防洪堤滲流穩(wěn)定的計(jì)算方法和對應(yīng)的工程措施

【摘要】山區(qū)河道一般流速較大，長期經(jīng)受沖刷滲透作用，防洪堤容易發(fā)生塌陷和滑動破壞。本文以平泉市瀑河三期防洪生態(tài)綜合整治工程為例，從堤防的基礎(chǔ)防滲工程情況出發(fā)，對防洪堤滲流穩(wěn)定的計(jì)算方法進(jìn)行了分析，并提出了一些對應(yīng)的工程措施，使得防滲效果更為可靠，以期能夠?yàn)榉篮榈虧B流體系的有效運(yùn)行提供保證，從而避免出現(xiàn)一些危害。

【關(guān)鍵詞】防洪堤；滲流；穩(wěn)定措施

瀑河三期為山區(qū)河道，地基材料為礫砂和角礫，具有強(qiáng)透水、易被沖刷、粒徑大、固結(jié)性差的特點(diǎn)。為工程造價(jià)記，新建及加固堤防主要采用河道開挖砂礫料填筑，主槽按10年一遇洪水不出槽考慮，堤頂平均填筑高度為1.5m。迎水面邊坡系數(shù)為1：3，堤頂寬度為4.5m。整體河道位于平泉市城區(qū)上游，原狀地勢險(xiǎn)峻，防洪能力差，為下游城區(qū)段造成很大安全隱患，因此需要對該河道段的防洪堤采取優(yōu)化處理措施，才能滿足安全生態(tài)等要求。

一、防洪堤滲流穩(wěn)定計(jì)算方法

新建及加固堤防主要采用開挖砂礫料填筑，堤基主要為礫砂、角礫等。堤身、堤基滲透破壞類型主要為管涌，礫砂、角礫的允許水力比降值分別為0.18、0.17。滲流采用有限元數(shù)值分析方法計(jì)算，應(yīng)用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研制Autobank7.0軟件程序進(jìn)行計(jì)算。

（1）滲流穩(wěn)定計(jì)算過程

①出逸坡降計(jì)算

上述程序假定滲透介質(zhì)不可壓縮，滲流符合達(dá)西定律，計(jì)算域內(nèi)沒有源密度的情況，各向異性連續(xù)介質(zhì)二維穩(wěn)定滲流場的控制方程為：

②滲流計(jì)算工況

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算中規(guī)定，擬定滲透穩(wěn)定計(jì)算工況如下：

工況1：河道設(shè)計(jì)水位正常運(yùn)行，堤外無水，復(fù)核堤防背水坡穩(wěn)定；

工況2：河道設(shè)計(jì)水位正常運(yùn)行工況下增加地震荷載，復(fù)核堤防臨水、背水側(cè)堤坡。

③滲透穩(wěn)定分析

當(dāng)實(shí)際出逸坡降大于允許滲流坡降時(shí)，可能發(fā)生滲透破壞，應(yīng)采取措施，反之，則不會發(fā)生滲透變形。

（2）邊坡抗滑穩(wěn)定

①計(jì)算方法

邊坡穩(wěn)定分析采用瑞典圓弧法計(jì)算，公式如下：

具體計(jì)算采用河海大學(xué)Autobank7.0軟件計(jì)算。

②安全系數(shù)

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，3級堤防邊坡允許最小安全系數(shù)：a.正常工作條件1.1.20；b.非常運(yùn)用條件Ⅱ?yàn)?.05；4級堤防邊坡允許最小安全系數(shù)：a.正常工作條件1.15；b.非常運(yùn)用條件Ⅱ?yàn)?.00；

③計(jì)算工況

擬定邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算工況如下：

工況1：河道設(shè)計(jì)水位正常運(yùn)行，堤外無水，復(fù)核堤防迎水坡、背水坡穩(wěn)定；

工況2：河道設(shè)計(jì)水位正常運(yùn)行工況下增加地震荷載，復(fù)核堤防臨水、背水側(cè)堤坡。

④邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果分析

按上述方法和條件對本段河道典型斷面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1-1。

二、防洪堤滲流穩(wěn)定對應(yīng)的工程措施

由于瀑河三期工程堤坡較長，堤破較陡，依據(jù)工程地理情況，堤防考慮管理和防汛需要，為了加強(qiáng)防洪堤穩(wěn)定性、增強(qiáng)防洪堤防滲漏能力和抗剪能力，在不能滿足防滲要求的危險(xiǎn)斷面堤防背水坡設(shè)置戧臺。

（1）戧臺在堤防工程中的作用

①增加了防洪堤的穩(wěn)定性

增設(shè)戧臺一方面加大了河道治理的橫斷面積，另一方面因?yàn)樵鲈O(shè)的戧臺工程施工嚴(yán)格，需進(jìn)行清基，鋪土、碾壓、測量土壤干密度、含水率。

②延長了繞滲路徑

瀑河三期河道地質(zhì)條件差，工程土體多為礫砂和角礫，極易達(dá)到飽和。從防洪堤背水坡直接滲出水的時(shí)間長，易形成通道造成大堤滑坡、裂縫等險(xiǎn)情的產(chǎn)生。

（2）戧臺的結(jié)構(gòu)形式

戧臺的結(jié)構(gòu)基本設(shè)計(jì)為平行四邊形，由戧臺高程、戧臺寬度、戧臺邊坡三要素組成。戧臺高程由不同地段的壩體浸潤線逸出最高點(diǎn)而定，本工程設(shè)計(jì)戧臺高程為設(shè)計(jì)防洪堤頂高程下返1.2米。戧臺寬度為相鄰兩個(gè)樁號距離，戧臺邊坡設(shè)計(jì)為1：3。

三、瀑河流域生態(tài)綜合治理三期工程防洪抗汛的措施

戧臺雖然在堤防穩(wěn)定中起一定作用，但只是堤防的一個(gè)輔助工程，是一種被動治理，做好防洪抗汛需主動治理和被動治理相結(jié)合。本項(xiàng)目中的主動治理措施有：

①瀑河兩岸（瀑河流經(jīng)的地段）應(yīng)進(jìn)行水土保持， 盡可能多的設(shè)置護(hù)河林帶，植樹種草減少泥沙流動和崩岸塌坡。

②對瀑河主槽河床進(jìn)行擴(kuò)槽清淤、增大過水?dāng)嗝姹ＷC泄洪能力滿足10年一遇泄流標(biāo)準(zhǔn)。

總之，戧臺工程雖然為瀑河三期工程被動治理，但其工程結(jié)構(gòu)和建設(shè)簡單易行，經(jīng)過一期二期工程施工運(yùn)行的實(shí)踐證明，其抗滑、抗裂的作用頗為明顯，對預(yù)防防洪堤滲漏也起到了一定的積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱曉玲； 陳皓； 陳亞君.浙江省小流域防洪堤滲流設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].東北水利水電，2013（01）

作者簡介：李斯楊，女，（1984.09—），河北衡水人，畢業(yè)于河北工程大學(xué)科信學(xué)院，本科，工程師，研究方向：水利水電工程。