下連續(xù)墻墻幅接縫處基坑外側施作3根相互咬合的φ800旋噴樁（旋噴樁自冠梁底起至巖層以下1m左右）。

1.2.3.2 地下水處理措施

地下連續(xù)墻進入下部不透水的地層， 坑內設置疏干減壓降水井。 基坑降水深度應控制在坑底以下2.0m，必須保證降水效果。 降水嚴禁擾動巖溶水，降水設計要充分考慮降水對地下管線、 基坑圍護結構與地面建筑的影響。

1.2.3.3 基坑周邊頂面防滲封閉處理

為確保地下結構周邊防滲體系的封閉， 整個結構地面以下1m范圍以內的地下連續(xù)墻冠梁需鑿除，墻兩側各擴挖1m，采用黏土回填并壓實，如圖2。

圖2 地連墻頂部防滲處理

1.2.3.4 降水井觀測

在基坑開挖前需嚴格按照國家相關規(guī)范要求進行地連墻質量檢測。 地連墻施工過程中易出現(xiàn)墻縫滲漏水、地連墻塌槽等問題，因此基坑開挖前需對連續(xù)墻接縫進行必要的處理后方可開挖施工。 建議在基坑圍護結構內側加密降水井布置， 在基坑外側布置一定數(shù)量的水位觀測井， 同時需在堤防堤腳附近設置水位觀測井，隨時觀測地下水位。

1.3 鉆孔封堵

1.3.1 鉆孔封堵情況概況

鉆孔有注漿加固鉆孔、勘探鉆孔、降水井鉆孔等，鉆孔可以對土體進行加固地基處理，可以做工程勘察獲取工程地質信息，在工程實施過程中鉆孔應用非常廣泛。鉆孔的封堵回填是鉆探及鉆孔過程中的最后一個重要步驟。 GB50021—2001《巖土工程勘察規(guī)范》［7］（2009年版）規(guī)定鉆孔應在完工后做好回填工作，JGJ/T87—2012《建筑工程地質勘探與取樣技術規(guī)程》［8］規(guī)定鉆孔、探槽、探井、探洞等勘探鉆探工作完成之后，需依據(jù)工程要求選取適宜的工程材料分層回填，《湖北省河道管理范圍內鉆探及鉆孔封堵管理規(guī)定》也明確規(guī)定在河道管理范圍內鉆探及鉆孔應認真做好鉆孔封堵工作，確保防洪安全。因此，做好鉆孔的封堵回填工作，是工程本身的需要和要求。 如果不能對鉆孔回填，對于堤防而言，易在堤防周邊形成水力通道，發(fā)生管涌，存在發(fā)生滲流的安全隱患。 為保證鉆孔在后期不發(fā)生突泥、突水、涌沙，保障堤防的安全［9］，對鉆孔封堵回填是非常必要且重要的。

1.3.2 鉆孔封堵回填

依據(jù)《湖北省河道管理范圍內鉆探及鉆孔封堵管理規(guī)定》《建筑工程地質勘探與取樣技術規(guī)程》相關要求，工程項目鉆探及鉆孔完成后，應根據(jù)工程項目性質和地質條件，采用適宜的材料進行分層回填，回填材料可選用黏土球、膨潤土（4∶1）制成的漿液或水泥漿、水泥砂漿、素混凝土及灰土、素土。

對于擬建工程的鉆孔封堵， 封堵材料應根據(jù)地層土質，按照“取沙還沙、取土還土”的原則確定。 對于較淺的土質鉆探及鉆孔可以就近采取素土分段分層封堵回填且夯實； 對于基坑工程的鉆探孔可考慮采用黏土球及水泥漿進行回填； 臨近堤防的鉆探及鉆孔應采用干黏土球回填，并邊回填邊夯實，回填土的密實度不應小于天然土層，如果砂層夾在土層中，砂層也應該用風干的黏土球回填； 帶有套管護壁的鉆探鉆孔，需邊起拔套管、邊回填；對注漿鉆孔、降水井鉆孔及隔水有特殊要求時，用水泥砂漿液或4∶1水泥、膨潤土漿液采用泥漿泵從鉆孔底部向上灌注回填。

鉆孔封堵應在鉆孔完后當天及時封堵， 且需當天封完。 封堵孔時，應隨時記錄封堵孔的深度，如果發(fā)現(xiàn)鉆孔封堵架空、密實度不夠、堵塞的現(xiàn)象，需盡快查明原因，并及時改正。對于堤防鉆孔封堵需落實責任制，做好全過程質量控制。 鉆孔封堵完成，鉆孔封堵單位和建設單位應對鉆孔封堵質量進行自檢自查。 相關行政單位應當及時組織封孔質量檢查與驗收。建議在孔口設置混凝土標記樁，以便汛期觀察，同時在標記樁上寫明孔號、孔深及相關負責單位等。

2 堤防滲流和穩(wěn)定性分析

通過對堤防管理范圍內的工程進行防滲處理、堤坡防護、勘探鉆孔封堵、土方回填等防洪補救措施設計后， 需對擬建工程近堤防段的堤防滲流和穩(wěn)定性進行計算分析。保障堤防滲透穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，滲透比降小于允許滲透比降， 不危及堤防的滲透穩(wěn)定性［10］，同時確?？够€(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求［11-12］。

