施佳敏,叢 野
(江西省贛西土木工程勘測(cè)設(shè)計(jì)院,江西 宜春 336000)
赤田港堤自建成以來(lái),遭受了多次洪水襲擊,經(jīng)過(guò)多年加固建設(shè),工程面貌得到改觀,防洪能力有一定提高,但現(xiàn)有堤防單薄,堤身變形沉陷,大部分堤腳緊貼河岸,河岸沖刷、塌岸嚴(yán)重。為確保保護(hù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)和重要設(shè)施的安全,盡快完善防洪治澇工程體系,提高抗洪及排澇能力,盡快實(shí)施高沙堤除險(xiǎn)加固工程是非常必要的。本文結(jié)合赤田港堤實(shí)際情況對(duì)其防護(hù)堤展開(kāi)設(shè)計(jì)分析。
奉新縣赤田港堤地處奉新縣宋埠鎮(zhèn)境內(nèi),位于潦河右岸及支流石鼻河下游左岸,圩堤起于宋埠鎮(zhèn)堂莊村崗前老屋,止于宋埠鎮(zhèn)中保村車頭,全長(zhǎng)7.27 km。圩堤防護(hù)面積7.25 km2,保護(hù)耕地1.05萬(wàn)畝,保護(hù)人口1.45萬(wàn)人,保護(hù)宋埠鎮(zhèn)的堂莊、天寶和中保等3個(gè)村、S40高速公路、S226省道、X063鄉(xiāng)道的防洪安全。
隨著時(shí)間的推移,圩堤局部堤身邊坡陡,堤身變形沉陷,河岸沖刷、塌岸嚴(yán)重;長(zhǎng)期以來(lái),防護(hù)區(qū)內(nèi)受洪水影響,洪澇災(zāi)害頻發(fā),給當(dāng)?shù)厝嗣裆顜?lái)許多困難、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)較大損失,嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的進(jìn)一步提高。
赤田港堤現(xiàn)狀主要險(xiǎn)段均無(wú)任何滲流觀測(cè)資料,本次滲流安全分析以地質(zhì)勘探成果和運(yùn)行管理中出現(xiàn)的問(wèn)題為基礎(chǔ),結(jié)合施工回憶等有關(guān)資料,采用有限單元法進(jìn)行滲流安全分析評(píng)價(jià)[1]。
2.1.1 計(jì)算斷面確定
根據(jù)赤田港堤險(xiǎn)段地質(zhì)剖面圖中堤身堤基的地質(zhì)情況,本次滲流計(jì)算選取樁號(hào):堂1+326、2+613作為典型斷面進(jìn)行分析。
2.1.2 滲透指標(biāo)確定
本次計(jì)算斷面滲流分析以近期室內(nèi)外土工試驗(yàn)成果為基礎(chǔ),綜合施工回憶及運(yùn)行期出現(xiàn)的問(wèn)題后確定。斷面分區(qū)的滲流系數(shù)是綜合考慮本次地質(zhì)勘察資料的室內(nèi)外土工試驗(yàn)成果,采用地勘建議值。典型斷面分區(qū)的滲透系數(shù)取值見(jiàn)表1。
表1 加固前各典型斷面滲透分區(qū)表
2.1.3 允許坡降
1)堤坡出逸點(diǎn)允許滲透坡降
堤坡出逸坡降臨界值按下式計(jì)算:
式中:Jc為堤坡出逸臨界滲透坡降;γ1'為土料浮容重,kN/m3;γ為水容重,10 kN/m3;φ為土料內(nèi)摩擦角;β為下游堤坡坡角;C為土料凝聚力;Kc為安全折減系數(shù),Kc=3.5。
計(jì)算可得,壤土為主的填筑土堤坡出逸點(diǎn)允許滲透坡降J允=0.43。
2)堤基覆蓋層水平允許滲透坡降
根據(jù)地勘資料,堤基壤土J允=0.40,細(xì)砂J允=0.10,中粗砂J允=0.12。
2.1.4 穩(wěn)定滲流復(fù)核計(jì)算
根據(jù)規(guī)范《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)結(jié)合本工程實(shí)際情況,滲流分析計(jì)算考慮迎水側(cè)設(shè)計(jì)洪水與背水側(cè)相應(yīng)水位組合情況。按上述工況組合進(jìn)行計(jì)算,各典型斷面滲透坡降值及單寬流量值見(jiàn)表2。
表2 加固前各典型斷面穩(wěn)定滲流期滲流計(jì)算成果表
2.1.5 程序說(shuō)明
本次滲流計(jì)算分析采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的土石壩二維滲流計(jì)算程序,程序的求解方法是基于三角形單元的有限元法,用改進(jìn)平方根法直接求解線性代數(shù)方程組。
2.1.6 滲流計(jì)算結(jié)果分析
1)整體安全性分析
根據(jù)典型斷面有限元法計(jì)算分析,穩(wěn)定滲流期滲流性態(tài)符合均質(zhì)堤防滲流場(chǎng)分布規(guī)律,各斷面背水坡最大出逸坡降小于其允許值。
2)局部滲透分析
由表3可以看出,在設(shè)計(jì)洪水期的穩(wěn)定滲流期,樁號(hào):堂1+326堤基為細(xì)砂,樁號(hào):堂2+613堤基為壤土,由于赤田港堤段填塘壓浸已列入其他項(xiàng)目實(shí)施,經(jīng)計(jì)算填塘壓浸后其最大水平滲透坡降均小于其允許值,堤基不存在滲透破壞問(wèn)題,故本項(xiàng)目不再需要采取措施防止堤基破壞。
