堤防加固工程设计

1堤防加固工程设计、施工中存在的若干问题及建议董海钊韩秋茸张瑞洵（黄河勘测规划设计有限公司）黄河是世界上著名的“地上悬河”，自20世纪70年代初开始，黄河下游采用放淤固堤对大堤进行加固。放淤固堤增加了堤身断面，延长渗径，对解决大堤隐患有显著的作用，有效地提高了堤防防御洪水的能力。黄河下游临黄大堤设防堤防长1371.227公里，根据统计，目前放淤固堤达到80～100米宽的堤段总长782.8公里，仍需加固的堤段长度498.2公里，后续设计和施工的工作量仍然很大。2设计存在的问题工程设计为工程管理服务是设计和管理之间的相互关系之一，工程建设的最终目的是工程效益的最大发挥。但是，目前随着“管养分离”体制的展开，工程设计和建设管理之间存在着不统一之处，需要在以后的工程建设中加以解决。2.1淤背区坑塘2.1.1存在的问题由于历时原因，黄河下游大堤背河侧存在诸多的坑塘，距背河堤脚很近，有的仅靠大堤堤脚。放淤固堤工程完成后，有的坑塘全部被淤填，固堤的作用十分明显。但也有相当一部分坑塘较大，淤区只占压了一部分，在淤区坡脚外仍为较深的坑塘。这一部分的坑塘的存在，一是影响了堤防加固的效果，因为低洼的坑塘仍然是渗流的出逸的通道，容易引起渗透破坏；二是给正常的生产管理带来不便。以前的工程设计中，在淤区坡脚外设置了10米宽的护堤地，护堤地范围内植树。但没有考虑坑塘的影响，致使护堤地植树无法实施，同时坑塘段淤区无法进行正常的管理，带来了不必要的变更。2.1.2解决方法和建议（1）从填塘固堤方面考虑，对于放淤后剩余宽度较小的坑塘，在设计中应根据实际情况加以淤填，一是留有护堤地便于生产管理，再者淤填了坑塘，对堤防安全有利。(2)从便于生产管理方面考虑，对于较宽的坑塘，也应淤填出护堤地。2.2堤肩硬化2.2.1存在的问题在工程设计中，堤顶道路硬化考虑了6m宽的路面硬化，没有考虑路肩的硬化。堤顶道路的硬化由国家出资建设，路肩硬化则由建设管理单位从日常的维修养护经费中筹资建设，加大了管理部门的负担，势必影响到正常的维修养护工作的正常展开。根据有关管理要求，堤顶道路两侧的路肩需要硬化，硬化宽度一般为0.5m，厚度0.15m，采用素混凝土结构，并且把这一要求纳入到日常工程管理的评比中。根据测算，每延米长度的混凝土方量约为0.15m3，每公里的投资为5万元左右。目前，根据国家对黄河下游防洪工程的批复来看，2006年和2007年实施方案批复中为包干使用，2堤顶道路批复投资均为65万/公里，且包括了辅道硬化投资。依据单价分析，结合堤顶道路建设中堤顶高程要达到设计高程这一要求，每公里的建设投资要超出65万元很多。根据两年实施方案设计的计算，每公里堤顶道路的设计概算需要80万元～90万元，最大达到110万元，批复投资和实际投资相差较大。2.1.2解决方法和建议（1）黄河大堤堤顶必须硬化。从以往的抢险过程中可以看到，没有硬化的大堤，汛期抢险时道路泥泞不堪，抢先车辆难以通行，给防汛抢险带来极大的不便。例如，2003年蔡集工程出险，东明堤防几乎全线告急，由于堤顶没有硬化，道路难以通行，抢险物料无法及时运送到位，不得已临时调运煤矸石铺路，既增加了抢险成本，又使后期的堤防加固增加了清理费用。目前，黄河下游临黄大堤大部分已经进行了6m宽的沥青碎石路面硬化，但在抢险过程中，料物车辆较宽，堤肩硬化能给抢险时临时措车创造条件，保证抢险道路的快速畅通，（2）需要把项目纳入到正常的工程设计中，按照程序报审报批，以解决管理单位为了应付工程管理检查而挪用正常的维修养护经费，体现以人为本的人性化管理。3施工中存在的问题3.1施工工期压缩3.1.1问题的提出一般情况下，放淤固堤的设计工期为2年，准备期半个月左右，扣除冬季和汛期不施工，填淤主体工期一般为11个月左右。由于移民前期工作滞后等原因，主体工程开工时间延后较多，为了完成目标任务以及尽早发挥工程效益，施工单位不得不压缩工期，造成现场变化因素增多、生产成本加大、设计变更增多等问题。