基于周流河、飲馬河入?？诤７赖坦こ探Y(jié)構(gòu)計算探析

石 剛

(沈陽市水電土木工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，沈陽 110000)

1 工程建設(shè)方案概述

周流河、飲馬河均發(fā)源于連山區(qū)老官堡鎮(zhèn)境內(nèi)的落石山, 流域總面積分別為36.32km2、56.86km2，河道全長分別為18.54km、16.72km，根據(jù)總體布局和自然條件的原則，并結(jié)合葫蘆島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)現(xiàn)有的海岸線資源，將在原有主河道的基礎(chǔ)上拓寬新河道[1]。周流河兩側(cè)路堤的規(guī)劃距離為80m，主河道寬度為45m，飲馬河兩側(cè)路堤的規(guī)劃距離為165×120m，主河道寬度為140×85m，防護(hù)類型為原來的原干砌石護(hù)坡，

此次設(shè)計加強(qiáng)了原有的干砌石護(hù)坡保護(hù)，在項目開始時，加固樁號為K0+000-K1+000，建議擬建兩處海防堤，飲馬河?xùn)|側(cè)中心線長1450m，周流河中心線長2030m，中心線總長3480m，兩側(cè)堤防總長度是6960m。其中漿砌石擋土墻防護(hù)長度為5260m，柵欄板防護(hù)長度為700m，干砌石護(hù)坡加固長度為1000m，砂石路面長度為5960m，周流河、飲馬河防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇[1]。

2 結(jié)構(gòu)計算

2.1 建筑物結(jié)構(gòu)型式

周流河河口段左、右岸(樁號ZLZ0+000-ZLZ0+200及樁號ZLY0+00記0-ZLY0+200段)、飲馬河右岸(YMY0 + 000×YMY0 + 300斷面)使用了帶平臺的復(fù)式斜坡均質(zhì)土路堤，海防堤的頂部為8.0m寬，黏土填充為4.5m寬，礫石寬度為3.5m，中間設(shè)置有6.0m寬的碎石路面，兩側(cè)設(shè)置了1.0m寬的綠化帶堤頂，堤防的上坡與后坡的坡度比均為1∶2.5，在迎水坡高程的平均潮水位設(shè)置了3.0m寬的抑波平臺。地坪磚鋪設(shè)在波浪抑制平臺上，地坪磚的厚度為0.12m，普通混凝土墊層的厚度為0.1m，在消浪平臺上方，面向迎水坡的路堤采用了寬邊菱形混凝土框格草皮護(hù)坡，消浪平臺迎水側(cè)配備了1.0m高的混凝土欄桿，在消波平臺下方，采用柵欄板用于護(hù)坡，坡腳采用預(yù)制混凝土支撐塊體和拋石頭水平腳。

護(hù)坡混凝土框架的厚度為0.3m，框格內(nèi)回填了種植土壤和草皮保護(hù)層，護(hù)坡欄柵板厚為0.35m，石塊厚0.5m，礫石墊層厚0.1m，預(yù)制混凝土支撐塊體長度為1.2m，厚度為0.5m，支撐塊替外側(cè)的拋石水平護(hù)腳板長為6.0m，厚為1.0m，在堤防的背水坡面上鋪設(shè)了0.3m的種植土壤并種植草皮保護(hù)[2]。周流河河口段左、右岸(樁號ZLZ0+200-ZLZ2+030及樁號ZLY0+200-ZLY2+030段)、飲馬河左、右岸(樁號YMZ1+000- YMZ1+450及樁號YMY0+300-YMY1+450段)

使用帶平臺的復(fù)式斜坡混合土路堤，海防堤的頂部寬度為8.0m寬，黏土填充為4.5m寬，礫石寬度為3.5m寬，中間設(shè)置一條6.0m寬的碎石路，在路堤頂部的兩側(cè)設(shè)置1.0m寬的綠化帶。

