某河道治理工程設(shè)計(jì)變更防洪堤滲流穩(wěn)定研究

楊 雪

（喀什大學(xué) 土木工程學(xué)院，新疆 喀什 844000）

0 引言

在中小河道治理中，滲流分析是一項(xiàng)重要內(nèi)容，目前采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行防洪堤滲流分析，主要包括有限單元法、有限差分法、邊界元法、數(shù)值流行方法以及離散單元法等方法[1,2,3,4]，但是滲流分析模型多數(shù)學(xué)者按均質(zhì)土計(jì)算，而實(shí)際堤防工程中，土質(zhì)結(jié)構(gòu)是有變化的，因此按實(shí)際土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模更能貼近實(shí)際，理論意義重大。工程概況

某河道治理工程位于某內(nèi)陸河流，工程段河床多變，汛期主流擺動(dòng)頻繁，河床橫斷面變化很大，無(wú)比較固定的主槽，具有“寬、淺、亂”的特點(diǎn)，是典型的平原游蕩型河道。

1 變更緣由

由于初步設(shè)計(jì)與技施設(shè)計(jì)兩階段間經(jīng)歷了一次汛期，河道的游蕩特性也造成該段河道灘岸、主槽產(chǎn)生一定程度變化，為保證施工圖設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)重新勘測(cè)，經(jīng)多方論證決定：

1、根據(jù)該河段歷史應(yīng)急防洪搶險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)和之前已實(shí)施整治段的護(hù)岸效果來(lái)看，設(shè)計(jì)采用拋石護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式是合理并且因地制宜的，已取得較為理想的效果。但工程不是一次建成就高枕無(wú)憂了，頂沖段拋石備塌體從下沉直至穩(wěn)定還要經(jīng)過(guò)3-4次汛期才能基本完成，后期必須盡快完成防洪備石的準(zhǔn)備工作，汛期務(wù)必加強(qiáng)巡查，對(duì)備塌體拋石下沉達(dá)到警戒部位要及時(shí)進(jìn)行拋石補(bǔ)填，直到?jīng)_刷沉陷穩(wěn)定為止。

2、在拋石護(hù)岸還未穩(wěn)定的條件下，設(shè)計(jì)采用當(dāng)?shù)赝粱靥钔恋滩⒉捎萌嵝話伿o(hù)坡防止洪水沖刷堤坡比較合理，也有利于工程防洪搶險(xiǎn)、維護(hù)，節(jié)省投資。

3、堤坡設(shè)無(wú)紡布結(jié)構(gòu)層確能提高堤身滲透穩(wěn)定性，但根據(jù)歷史應(yīng)急防洪搶險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)，以往應(yīng)急搶險(xiǎn)采用拋石護(hù)岸、土堤結(jié)構(gòu)未設(shè)此結(jié)構(gòu)層，也未出現(xiàn)因堤坡滲透破壞造成土堤出險(xiǎn)的情況

2 變更設(shè)計(jì)方案

1、水中進(jìn)占設(shè)計(jì)斷面：土堤頂寬度6.0m，迎水面邊坡1：1.3；背水面邊坡施工水位以上1：2，施工水位以下1：4。土堤迎水面采用采用拋石裹護(hù)，護(hù)坡與土堤頂齊平，頂寬1m，外坡1：1.5，內(nèi)坡1：1.3。護(hù)坡表面30cm進(jìn)行干砌塊石。護(hù)坡與土壩體間鋪設(shè)0.1m的砂礫石墊層及無(wú)紡布一層。

