某臨江水處理廠區(qū)護(hù)坡方案優(yōu)化研究

魏振榮

(吐魯番市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 吐魯番 838000)

某臨江水處理廠區(qū)護(hù)坡方案優(yōu)化研究

魏振榮

(吐魯番市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 吐魯番 838000)

某城市生活污水處理廠緊靠江邊，為保證其安全穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行邊坡防護(hù)。首先運(yùn)用理正軟件，對(duì)邊坡處于工廠荷載之下進(jìn)行穩(wěn)定性分析，基于此提出了兩種護(hù)坡方案，漿砌石護(hù)坡以及鋪設(shè)混凝土面板護(hù)坡方案。對(duì)漿砌石護(hù)坡進(jìn)行兩種坡度的計(jì)算，并以回填土的參數(shù)為自變量，安全系數(shù)為因變量繪制關(guān)系曲線，最終否定漿砌石方案。隨后分別計(jì)算50cm面板下兩種擋土墻高度的安全系數(shù)曲線，并與80cm厚度面板護(hù)坡進(jìn)行對(duì)比，最終確定此項(xiàng)目的推薦方案。此種分析方法對(duì)河道護(hù)坡處理有一定的借鑒作用。

混凝土面板；漿砌石；河道；護(hù)坡；理正

隨著城市化的進(jìn)展，河岸邊坡的防護(hù)加固越來(lái)越重要，尤其當(dāng)建筑物沿河岸邊坡建設(shè)時(shí)，對(duì)邊坡穩(wěn)定性要求增大，因此不得不采用有效手段來(lái)提高邊坡穩(wěn)定性。分析總結(jié)中國(guó)目前河道邊坡穩(wěn)定性遭致破壞的形式，主要包含沖刷、崩塌等形式。而導(dǎo)致其穩(wěn)定性失衡的因素主要包括工程設(shè)計(jì)和建設(shè)施工。工程設(shè)計(jì)方案是否合理、科學(xué)，邊坡的高度、坡率及防護(hù)措施等與施工場(chǎng)地環(huán)境是否相適應(yīng)，這些均會(huì)影響邊坡穩(wěn)定性。邊坡的地形地貌也是影響河道邊坡穩(wěn)定的因素之一。在當(dāng)前國(guó)內(nèi)水庫(kù)、江河以及湖泊和港口工程建設(shè)過(guò)程中，尤其是護(hù)岸工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，混凝土護(hù)坡以其耐久性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)、施工簡(jiǎn)便以及安全可靠等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中已得到較為廣泛的運(yùn)用，應(yīng)用效果十分的顯著[1]。

1 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地護(hù)坡總平面布置為：邊坡坡度1∶1.25-1∶1.5。此工程緊靠某河段，距江邊27.2-33.0m，高出江面約20.0m，場(chǎng)地內(nèi)的地下水主要為賦存于松散巖類孔隙潛水。經(jīng)勘探，勘探深度范圍內(nèi)場(chǎng)地地層由上至下分別為：第四系全新統(tǒng)人工填土層(Q4ml)、第四系沖洪積層卵石土(Q4al+pl)和三迭系上統(tǒng)雅江組(T3y)板巖。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡坡度1∶1.25

假設(shè)邊坡坡度為1∶1.25時(shí)，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長(zhǎng)度12m。水位設(shè)置為正常水位，距離河道底3.16m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告得知，雜填土容重為19kN/m3，粘聚力9kPa，內(nèi)摩擦角19°，假設(shè)其排水通暢，計(jì)算示意圖見(jiàn)圖1：

圖1 坡度1∶1.25計(jì)算示意圖

在保證其正常排水，但不做任何防護(hù)措施的情況下，浸潤(rùn)線如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用理正軟件計(jì)算得出的穩(wěn)定安全系數(shù)0.514<1.30。

