二、除险复堤布置
复堤往往是堤防除险加固的一项重要工作。由于河道的裁弯取值,崩岸的退堤还滩和汛期溃口的复原,都需要进行复堤工作。
(一)断面选择与布置
1.断面结构型式选择
复堤断面的选择应循守安全经济、尽可能就地取材、尽可能与两端堤防断面结构一致的原则。
若堤线附近粘土或粉质粘土充足,可选择均质断面。
若堤线附近粘土或粉质粘土较少,可选择复合断面,以透水性较大的土石料作为堤支承体,以粘性土、土工膜作为防渗体。防渗体的型式一般有心墙和斜墙两种,防渗体材料与型式的选择需经技术经济比较及与地基防渗型式统筹考虑确定。
心墙防渗体受地基不均匀沉降及地震作用等影响损害小,但其施工与支承体有干扰,工期相对长。
斜墙防渗体施工程序简单,速度快,在地基较好、地震烈度小的地区具有优越性,一旦防渗体受损害也易修复。
粘土等塑性材料与土工膜等柔性材料适应地基不均匀沉降的能力强于混凝土等刚性材料。
①有防洪墙
②有防浪墙
③无墙
2.断面轮廓布置
(1)堤顶高程
堤顶高程的确定见本章第一节。堤顶路面填筑物,如碎石、沥青、混凝土等不计入堤顶高程。当堤顶设置稳定坚固的防浪墙时,墙顶高程即为设计堤顶高程,但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上。一般土堤还应有堤高的3%~8%作为预留沉降量。溃口段的堤高应从溃口最深处算起。
(2)堤顶宽度
规范规定,1、2级堤防顶宽不宜小于6m,应根据防汛、管理、交通、施工、构造及其它要求确定。湖北、江西、江苏等地的重要长江干堤,堤顶宽在8m以上,荆江段准备加宽至12m.黄河一些平工堤段顶宽8~10m,险工段顶宽10~12m.
应按实际需要间隔一段距离,在顶宽以外设置回车场、避车道、器材物料存放场,具体尺寸应根据各堤段实际需要确定。
(3)堤坡与戗台
堤坡应根据堤基、堤身结构与防护、土料及施工条件经稳定计算后确定,对于地基较好的粘土、粉质粘土均质堤,堤坡约为1:3,复式断面的堤坡约为1:2-1:3;对于软基,堤坡约为1:3-1:5,甚至更缓。
堤高超过6m者,应在堤的背水面设置戗台,戗台高程应在设计水位时的渗流出逸点以上,顶宽应在2m以上。实践证明,戗台对增加堤身稳定,排除散浸险情具有明显作用。
浸润线与渗流出逸点计算见第三章。稳定计算及安全系数的选取见第四章。堤顶与堤坡的防护结构见本章第四节。
(4)粘性土防渗体
防渗心墙或斜墙应高出设计水位0.5m,顶宽b按构造和施工要求应不小于1m,底宽B不小于设计水头的四分之一,即
B≥H/4(m) (2-3)
b≥1(m) (2-4)
式中 H为防渗体底部所承受的设计水位时的水头,防渗体应与地基防渗土料或地基防渗体结合紧密,应有足够的接触渗径。
(5)土工膜防渗体
土工膜防渗常采用斜墙型式,其与堤体施工无干扰,铺设简便,施工速度快。若采用复合土工膜,可直接铺设在砂砾石或砾卵石堤坡上,其上面可直接铺砼板或块石护坡,也可在复合土工膜与护坡之间铺设15~20cm厚的砾卵石过渡层。若采用单层土工膜,则必须在砾卵石堤坡上铺厚20cm的砂砾石垫层,再铺单层土工膜,其上必须依次铺各厚15cm的砂砾石,砾卵石或碎石作为保护过渡层,最后铺设砼板或块石护坡。土工膜与砂砾垫层,土工膜与保护层或护坡之间的稳定安全系数可用式(2-5)或(2-6)计算,Kgs值应大于1.5.
护坡或保护层透水性良好时: Kgs=fgs/tgα (2-5)
护坡或保护层透水性不良时: Kgs=(γ’/γm)(fgs/tgα) (2-6)
式中 Kgs、fgs分别为土工膜与护坡或保护层之间的抗滑安全系数和摩擦系数;α为临水面堤坡角度;γ’、γm分别为护坡或保护层的浮容重和饱和容重。
采用土工膜作心墙,若选择复合土工膜,则可直接置于堤体中,若在砾卵石堤体中采用单层土工膜,则需在膜两侧各填筑厚25cm的砂砾过渡层。
(6)贴坡排水
当采用砂砾石作支承体时,在背水坡面的渗流出逸处以上30cm向下设置块石贴坡排水,厚约30cm,两种土石料之间,应设置反滤层,厚约20cm,如图2-9所示。
(7)反滤层
防渗体与堤体之间或地基土与堤体之间颗粒粒径相差较大时,以及砂砾堤坡的渗流出逸处,易发生渗透破坏,应设置反滤层。反滤层通常可采用颗粒型或土工织物型反滤层。
颗粒型反滤层的层数与粒径大小需通过以下反滤设计确定。
对于被保护土为无粘性土时的第一层反滤料应满足下式:
D15/d85≤4-5 (2-7)
D15/d15≥5 (2-8)
对于被保护土为粘性土时的第一层反滤料应满足下式:
对于d85<0.074mm的粉土和粘土料: D15≤9d85 (2-9)
对于d<0.074mm的颗料含量占40%~85%的砂质粉土和粘土,以及不均匀系数Cu较大的其它防渗土料
D15≤0.7mm (2-10)
式中 D15为反滤料的特征粒径,小于该粒径的土占总土重的15%;d85为被保护土的特征粒径,小于该粒径的土占总土重的85%;d15为被保护土的特征粒径,小于该粒径的土占总土重的15%;d为被保护土的粒径。
将该反滤层作为被保护土,而将堤体砂砾石料或堤坡块石排水作为反滤层,若满足式(2-7)和式(2-8),则只需设这一层反滤层。若不满足,则需设第二或第三层反滤层,直至满足式(2-7)和式(2-8)。
按构造与施工要求每层反滤层的厚度为20cm.
当堤防的防渗体、地基土为粘土而堤支承体为最大粒径小于60mm的砂砾石时,它们之间可不专门设置反滤层。
土工织物型反滤层的设计见本章第四节第二部分。