堤壩的迎水坡和背水坡的坡度比均為1：2.5，在迎水坡高程的平均潮汐高度設(shè)置了一個3.0m寬的平臺，地坪磚鋪在平臺上，地坪磚的厚度為0.12m，下面設(shè)置了厚度為0.1m的普通混凝土墊層[2]。平臺以上堤防迎水坡由大邊菱形混凝土框格草皮護(hù)坡，消浪平臺的迎水側(cè)設(shè)置1.0m高的混凝土欄桿， 護(hù)坡混凝土框格的厚度為0.3m， 砂漿擋土墻頂部寬度為0.5m，基礎(chǔ)埋深為1.2m，下方設(shè)有厚度為0.1m的普通混凝土墊層，迎水側(cè)垂直排列，護(hù)腳石籠的水平長度為6.0m，厚度為0.5m，下面設(shè)有反向過濾土工布，在堤防的背水坡面上鋪設(shè)了0.3m的種植土壤和草皮保護(hù)[3]。周流河、飲馬河防護(hù)柵欄板段標(biāo)準(zhǔn)斷面及防護(hù)漿砌石擋土墻標(biāo)準(zhǔn)斷面分圖1及圖2。

圖1 周流河、飲馬河防護(hù)柵欄板段標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

圖2 周流河、飲馬河防護(hù)漿砌石擋土墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

2.2 堤防滲透穩(wěn)定分析

周流河、飲馬河河流域降水多集中在汛期，大暴雨持續(xù)時間為1-2d，最短為數(shù)小時，洪水歷時短，急漲急落，根據(jù)典型洪水過程線可以查出，洪水自設(shè)計洪水位降落至堤基地面高程僅4h。穩(wěn)定滲流浸潤線計算簡圖見圖3。

(1)

n0=n(1-Sw%)

(2)

式中：[T]為滲流在背水坡腳出現(xiàn)的時間；[k]為堤身滲透系數(shù)；[n0]為土的有效孔隙率；[n]為土的孔隙率；[SW%]為飽和度；

根據(jù)本次地勘成果并結(jié)合本次整治后實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，確定堤身土料計算參數(shù)選取周流河堤防左岸ZLH1+000及右岸ZLH1+200斷面，飲馬堤防左岸YMH 1+200及右岸YMH 0+800斷面。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中公式計算浸潤線鋒面距迎水坡坡腳距離。

(3)

2.3 堤防邊坡抗滑穩(wěn)定計算

根據(jù)地勘成果并結(jié)合本次整治后實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，對應(yīng)浸潤線計算成果，選取周流河堤防ZLZ1+000及ZLY1+200斷面，飲馬堤防YMZ 1+200及YMY 0+800斷面共計4個典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定計算，計算結(jié)果見表1。

表1 堤防邊坡穩(wěn)定計算成果表

由表1可知，各工況堤防的抗滑穩(wěn)定均滿足設(shè)計要求。

2.4 沉降量計算

堤基的最終沉陷量計算按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》計算。其計算公式如下：

(4)

式中：S為最終沉降量，mm；n為壓縮層范圍的土層數(shù)；e1i為第i土層在平均自重應(yīng)力作用下的空隙比；e2i為第i土層在平均自重應(yīng)力和平均附加應(yīng)力共同作用下的空隙比；hi為第i土層的厚度，mm；m為修正系數(shù)，本次海堤設(shè)計取1.4。

堤防最終沉降量計算結(jié)果見表2。

從計算結(jié)果可知，新建堤防的典型斷面沉降量在293mm至354mm之間，本次設(shè)計新建堤防預(yù)留沉降量為400mm。

表2 堤防最終沉降量計算成果表

2.5 干砌石護(hù)坡穩(wěn)定性

坡比按最陡處考慮為1∶2.0，坡角為27°，則塊石護(hù)坡沿堤坡滑動的安全系數(shù)為：

K=(W1×cosα×tgφ+W2×tgφ)/(W1×sinα)

(5)

式中：K為穩(wěn)定安全系數(shù)；W1、W2為土體重量；α為迎水坡坡角，27°；φ為干砌石與回填土摩擦角，27°。

代入上式：K=1.38

干砌石滿足堤坡抗滑要求。

2.6 沖刷計算

堤岸沖刷深度計算采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范-2013》中的計算公式，公式如下：

hp=ph

(6)

hB=hp((vp/vh)n-1)

(7)

t=hp-h+hB

(8)

式中：hB為局部沖刷深度，m；n為與岸坡形狀有關(guān)的系數(shù)(n=1/4)；v為河床允許不沖流速，m/s；vp為河槽平均流速，m/s；hp為河床沖刷后水深，m；h為河床沖刷前水深，m；t為河床沖刷深度，m。