2.2 邊坡坡度1∶1.5

假設(shè)邊坡坡度為1∶1.5時(shí)，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長(zhǎng)度12m。水位設(shè)置為正常水位，距離河道底3.16m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告得知，雜填土容重為19kN/m3，粘聚力9kPa，內(nèi)摩擦角19°，假設(shè)其排水通暢，計(jì)算示意圖見(jiàn)圖2：

圖2 坡度1∶1.5計(jì)算示意圖

在保證其正常排水，但不做任何防護(hù)措施的情況下，浸潤(rùn)線如圖2所示。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用理正軟件計(jì)算得出的穩(wěn)定安全系數(shù)0.583<1.30。

本場(chǎng)地工程安全等級(jí)為二級(jí)，按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB50330-2002)關(guān)于穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)定：二級(jí)邊坡采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算時(shí)穩(wěn)定安全系數(shù)K≥1.30。通過(guò)上述計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水位處于正常水位，并且邊坡不采取任何防護(hù)措施的情況下，坡度為1∶1.25時(shí)，即使保持排水通暢的情況下，安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)<1.30。而當(dāng)把坡度放緩，坡比為1∶1.5時(shí)，計(jì)算出的結(jié)果依然不容樂(lè)觀。如果不作任何防護(hù)加固的話，擬建場(chǎng)地將處于極其不穩(wěn)定的狀態(tài)，極有可能發(fā)生失穩(wěn)滑坡等事故，造成重大傷亡。因此在此基礎(chǔ)上，給出以下幾個(gè)邊坡防護(hù)方案，并進(jìn)行對(duì)比分析[2]。

3 邊坡防護(hù)方案

3.1 方案①：基礎(chǔ)抗沖樁方案

擬建場(chǎng)地緊靠某河段，擬建場(chǎng)地距河面約27.2-30.0m，高出河水面約20.00-22.00m。擬建場(chǎng)地長(zhǎng)69.5m，寬12m。此設(shè)計(jì)方案是在廠房梁的基礎(chǔ)之下打樁用以固定廠房，保證廠房的穩(wěn)定，不會(huì)受到河岸沖刷破壞以及滑坡危害。而邊坡防護(hù)則主要由漿砌塊石組成，沿著廠房長(zhǎng)邊方向每隔4m左右向地面下打樁，共19排。寬邊方向隔4m打柱，共3排，共計(jì)57根樁。

3.1.1 邊坡坡比1∶1.25

假設(shè)邊坡坡度為1∶1.25時(shí)，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長(zhǎng)度12m。水位設(shè)置為正常水位，距離河道底3.16m。當(dāng)排水通暢時(shí)，根據(jù)巖土工程物理力學(xué)指標(biāo)表得知，回填土容重一般為19kN/m3，與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)相吻合，因此我們假設(shè)回填土粘聚力為15kPa、20kPa，不斷增大其內(nèi)摩擦角進(jìn)行試算。

通過(guò)試算，發(fā)現(xiàn)對(duì)于坡比1∶1.25的邊坡來(lái)說(shuō)，如果要達(dá)到1.30的安全系數(shù)，這對(duì)回填土的內(nèi)摩擦角度要求較大，通過(guò)查常見(jiàn)巖土力學(xué)參數(shù)表，可以發(fā)現(xiàn)要大于普通巖土的內(nèi)摩擦角度，并且漿砌塊石有沖壞的可能性，因此對(duì)回填土的質(zhì)量要求更高，基于此，進(jìn)行坡度1∶1.5的試算。

3.1.2 邊坡坡比1∶1.5

假設(shè)邊坡坡度為1∶1.5時(shí)，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長(zhǎng)度12m。水位設(shè)置為正常水位，距離河道底3.16m。當(dāng)排水通暢時(shí)，假設(shè)回填土粘聚力為15kPa、20kPa，不斷增大其內(nèi)摩擦角進(jìn)行試算，計(jì)算結(jié)果如圖3所示：