本次設(shè)計(jì)堤坡穩(wěn)定計(jì)算選取2個(gè)典型斷面,與滲流計(jì)算相同,各斷面穩(wěn)定參數(shù)采用近期地勘試驗(yàn)成果值具體見(jiàn)表3。
兩種工況計(jì)算方法采用北京理正軟件研究所開(kāi)發(fā)的巖土工程系列軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法。各典型斷面堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表4。
表3 加固前各典型斷面穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)指標(biāo)表
表4 加固前各典型斷面堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果表
根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定,正常運(yùn)用條件下5級(jí)堤防抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc≥1.20,由表5可知,迎水側(cè)、背水側(cè)堤坡安全系數(shù)均大于1.20,滿足規(guī)范抗滑穩(wěn)定要求。
由于本工程堤身僅在小范圍進(jìn)行培厚,同時(shí)結(jié)合堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果,現(xiàn)狀堤防已滿足抗滑穩(wěn)定要求,故加固后不再需要進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。
現(xiàn)狀防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)均高于10年一遇水位,加固后堤頂高程基本維持現(xiàn)狀堤頂高程,堤頂寬2.6 m~5.7 m,堤防邊坡較陡本次設(shè)計(jì)擬對(duì)樁號(hào):堂 0+000~4+955(4955 m)、5+580~7+270(1690 m),總長(zhǎng)6645 m,進(jìn)行堤身達(dá)標(biāo)、加固培厚處理。
根據(jù)圩堤現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)導(dǎo)則,本次設(shè)計(jì)堤線基本維持現(xiàn)狀,土堤標(biāo)準(zhǔn)斷面為堤頂寬4.0 m,迎水坡坡比不陡于1∶2.5,背水坡坡比不陡于1∶2.0。堤頂高程與現(xiàn)狀堤頂基本相同,且不低于所在河段設(shè)計(jì)洪水位加1.2 m。
對(duì)于現(xiàn)狀堤頂寬度大于上述設(shè)計(jì)值的、高度大于設(shè)計(jì)值的,基本維持原堤寬、堤高不變,對(duì)于坡度不陡于設(shè)計(jì)值的,基本維持原坡度不變。應(yīng)挖除深根系灌喬木,凹凸部位整坡處理。
赤田港堤現(xiàn)有堤腳溝渠由灌溉溝渠及排澇溝渠組成,對(duì)堤防保護(hù)區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有較大影響。堤腳部分溝渠已為砼襯砌,部分土質(zhì)溝渠坍塌嚴(yán)重,局部已阻塞。本次加固以“保護(hù)堤身安全,保證灌溉用水渠道暢通”為原則,對(duì)樁號(hào):堂1+625~1+877(長(zhǎng) 252 m)、2+259~2+477(長(zhǎng) 218 m)、2+712~2+812(長(zhǎng) 100 m),總長(zhǎng)570 m。溝渠均采用U型槽襯護(hù),結(jié)構(gòu)形式UD100型。
赤田港堤除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施,可使防洪堤能夠防御10年一遇(P=10%)的洪水標(biāo)準(zhǔn)。不僅可以保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行和鎮(zhèn)郊農(nóng)作物豐收,以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),也可以解決圩堤局部堤身邊坡陡,迎流頂沖段河岸沖刷、塌岸,穿堤建筑物破損、砼老化等問(wèn)題,對(duì)維護(hù)保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)平衡,加速鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,保護(hù)區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。