（1）工期压缩引起淤区围堤填筑方式变化由于淤区高度一般为在5～10m，设计中，围、格堤分期修作：围堤顶宽2m，高度2m~3m（一期围堤取大值），内边坡1:2.5，外边坡1:3；格堤顶宽2m，两侧边坡均为1:2，高度与围堤平齐。由于压缩了工期，施工单位需要加大施工强度，多将围、格堤一次性做到淤筑设计高程。围、格堤一次性修做土方量增大，需要从取土场远调土，增加了施工费用；同时也加大了料场挖地量，增加了占压赔偿费用。（2）工期压缩引起施工排水强度增大设计的排水系统是在正常工期要求下满足排水要求的，一旦施工强度增大，按照设计的排水系统无法承担排水任务。淤区坡脚外设有截渗沟与退水渠相连，由于施工强度增大，淤区退水量相应增大，如果再加上工程施工管理不善，截渗沟内常年积水。根据工程现场观察,多处淤区工程堤背侧浸润线的出逸点较高,围堤段“散浸”现象严重，一般浸润范围为30m～50m，较长一段时间仍然有渗水排出[1]。渗水不但威胁围堤安全,还宜于引起附近土地盐碱化,影响农业生产，对于临近村庄的工程影响更甚。同时，如果淤区退水不及时，可能会导致堤防裂缝的产生[2]。（3）施工强度增大可加剧堤防裂缝的发生为了赶工，施工单位投入的放淤设备增多。如某放淤固堤工程招标工期是31个月（包括汛期），而3实际要求15个月完成，工期被压缩一年半。为尽快完成施工任务，施工单位采取一系列措施，使施工强度大大提高，淤背施工基本上是连续进行的。施工开始的3～4个月堤防发生纵向裂缝，并影响到已建的堤防道路。黄河大堤长期处于干燥状态下，其堤身土体大多为非饱和土，同时，堤身多存在松、洞、缝等隐患。淤背施工后，淤背区顶水面以下的堤坡长时间被水浸泡，同时浸润大堤堤身，浸润线以下的土体由非饱和土变成饱和土，饱和区的重新分布对大堤裂缝的产生有非常大的影响。另外淤背施工强度大、加荷速度快也是一个重要因素。根据有关分析计算[2]，淤背的施工速率是导致堤身开裂的重要原因。研究表明，产生堤防裂缝的各影响因素中，淤背施工速率和淤背体荷载为主要原因。3.1.2解决方法（1）做好前期移民迁占及影响工程顺利开工的其它相关工作，精心组织，严格按照设计施工工期进行施工控制。前期工作是保证工程顺利开工的关键，也是保证工程按质、按时完成的首要环节。一旦工程不能按时开工，在工期压缩较多的情况下，施工过程容易出现投资增加、工程质量无法保障的问题；更容易引起竣工滞后，影响工程效益和防洪效益的发挥。（2）如果确实需要压缩工期进行赶工，应该制定详细的赶工计划，将人员、设备、料物等规划到位，并充分考虑施工中难点和易发生的问题，做到防患于未然，即使出现问题也有对策措施，尽量将不利影响降到最低。（3）淤背体中增加暗排水，加强淤区退水速率，避免大堤长期水浸，避免或减轻大堤裂缝。3.2施工工程量和合同工程量的关系合同工程量通常就是设计批复的工程量。该工程量是设计单位在设计期间测量成果的基础上，按照国家、行业等有关规程、规范的要求，以及建设单位的合同要求，通过设计得出的量值。由于设计阶段的不同，该量值可能会不同，例如，根据规定要求，初步设计阶段的土石方回填工程量要取一个大于1.0（介于1.01～1.05之间）的系数，用来表示初步设计阶段的精度。在施工过程中发现，部分工程项目由于种种原因，在施工开始时没有核定施工工程量。这部分工程有的在施工过程中提出工程量增加的变更，有的利用合同工程量作为最终支付工程量。这种做法实际上是一种谬误。实际上，在设计和施工之间存在大约1年的时间间隔，在这段时间内，地形条件可能发生变化，导致工程量可能出现变化。解决这一问题需要加强施工控制，在铺工放样时对现状地形进行测量，根据测量成果核定实际施工工程量，并以此作为最终的支付依据。参考文献：1王振京，王修果，蒋亚辉黄河下游放淤固堤工程设计和施工中存在的问题及建议中国水利2003.22沈细中，冯夏庭山东东明黄河标准化堤防裂缝成因数值分析岩石力学与工程学报2007.2