經(jīng)計算，周流河、飲馬河干流堤防沖刷深度為1.32-1.80m，選擇擋墻外采取水平防護(hù)，防護(hù)長度為3倍沖刷深度，取6.0m[4]。

2.7 漿砌石擋墻穩(wěn)定計算

本次設(shè)計周流河、飲馬河入?？诙魏７赖套o(hù)岸擋墻最高1.97m，擋墻結(jié)構(gòu)尺寸：擋墻墻身高1.97m，墻底寬2.48m，底板厚1.20m，頂寬0.50m，前趾懸挑長0.5m，后趾懸挑長0.50m。擋墻各工況土壓力計算結(jié)果見表3。

表3 擋墻土壓力計算成果表

翼墻基底面與地基之間的摩擦系數(shù)f值，取0.40。擋墻抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見表4。

表4 擋墻抗滑穩(wěn)定計算成果表

從計算結(jié)果可以看出，擋土墻墻抗滑穩(wěn)定滿足要求。擋墻各工況抗傾穩(wěn)定計算結(jié)果見表5。

表5 擋墻抗傾穩(wěn)定計算成果表

從計算結(jié)果可以看出，擋土墻抗傾穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。擋墻各工況基底應(yīng)力計算結(jié)果見表6。

表6 擋墻基底應(yīng)力計算成果表

經(jīng)計算擋土墻基底應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

2.8 海防堤園區(qū)內(nèi)排水處理

海防堤外側(cè)為工業(yè)區(qū)新能源鋁業(yè)基地，園區(qū)規(guī)劃堤外側(cè)排水布置由產(chǎn)業(yè)園區(qū)配套的綜合管網(wǎng)銜接，新能源鋁業(yè)基地排水干管平行園區(qū)道路鋪設(shè)，最終由泵站提水到河道排入大海[5]。雨水共分5個出口排入河道，其中周流河3處，飲馬河2處，排水管道為φ800mm-φ1200mm鋼筋混凝土管，排水處設(shè)雨水閘門井，管底標(biāo)高與排水系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)區(qū)配套綜合管網(wǎng)吻合，排水管出口設(shè)計雙絞格網(wǎng)石籠消能方式，石籠尺寸為長6000mm×寬4000mm×厚500mm。

2.9 臺階

周流河、飲馬河結(jié)合河道景觀建設(shè)，方便游人親水，在新建堤防處迎水坡的堤坡處修建臺階，每200m設(shè)定一處[6]。周流河兩側(cè)新建堤防4060m，設(shè)臺階20處，飲馬河新建堤防1900m，設(shè)臺階10處。臺階為漿砌條料石結(jié)構(gòu)，下設(shè)100mmC25混凝土，300mm漿砌石，200mm砂礫料墊層，臺階漿砌條料石規(guī)格選定 150mm×300mm×1000mm。

2.10 堤基處理

根據(jù)地質(zhì)勘察報告本工程區(qū)域地層主要由素填土、淤泥質(zhì)砂土、細(xì)粒土質(zhì)砂、低液限粉土等等組成?？刹捎脪伿瘮D淤法或挖除淤泥做為基礎(chǔ)持力層[7]。

飲馬河K0+000-K0+950段、周流河K0+000-K0+500段河道內(nèi)土體多數(shù)土壤大多為粉質(zhì)土，不能作為路堤材料，應(yīng)根據(jù)設(shè)計斷面的底部標(biāo)高挖出河道中的泥土。本次設(shè)計考慮選定拋石擠淤法施工，結(jié)合地勘淤泥層資料最終確定拋石擠淤法處理到細(xì)粒土質(zhì)砂層，平均深度為2.5m，根據(jù)地基計算系統(tǒng)對海防堤斷面進(jìn)行地基沉降分析，斷面最終沉降在0.1m以內(nèi)，對海防堤的施工不會造成明顯影響，所以可以正常進(jìn)行施工，不用采取其他特殊措施。

3 結(jié) 語

本工程建設(shè)為上述兩河海防堤的防洪及防潮標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，海防堤工程級別為2級，穿堤建筑物級別亦為2級[8]。工程建設(shè)范圍根據(jù)周流河、飲馬河受海潮影響范圍，周流河海防堤建設(shè)涉及河長為2030m，飲馬河建設(shè)涉及河長1450m。新建海防堤總長5960m，其中：周流河左、右岸各2030m，飲馬河左岸450m、右岸1450m；加固飲馬河左岸海防堤1000m；新建穿堤排水管涵5座，其中：周流河3座，飲馬河2座，設(shè)坡面踏步臺階周流河20處，飲馬河10處。通過上述工程結(jié)構(gòu)計算,均滿足的《堤防工程設(shè)計規(guī)范》設(shè)計要求。