水利工程中堤防设计方案研究与优化

水利工程中堤防设计方案研究与优化

赵春丽

昭通市水利水电勘测设计研究院    云南 昭通     657000

摘要：我国现代化水利工程建设发展，不仅推动了经济增长，而且更好地满足了人民群众需求，为人们营造了更好的生活环境。面对日益频繁的洪涝灾害和低标准的防洪排涝体系高河道综合防洪体系,加固或新建堤防,改善水利工程于运行管理成为当务之急。本文主要对水利工程中堤防设计方案研究与优化做论述，详情如下。

关键词：水利工程；堤防设计；方案

引言

随着城市化进程的发展,资源开发和利用强度也急剧增加,土地和水资源正面临承载能力的阈值,人们生活方式、交通工具以及生产设施的改变对水利工程提出了更高的要求,而堤防仍是防洪抗洪的重要手段。

1工程现状

1）不良地基未进行处理。堤防基本是在原有民堤的基础上,经历年不断加高培厚形成,未经认真勘探选线,对不良堤基也未进行必要的处理,致使遇较大洪水时,渗漏、滑坡等险象环生,特别是砂基部分较为突出。（2）堤身强度不足。堤身填土多数就地取土,未按标准要求选取土料填筑,堤身密实度较差、强度不足。一些堤段填筑土料含砂量大,管涌现象严重,历史曾发生过滑坡、决堤。

2水利工程中堤防设计方案优化

2.1坝式护岸

坝式护岸是水利工程中比较基础的施工技术，主要是根据现场的滩岸或堤坝修建的顺坝、丁坝及二者融合在一起形成的护岸坝。这样的建造特性可以对水流起到导向作用，将水流疏导向远离坝体的方向，有效避免了坝体长时间高强度遭受水流的不间断冲刷，有一定的缓冲性，对保护堤岸起到了积极作用。现阶段坝式护岸施工一般都是采用防冲刷包裹土心等材料作为大坝建筑的主要原材料，通过对这些材料的综合使用，可以降低堤岸受到严重侵蚀的可能性。一般的丁坝类型中，五绞格网搭建的网箱结构较为常见，利用这种网箱结构再搭配防腐性能强、不易损坏、高质量的低碳高镀锌钢丝进行网箱制作。待制作完成之后，再将土心、石料等原材料置于网箱内部中，通过将网箱和堤坝滩岸固定在一起，以形成紧密联系，起到减少水流冲刷大坝，避免腐蚀的作用。由于施工技术等原因，此护岸形式在较大的流域中运用较少，主要在山区较陡的河沟中运用，用于维持整个河道中枯水期的生态基流。

2.2水泥土防渗墙

土体中喷入水泥浆再经搅拌拌和后，水泥和土的固化过程有以下物化反应：（1）水泥的水解和水化反应；（2）离子交换和团粒化作用；（3）硬凝作用；（4）碳酸化作用。水化反应减少了土体中的含水量，增加颗粒之间的粘结力；离子交换与团粒化作用可以使颗粒形成坚固的联合体；硬凝作用能增加水泥土的强度和足够的水稳定性；碳酸化作用还能进一步提高水泥土的强度。水泥土的物化反应增加了固结体强度和结构致密，从而使其具有足够的水稳性和抗渗性。多头小直径搅喷式水泥土防渗墙施工技术，是近几年来发展起来的一项新的防渗墙施工工艺技术。其主要原理是：在移动桩架上设置有五根（或以上）搅拌轴，通过动力转动搅拌轴对土体进行搅拌、切削，同时对三根轴（或以上）提供水泥浆液，对两轴（或以上）提供压缩空气，五轴间同时相对转动掘搅、切削、供浆、供气，三维作业，将地层土体与水泥浆液混合，搅拌成均匀的水泥土体，形成地下连续防渗墙。

2.3堤基防渗加固设计

2.3.1水平压盖

水平压盖作用是延长渗径,降低渗透坡降,使其小于堤基渗透降允许值。水平压盖可采取临水侧防渗铺盖和背水侧填塘固基、压渗盖重。由于堤外大多临河岸,无足够的滩地做铺盖,且铺盖土料要求高,取土困难,施工难度较大。根据以往的经验,在堤防的背水侧填平取土塘和水平塘,以稳固堤基,起到良好的防渗作用,