2.1 堤防滲透穩(wěn)定計算分析

2.1.1 滲流計算模型

計算模型采用準三維非均質飽和穩(wěn)定滲流模型進行建模，其基本方程為：

式中 H為水頭；kx，ky，kz分別為x，y，z方向的滲透系數(shù)。

對于堤防工程， 上游水位邊界和下游水位邊界為第一類邊界條件（水頭邊界HΓ1=H），在不考慮降雨入滲的情況下穩(wěn)定滲流的自由面為第二類邊界條件（流量q=0）。

2.1.2 計算工況及安全系數(shù)要求

滲流計算的主要目的是評價穿堤或近堤隧道工程對堤防滲透穩(wěn)定的影響，因此計算方案計算工況為防洪設計水位條件下工程實施前天然狀態(tài)滲流場分布和工程實施后滲流場的變化，其中需注意對于工程實施后工況需考慮防洪補救措施的影響，對于基坑比較大、工期長的工程還需考慮施工開挖期的滲透穩(wěn)定性。工程后對滲流的影響反應在計算單元的滲透系數(shù)變化上，滲透系數(shù)變化需考慮局部開挖回填土層的改變，還是考慮防洪補救措施對土層的影響。

對于堤防的允許比降，采用GB50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》要求，無試驗資料時，對于滲流出口無濾層的情況，無黏性土的允許水力比降按表1選用，特別重要的堤段，其允許水力比降應根據(jù)試驗的臨界比降確定。

表1 無黏性土滲流出口的允許水力比降

2.1.3 工程實例

對某臨近堤防的擬建工程進行堤防滲透穩(wěn)定計算分析， 計算方案模擬了設計水位條件下工程實施前天然狀態(tài)滲流場分布和工程實施后（已做防洪補救措施）滲流場的變化，計算方案如表2。

表2 堤防滲流計算方案

采用2.1.1節(jié)計算方法， 得出了堤身下游坡腳的出逸比降如表3。

表3 堤防滲流計算成果

通過計算得出， 工程修建前后堤腳出逸點高程或滲透比降變化值較小， 且滲透比降小于允許滲透比降，不會危及堤防的滲透穩(wěn)定性。施工期開挖后堤防斷面及基坑底面滲透比降小于允許滲透比降，不會危及堤防的滲透穩(wěn)定性。

2.2 堤岸穩(wěn)定計算分析

2.2.1 計算要點

堤岸邊坡穩(wěn)定分析主要計算分析擬建工程修建前、后的堤坡和岸坡的抗滑穩(wěn)定性。

根據(jù)GB50286—2013 《堤防工程設計規(guī)范》，土堤抗滑穩(wěn)定計算可采用瑞典圓弧滑動計算法， 計算時參數(shù)取值符合如下規(guī)定：

（1）靜力計算時，地震慣性力應等于零。

（2）施工期用總應力法計算。

（3）穩(wěn)定滲流期用有效應力法計算。

（4）水位降落期用總應力法計算。

根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》選取擬建工程所處岸坡穩(wěn)定分析計算工況：①防洪設計水位下，形成穩(wěn)定滲流條件下，背水堤坡的穩(wěn)定；②防洪設計洪水驟降3m時條件下時，迎水堤坡的穩(wěn)定；③在枯水位條件下，形成穩(wěn)定滲流條件時，迎水堤坡的穩(wěn)定。計算方案分工程興建前的天然邊坡和工程興建后正常運行期的邊坡狀態(tài)兩種對比方案，需要注意工程修建后為考慮進行防洪補救措施后施工已完成。

按GB 50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》確定其邊坡抗滑安全系數(shù)標準。 具體計算工況及對應的抗滑穩(wěn)定要求的安全系數(shù)如表4。

表4 計算工況及要求的安全系數(shù)

2.2.2 工程實例

對某地鐵工程穿越堤防的堤岸邊坡進行抗滑穩(wěn)定性分析， 本次計算堤岸邊坡水位條件考慮設計洪水位、枯水位。 工程臨近、穿越堤防所在的斷面的設計洪水位28.42m、枯水位12.1m。 計算成果如圖3，計算成果標如表5。

圖3 穿越堤防計算斷面堤岸邊坡穩(wěn)定分析成果

表5 堤岸邊坡抗滑穩(wěn)定計算成果

計算成果表明，擬建工程穿越堤防在各工況下，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3 結語

隨著經濟的快速發(fā)展， 城市不斷擴張， 需要穿越、跨越堤防的橋梁、軌道交通、管道等基礎設施越來越多，確保堤防的防洪安全，做好堤防的防洪補救措施是非常必要的。 本文通過對堤防防洪補救措施專項設計的分析總結，得出以下結論：

（1）為保證防洪安全，工程施工建議盡量安排在非汛期，并應制訂施工期防洪應急預案。

（2）防洪補救措施中的防滲處理，應結合工程特點、地質地形和滲透破壞形式等因素，合理地選擇防滲處理措施。

（3）工程在堤防管理范圍內鉆探及鉆孔完成后應對其進行封堵回填， 應結合工程性質選擇合適的鉆孔回填材料、方式及方法。鉆孔封堵回填是隱蔽工程，建議施工完成后嚴格驗收，同時完整規(guī)范地記錄并且留存記錄，建議落實責任制，做好全過程質量管理。

（4）注重堤防的滲透穩(wěn)定性及堤岸邊坡穩(wěn)定性計算分析，全面考慮各類計算工況，其中需注意復核考慮防洪補救措施后的工況，確保堤防的安全。