圖3 坡比1∶1.5抗沖刷樁計(jì)算結(jié)果圖

通過(guò)試算，可以發(fā)現(xiàn)相同參數(shù)下1∶1.5的坡度比1∶1.25的坡度所計(jì)算出的安全系數(shù)要高。因此，坡度1∶1.5對(duì)于回填土的質(zhì)量要求可以比1∶1.25的要更低一些。但此方案雖然在一定基礎(chǔ)上能滿足安全系數(shù)，且施工簡(jiǎn)單，并且河流沖刷對(duì)污水處理廠沒(méi)有影響，但坡度更緩，占用河道更多，并且邊坡只進(jìn)行了簡(jiǎn)單的漿砌石護(hù)坡，在河水沖刷下，漿砌塊石可能會(huì)被沖壞，這就大大降低了邊坡抗沖能力，提高了維修費(fèi)用。另一方面，造孔等造價(jià)高，初期投資多并且后期維護(hù)成本較高。

3.2 方案②：邊坡鋪設(shè)混凝土面板方案

此方案進(jìn)行開(kāi)挖工程之后，回填砂礫石。護(hù)坡由擋土墻、面板、齒墻構(gòu)成，均采用C20混凝土。此方案采用重力式擋土墻，局部采用鋼筋混凝土懸臂擋墻；墻基底部寬2.5m，高0.5m；墻身底部寬1.1m，頂部寬0.8m；墻背坡度1∶0.06，擋土墻墻身設(shè)置泄水孔、伸縮縫。坡面坡度1∶1.25，坡面頂部垂直于墻面處寬0.8m，面板間設(shè)伸縮縫。齒墻底部處于基坑底，齒墻高2m，寬3m，底部凹槽頂部寬1m，兩邊坡度均為1∶1。

3.2.1 擋土墻高5.5m，排水通暢

邊坡坡度為1∶1.25，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長(zhǎng)度12m。水位設(shè)置為正常水位，距離河道底3.16m。在保證其正常排水的情況下，浸潤(rùn)線如圖3所示。

在此基礎(chǔ)上，分別計(jì)算邊坡鋪設(shè)50cm、80cm厚混凝土面板情況下，回填土粘聚力為15kPa、20kPa時(shí)，不斷增大內(nèi)摩擦角計(jì)算安全系數(shù)，計(jì)算結(jié)果如圖4所示：

圖4 擋土墻高5.5m計(jì)算結(jié)果圖

3.2.2 擋土墻高8m，排水通暢

在此基礎(chǔ)上，在邊坡鋪設(shè)50cm厚混凝土面板情況下，假設(shè)回填土粘聚力為15kPa、20kPa，不斷增大內(nèi)摩擦角進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖5所示：

圖5 擋土墻高8m計(jì)算結(jié)果圖

通過(guò)試算，當(dāng)擋土墻高度為5.5m時(shí)，只需增大內(nèi)摩擦角及粘聚力，安全系數(shù)則不斷增高，并且在一定程度上已經(jīng)可以達(dá)到規(guī)定所要求的安全系數(shù)，而當(dāng)把擋土墻高度增加到8m時(shí)，不僅同等參數(shù)下安全系數(shù)要小，并且安全系數(shù)與內(nèi)摩擦角并不完全成正比，增長(zhǎng)緩慢。并且在計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，擋土墻高度越高，擋土墻的上半部分容易發(fā)生坍塌等現(xiàn)象，極不利于邊坡穩(wěn)定。因此綜合來(lái)看，擋土墻高5.5m時(shí)有利于邊坡穩(wěn)定，且不會(huì)發(fā)生擋土墻坍塌事故。

