水利工程堤围加固工程设计及施工技术

◎ 邱香美 惠州市水电建筑工程有限公司

随着水利工程建设的发展进步，水利工程的功能要求越来越高，如今的水利工程都具备基本的抗震防洪作用。洪灾给人民群众带来的生命财产损失是惨重的，当前防洪工程建设标准有待提高。堤围由于长期处于较差的自然环境，已修建的堤围抗洪等级普遍较低，堤身施工质量差，堤围不牢固等会严重威胁人民的生命安全。为了保障堤围工程质量，降低崩岸情况，需对存在安全隐患的堤围进行加固处理，重点把控堤围加固工程设计及施工技术。

1.工程概况

某工程是广州市东江河上的一座江心岛，东临新洲，西临麦洲，北面与创新南路相望。岛内主要是大墩村的村民耕地，该岛长年被东江河水冲刷，堤岸侵蚀，水土流失严重，存在较大的安全隐患。为了保护堤围内的耕地及人民生命安全，需对该岛3.5km上的护岸堤围进行加固。

2.堤围加固工程的影响因素

堤围加固工程建设的影响因素包括设计标准、工程造价、交通条件、施工场地条件、水文气象条件和环境质量等。堤围加固工程设计要结合工程特点，因地制宜，设计安全可靠具有经济效益的施工方案。

该岛堤围加固工程属于小规模工程，根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252-2017）定位为5级工程级别，10年一遇抗洪设防，根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）进行安全加固；该工程建设的总投资约为1000万，充分考虑投资成本后进行施工设计及施工技术选取；施工区位于岛内，离北面陆地最近的距离约150m，需要依赖水路交通，工程建设施工所用的物料和机械设备等可先通过附近的公路运输至码头再通过船只送至东江河对面的施工现场；施工场地主要在岛上，施工用的生产设施布置在北面大墩村附近的码头，施工人员的办公和吃住依托大墩村空地建设板房。

广州地区5～10月为台风多发季节，降水量较多，堤围工程的施工期选定在11～次年4月雨水较少的季节比较有利；堤围加固的施工用水可采用东江河水，岛内施工用电可使用发电机组发电，办公用水用电可利用大墩村水电；东江河属于广州市饮用水管控区，施工时要对排放的污水进行过滤处理，回收施工产生的污染物。

3.堤围加固工程的设计

综合考虑上述影响因素以后，该岛堤围加固工程决定采用抛石加固，结合施工机械数量、人员配备、堤围沿线堤身情况等进行堤围加固工程设计。

3.1 堤围加固的施工设计

堤围加固工程的设计要根据施工技术的特点而定，该岛堤围目前最大的安全隐患是存在高水位冲刷产生崩岸的情况，根据防洪除险的要求，结合崩岸产生的潜在可能、施工机械设备、施工场地条件等因素综合考虑加固措施。由于堤围处在岛上，考虑经济性和适用性及减少对河流环境影响等因素，本工程加固堤围河岸线决定采用铅丝石笼抛石护岸进行加固。该加固技术对施工设计要求较简单，重点要结合广州的天气特点安排适当的人力、物力和机械设备，减少资源浪费。

3.2 堤围加固横断面设计

根据广州市水利部门统计的东江河有关站点潮位资料数据，推测大塘洲的平均潮位均值约为0.8m。《堤防工程设计规范》对坡式护岸明确指出平台顶部高程应高枯水位0.5～1m，结合现场实际勘察情况，并增加一定安全储备，本工程护岸平均高程设计为1.5m。

《堤防工程设计规范》对抛石护岸坡度的稳定边坡一般要求在0.25～0.5，结合现场地形和勘察测量情况，设计护岸堤围坡度比为0.4～0.5。考虑到堤段处东江河船只运行会增加波浪，《堤防工程设计规范》指出消除波浪平台的设计宽度宜≥3m，根据计算，整个护岸沿线的平台计算宽度均＜3m，设计3m宽的护岸平台比较合理。