2.3.2垂直防渗

对地质情况复杂且受地形条件限制,不宜采用水平压盖或填塘压浸工程,可采取垂直防渗处理,根据本工程实际情况,均可采用水平防渗措施,而堤基强透水层较深,较难截断,造价较高。

2.3.3排渗减压

在堤防内部修筑减压井和排水沟,经过减压井和排水沟将承压水反滤排出,减小水头,防止渗漏。减压井和排水沟的投资费用较低,施工简单,但后期维护费较高,排水反滤需经常更换,否则会阻塞失效,而减压井（沟）排出的水再由电排站抽排到外河,年运行费用高,采用此种方案不经济。

2.4城区段堤防加固相关设计

城区段堤防提标加固需要解决的关键环节有：堤顶加高、堤身防渗、堤身加固。此外，由于位于城区段，在设计中还需考虑保持堤防外貌、不增加人水高差等因素。在堤顶加高方面，需将设计堤顶高程加高与降低人水高差2方面进行统一。建议采用箱型堤顶加高的方案，可同步提高堤顶路面高程，减缓老挡墙土压力，其独特的箱体结构可同时提供堤顶路面灯光以及“地下储藏室”功能，满足城市化进程及防汛物资储存需求。在杂填土区段的堤身防渗方面，为提高隐蔽工程施工质量的可控性，采用新材料塑钢板桩垂直防渗。在地质条件较差区段，采用送桩板与旋挖钻机相结合的成孔施工工艺，既破解了施工难题，又有效减少了工程投资。在吹填土区段的堤身加固方面，通过水泥灌浆对老挡墙及后侧土体进行竖向加固。其中对老挡墙墙身加固需采用小直径钻孔进行注浆，推荐采用增加特制底座的大功率台式SG220F钻机，解决钻深后钻杆晃动明显甚至卡钻、定位膨胀螺丝影响堤防外观的问题。

2.5生态景观设计

景观设计时主要进行花卉种植，间隔配置园林小品，铺设可用的人行路线。景观设计时以小广场为主要场区，配合绿植设计，增加场区内的生态性。绿植主要包括灌木、乔木。大范围使用草皮，重点位置种植花卉。园林小品设计：以景观步行路为沿线，进行照明设计，间隔摆放休息长椅、踏石、垃圾回收设施等。1）进行宾格石笼生产制作时，邀请相关专家给予工艺指导，确保石笼结构的生态性。结构中使用了U形钉，保证石笼与坡面的连接稳固性。在坡顶位置设计出锚固位，用于底部连接。2）使用钢筋制作U形钉，连接固定时将其布置成梅花形，固定钉间隔1m。网面结构抗拉强度取24kN/m。3）石笼网面使用钢丝，由机械设备生产获得，网面性能应满足YB/T4190—2018《工程用机编钢丝网及组合体》。4）填筑石料时，需检查石块质地性能，石料强度的检查标准为MU30，石料比重的最小值为25t/m3，石料规格值域为[70mm，150mm]。5）测定堤防性能时，要求堤防结构水中稳定性强，具有优异的抗水解稳定性、抗风能力。6）结构拼接不可使用薄片石料。石料填充不可使用泥岩。材料填筑形成的孔隙比需小于30%。7）聚酯布的性能要求：抗断强度最小值为10kN/m，具体参看GB/T17639—2008《土工合成材料长丝纺粘针刺非织造土工布》的各项规定。8）结构底部连接使用的C形钉，钉生产用料为钢丝，材料直径取值为3m，在材料外层进行镀锌处理，镀锌层质量最小值为255g/m2。钢丝整体抗拉性能最小值为1720MPa，生产获得的C形钉拉力性能最小值为2.1kN。

结语

河道治理是一项系统性工程,当前堤防工程技术日渐成熟,但面对不同的地址情况和环境特点,仍然存在许多风险因素和施工难点,在河道治理过程中堤防设计方案的确定和优化更是重中之重。堤防工程是社会公益性质的水利建设项目,对发展地区经济具有积极和深远的意义,经一定的投入进行达标加固后,原工程的各项功能得以延续,其防洪效益得以恢复。

参考文献

[1]李宏伟.水利工程中生态堤防设计的应用[J].水电水利,2020,4（5）:70-71.

[2]杨泽中.水利工程施工管理特点及质量控制策略研究为评《水利工程管理与施工技术》[J].水利水电技术,2020,51（5）:1.