二、除險復堤布置
復堤往往是堤防除險加固的一項重要工作。由于河道的裁彎取值,崩岸的退堤還灘和汛期潰口的復原,都需要進行復堤工作。
(一)斷面選擇與布置
1.斷面結構型式選擇
復堤斷面的選擇應循守安全經濟、盡可能就地取材、盡可能與兩端堤防斷面結構一致的原則。
若堤線附近粘土或粉質粘土充足,可選擇均質斷面。
若堤線附近粘土或粉質粘土較少,可選擇復合斷面,以透水性較大的土石料作為堤支承體,以粘性土、土工膜作為防滲體。防滲體的型式一般有心墻和斜墻兩種,防滲體材料與型式的選擇需經技術經濟比較及與地基防滲型式統(tǒng)籌考慮確定。
心墻防滲體受地基不均勻沉降及地震作用等影響損害小,但其施工與支承體有干擾,工期相對長。
斜墻防滲體施工程序簡單,速度快,在地基較好、地震烈度小的地區(qū)具有優(yōu)越性,一旦防滲體受損害也易修復。
粘土等塑性材料與土工膜等柔性材料適應地基不均勻沉降的能力強于混凝土等剛性材料。
①有防洪墻
②有防浪墻
③無墻
2.斷面輪廓布置
(1)堤頂高程
堤頂高程的確定見本章第一節(jié)。堤頂路面填筑物,如碎石、瀝青、混凝土等不計入堤頂高程。當堤頂設置穩(wěn)定堅固的防浪墻時,墻頂高程即為設計堤頂高程,但土堤頂面高程應高出設計靜水位0.5m以上。一般土堤還應有堤高的3%~8%作為預留沉降量。潰口段的堤高應從潰口最深處算起。
(2)堤頂寬度
規(guī)范規(guī)定,1、2級堤防頂寬不宜小于6m,應根據防汛、管理、交通、施工、構造及其它要求確定。湖北、江西、江蘇等地的重要長江干堤,堤頂寬在8m以上,荊江段準備加寬至12m.黃河一些平工堤段頂寬8~10m,險工段頂寬10~12m.
應按實際需要間隔一段距離,在頂寬以外設置回車場、避車道、器材物料存放場,具體尺寸應根據各堤段實際需要確定。
(3)堤坡與戧臺
堤坡應根據堤基、堤身結構與防護、土料及施工條件經穩(wěn)定計算后確定,對于地基較好的粘土、粉質粘土均質堤,堤坡約為1:3,復式斷面的堤坡約為1:2-1:3;對于軟基,堤坡約為1:3-1:5,甚至更緩。
堤高超過6m者,應在堤的背水面設置戧臺,戧臺高程應在設計水位時的滲流出逸點以上,頂寬應在2m以上。實踐證明,戧臺對增加堤身穩(wěn)定,排除散浸險情具有明顯作用。
浸潤線與滲流出逸點計算見第三章。穩(wěn)定計算及安全系數的選取見第四章。堤頂與堤坡的防護結構見本章第四節(jié)。
(4)粘性土防滲體
防滲心墻或斜墻應高出設計水位0.5m,頂寬b按構造和施工要求應不小于1m,底寬B不小于設計水頭的四分之一,即
B≥H/4(m) (2-3)
b≥1(m) (2-4)
式中 H為防滲體底部所承受的設計水位時的水頭,防滲體應與地基防滲土料或地基防滲體結合緊密,應有足夠的接觸滲徑。
(5)土工膜防滲體
土工膜防滲常采用斜墻型式,其與堤體施工無干擾,鋪設簡便,施工速度快。若采用復合土工膜,可直接鋪設在砂礫石或礫卵石堤坡上,其上面可直接鋪砼板或塊石護坡,也可在復合土工膜與護坡之間鋪設15~20cm厚的礫卵石過渡層。若采用單層土工膜,則必須在礫卵石堤坡上鋪厚20cm的砂礫石墊層,再鋪單層土工膜,其上必須依次鋪各厚15cm的砂礫石,礫卵石或碎石作為保護過渡層,最后鋪設砼板或塊石護坡。土工膜與砂礫墊層,土工膜與保護層或護坡之間的穩(wěn)定安全系數可用式(2-5)或(2-6)計算,Kgs值應大于1.5.
護坡或保護層透水性良好時: Kgs=fgs/tgα (2-5)
護坡或保護層透水性不良時: Kgs=(γ’/γm)(fgs/tgα) (2-6)
式中 Kgs、fgs分別為土工膜與護坡或保護層之間的抗滑安全系數和摩擦系數;α為臨水面堤坡角度;γ’、γm分別為護坡或保護層的浮容重和飽和容重。
采用土工膜作心墻,若選擇復合土工膜,則可直接置于堤體中,若在礫卵石堤體中采用單層土工膜,則需在膜兩側各填筑厚25cm的砂礫過渡層。
(6)貼坡排水
當采用砂礫石作支承體時,在背水坡面的滲流出逸處以上30cm向下設置塊石貼坡排水,厚約30cm,兩種土石料之間,應設置反濾層,厚約20cm,如圖2-9所示。
(7)反濾層
防滲體與堤體之間或地基土與堤體之間顆粒粒徑相差較大時,以及砂礫堤坡的滲流出逸處,易發(fā)生滲透破壞,應設置反濾層。反濾層通常可采用顆粒型或土工織物型反濾層。
顆粒型反濾層的層數與粒徑大小需通過以下反濾設計確定。
對于被保護土為無粘性土時的第一層反濾料應滿足下式:
D15/d85≤4-5 (2-7)
D15/d15≥5 (2-8)
對于被保護土為粘性土時的第一層反濾料應滿足下式:
對于d85<0.074mm的粉土和粘土料: D15≤9d85 (2-9)
對于d<0.074mm的顆料含量占40%~85%的砂質粉土和粘土,以及不均勻系數Cu較大的其它防滲土料
D15≤0.7mm (2-10)
式中 D15為反濾料的特征粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%;d85為被保護土的特征粒徑,小于該粒徑的土占總土重的85%;d15為被保護土的特征粒徑,小于該粒徑的土占總土重的15%;d為被保護土的粒徑。
將該反濾層作為被保護土,而將堤體砂礫石料或堤坡塊石排水作為反濾層,若滿足式(2-7)和式(2-8),則只需設這一層反濾層。若不滿足,則需設第二或第三層反濾層,直至滿足式(2-7)和式(2-8)。
按構造與施工要求每層反濾層的厚度為20cm.
當堤防的防滲體、地基土為粘土而堤支承體為最大粒徑小于60mm的砂礫石時,它們之間可不專門設置反濾層。
土工織物型反濾層的設計見本章第四節(jié)第二部分。