經(jīng)過(guò)試算可以發(fā)現(xiàn)，混凝土面板80cm時(shí)，可以輕易滿足規(guī)定的安全系數(shù)，保持邊坡穩(wěn)定。同等參數(shù)下80cm厚混凝土面板安全系數(shù)更高，但50cm厚混凝土面板方案在回填土達(dá)到要求后已經(jīng)可以滿足擬建地所需承載力。兩種厚度方案施工難度相近，但明顯50cm厚方案在投資、維護(hù)等方面占優(yōu)勢(shì)，而且對(duì)于此工程，在保持排水通暢以及保證土體碾壓密實(shí)度的情況下，面板鋪設(shè)50cm鋼筋混凝土足以滿足其穩(wěn)定性。

但在工程實(shí)踐中，有很多護(hù)坡由于未能充分考慮反濾排水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的作用，引起護(hù)坡頂裂，滑坡塌方的事故可謂是屢見(jiàn)不鮮，尤其是對(duì)混凝土面板這種幾乎全封閉式的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)反濾排水措施尤為重要，如果不能有效保持排水通暢，很容易引發(fā)邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題。另外，文章對(duì)于方案②進(jìn)行了一系列假設(shè)試算，但當(dāng)土體密實(shí)度不達(dá)標(biāo)的情況下，安全系數(shù)也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。因此雖然推薦方案②為施工方案，但保持排水通暢以及土體的密實(shí)度十分的有必要。

4 結(jié) 論

文章給出兩種防護(hù)方案，方案①雖然施工簡(jiǎn)單，水處理廠不會(huì)受到河流沖刷，但由于坡度較緩，占用河道過(guò)多，對(duì)于周邊環(huán)境影響較大，造孔等造價(jià)高，投資多后期維護(hù)成本較高。方案②雖然施工復(fù)雜，但混凝土面板更加堅(jiān)固，不易沖壞且在一定基礎(chǔ)下足以滿足邊坡穩(wěn)定系數(shù)。因此，最后選擇方案②作為推薦方案。

[1]邱友紅，賈山.漿砌石大壩面板加固處理方案實(shí)例剖析[J].黑龍江水利科技，2009，37(04)：52-53.

[2]馬躍.混凝土面板護(hù)岸破損修復(fù)加固措施研究[J].科技風(fēng)，2016(17)：103.

[3]楊政武.山區(qū)高速公路路塹邊坡滑坡穩(wěn)定分析及治理研究[J].交通建設(shè)與管理，2015(08)：139-141.

[4]朱士權(quán)，李紅,朱家昌,等.混凝土護(hù)坡設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問(wèn)題[J]．水利水電工程設(shè)計(jì)，2014，33(04)：9-10.

[5]呂強(qiáng)，黃啟勝.天晴旺水庫(kù)現(xiàn)澆混凝土面板護(hù)坡的應(yīng)用[J].山東水利，2010(08)：32-33.

StudyonSlopeProtectionSchemeOptimizationforaRiversideEffluentPlant

WEI Zhen-rong

(Turpan Urban Water Conservancy & Hydropower Investigation, Design and Research Institute, Turpan 838000, China)

A sanitary sewage treatment plant is closely beside the river in a city, slope protection have to be done in order to guarantee its safety and stability. Firstly, Lizheng Software was applied to conduct the stability analysis for side slope lower than the factory load, two slope protection schemes were put forward including grouted rubble slope protection and laying concrete slab to protect the slope. Tow kinds of slope gradient were calculated for grouted rubble slope protection to draw the relation curve regarding the parameters of backfilled earth as the independent variable and safety coefficient as the dependant variable, at last, the grouted rubble scheme was denied, subsequently, to calculate separately the safety coefficient curves of retaining walls with two different heights lower than 50cm thick slab, and to compare with slope protection with 80cm thick slab, finally, the recommendation scheme of this project was determined. There are some references of this kind of analysis method for river-course slope protection.

concrete slab; grouted rubble; river course; slope protection; Lizheng Software

1007-7596(2017)10-0020-03

TU441.35

B

2017-09-22

魏振榮(1968-)，男，甘肅榆中人，高級(jí)工程師，從事水利工程設(shè)計(jì)工作。