经过现场勘查测量报告堤围护岸主要有3 种典型的横断面：一是横断面的坡度比为1∶2.5，平台宽度为3 m，适用断面工程桩号K0+000～K0+269；二是横断面坡度比为1∶2，平台宽度为3m，适用断面工程桩号K0+496～K0+648、K0+835～K1+325、K1+508～K1+666以及K4+157～K4+235；三是横断面的坡度比为1∶2.5，平台宽度为3 m，适用断面工程 桩 号K1+325～K1+508和K2+132～K3+994。三种典型横断面设计采用抛石加固基本可以维持堤围堤身的原状，完全符合规范要求。

4.堤围加固工程的施工技术

4.1 抛石加固施工技术原理

抛石加固的原理主要是通过铅丝石笼把石头包裹成整体，然后通过自重或强夯方式把河堤基础的淤泥位置占据，达到加固堤围的作用。施工作业时首先清理河堤基表，然后将铅丝石笼投至指定位置，最后用抛石船把石头抛投至铅丝石笼强夯至与河滩设计高程一致。

通过石笼网将石头组装成堤围，经过专家评估，施工过程中对河流的环境影响较小，铅丝石笼施工成本低、施工运输便利，不需要特殊技术；石笼网也是一种柔性结构，可以承受大变形以及抵抗不均匀沉降带来的危害，耐腐蚀性强，还可以均匀承担河水对堤围的冲击力，同时适合在水深流速大的护岸部位；石笼石缝里还能储存一些淤泥，有利于植物的生长，提高与环境的协调性。

表1 计算对比表

4.2 施工器械设备

施工使用的器械设备是工程顺利实施的保证，抛石前需准备一定数量的船只（如运输船、抛石船）、测量仪器（如全站仪、皮尺、流速仪）、定位仪器（如GPS、定位船）和安全设备（如救生圈、救生衣）等。

4.3 施工技术控制要点

抛石施工前合理划分施工网格，方便施工，施工小区可采用8m×15m的标准网格，然后将施工网格分成2部分抛投，不足半区的部分可按定宽区域进行施工。根据施工设计图对抛投区的水深、水下地形情况摸底后计算出需要投石的数量，编制施工组织计划。

测量放样时先在抛投区附近的岸边，根据前方或后方交会方法在测点处放一条施工基线，然后在已知测点放出一条正基线或斜基线，在基线上划分的施工网格线处放出基线桩。测量放样采用极坐标法放出基线桩和方向桩的误差需＜5mm，保证基线桩和方向桩与定位船视野良好。

施工用的石头采用船只运输，因此需确定标准船型来装载石头，石头的质量要经过测试，确定是否符合设计规范要求，经监理确认签字后方可投入使用，严禁使用不合格的石材。抽查石料的数量并进行量方，监理人员和质检人员要定期对石料进行过磅，消除虚报情况。

船上挖掘机投石是一项难度较大的工作，操作时严格控制操作顺序，保证抛投的安全。石料船挂前进挡才可开始抛投，抛投结束挂离档，各个施工网格的实际抛投量控制在计算抛投量上浮5%为宜，有序分层抛投，不可胡乱散抛。

堤围抛石加固完成后观察水下地形变化，一般采用专业的GPS系统测量水下地形并绘制水下地形图，并与抛石前的水下地形图进行比较，确定投石加固的效果，该工程堤围整体的抗滑稳定性计算结果对比见表1。

5.结语

堤围长期处在水流冲刷的环境中，长期受到侵蚀会降低其抗洪防涝能力，过去60年代到90年代修建的堤围设计标准普遍较低，施工工艺落后，随着时间的流逝许多堤围已经不满足安全使用的要求，对堤围进行加固是一种有效的经济措施。水利工程堤围加固设计要因地制宜，根据实际情况采取适合工程实际的方案，做到安全、适用、经济、耐久。加固的施工技术要追求科学先进、经济合理，施工企业要善于利用尖端技术手段来提高工程质量，降低施工成本。