2、旱地施工設(shè)計(jì)斷面：土堤、護(hù)坡斷面結(jié)構(gòu)與水中進(jìn)占設(shè)計(jì)斷面一致，唯獨(dú)堤前拋石護(hù)岸設(shè)置形式二者有所區(qū)別。旱地施工設(shè)計(jì)型式為在護(hù)坡拋石前設(shè)6.1m寬、2.5m高的備塌體，臨水坡1：1.5，背水坡1：1.5。變更設(shè)計(jì)后的施工圖斷面結(jié)構(gòu)形式與初設(shè)批復(fù)的斷面結(jié)構(gòu)形式基本相同，唯獨(dú)取消了土堤與堤前拋石護(hù)坡之間的無(wú)紡布與砂礫石墊層。

3 計(jì)算基本參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察結(jié)果，工程堤基均位于河床面上，河床面低于岸坎后自然地面一般在 2～3m，堤基下伏土層自上而下基本均勻由粉土質(zhì)砂、含細(xì)粒土砂組成。粉土質(zhì)砂：為河流沖積物（Q4aL），層厚2m-6m，粉土質(zhì)砂中砂粒含量大于75%，細(xì)粒含量為8%，級(jí)配不良。砂礦物成分以石英、長(zhǎng)石、云母為主。天然密度1.78/cm3，干密度 1.41g/cm3，比重 2.66，孔隙比 0.88，最大干密度 1.67g/cm3，最小干密度1.25g/cm3，內(nèi)摩擦角 24°，滲透系數(shù) 7.0×10-4cm/s。含細(xì)粒土砂：為河流沖積物（Q4aL），層厚大于20.0m，。天然密度1.89g/cm3，干密度1.48g/cm3，比重2.66，孔隙比0.80，內(nèi)摩擦角26°，滲透系數(shù)5.5×10-3cm/s。

4 滲透穩(wěn)定計(jì)算

滲透計(jì)算采用Autobank7.07軟件[5]，對(duì)防洪堤進(jìn)行二維有限元滲流分析，由于堤基及堤身非均質(zhì)土，建模時(shí)對(duì)土質(zhì)交界處做了耦合處理，采用過(guò)渡段形式，使計(jì)算模型更符合實(shí)際。選取4+000最大堤高斷面作為計(jì)算斷面。

計(jì)算工況擬定為堤上游為設(shè)計(jì)水位，下游為洪水期相應(yīng)實(shí)測(cè)高水位（工況1）；堤上游為設(shè)計(jì)水位，下游為枯水期實(shí)測(cè)最低水位（工況2）；洪水自設(shè)計(jì)水位降落至最低水位時(shí)堤下游為洪水期相應(yīng)實(shí)測(cè)高水位（工況 3）。滲透計(jì)算成果如表1、表2和圖1。

表1 最大水力坡降計(jì)算表

圖1 滲透穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

5 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

結(jié)合本工程堤身特點(diǎn)，對(duì)堤防擬堤身整體穩(wěn)定情況進(jìn)行計(jì)算，采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算抗滑穩(wěn)定。計(jì)算按以下 3種工況進(jìn)行：上游為設(shè)計(jì)水位，下游為洪水期相應(yīng)實(shí)測(cè)高水位，穩(wěn)定滲流期的下游堤坡（工況1）；上游為設(shè)計(jì)水位，下游為枯水期實(shí)測(cè)最低水位，穩(wěn)定滲流期的下游堤坡（工況2）；洪水自設(shè)計(jì)水位降落至最低水位時(shí)堤下游為洪水期相應(yīng)實(shí)測(cè)高水位的上游堤坡（工況3）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 最邊坡穩(wěn)定計(jì)算表

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)滲透穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果可知，三種運(yùn)行工況滲透坡降均在允許值范圍內(nèi)，邊坡穩(wěn)定系數(shù)均大于最小安全系數(shù)，其中，最不利工況為洪水自設(shè)計(jì)水位降落至最低水位時(shí)，安全系數(shù)為1.212。分析各工況下危險(xiǎn)滑裂面，設(shè)計(jì)水位條件下，危險(xiǎn)滑裂面發(fā)生在下游邊坡，水位驟降工況下，危險(xiǎn)滑裂面發(fā)生在上游邊坡。