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    進賢縣池溪港河道治理工程防滲加固處理措施研究

    2020-12-11 01:50:28黃首斌
    黑龍江水利科技 2020年11期
    關(guān)鍵詞:進賢縣草皮護坡

    黃首斌

    (江西天淼建設工程有限公司,南昌 331700)

    1 工程概況

    進賢縣池溪港河道治理工程位于該縣池溪鄉(xiāng)境內(nèi),工程坐落在進賢縣池溪鄉(xiāng)池溪港,池溪港又名池溪水,發(fā)源于東鄉(xiāng)縣鄧家鄉(xiāng),由南向北流經(jīng)羅家村、徐橋、向家村、歐溪吳家、石港王家,在進賢縣池溪鄉(xiāng)下艾村入湖。池溪水流域面積141.3km2,河長27.4km,主河道縱比降1.10‰。擬整治河道總長9.53km(其中主河5.015km,支流4.515km),沿河兩岸居民地、農(nóng)田分布多且密集,保護人口4600人,保護農(nóng)田560.67hm2。本次河道治理工程項目主要建設內(nèi)容有:堤防堤防加固、疏浚、邊坡護坡、路堤基礎防滲處理等等。

    在防洪堤區(qū)勘探深度范圍內(nèi),勘探內(nèi)巖石、黏性土、粗粒土和特殊土的分布組合關(guān)系,堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)可分為3種類型,包括單一結(jié)構(gòu)、雙層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)。根據(jù)堤區(qū)的實際地質(zhì)條件,并結(jié)合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗可再劃分多個亞類[1]。堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)具體分類標準如表1所示。

    表1 堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類標準表

    當河水水位高于堤內(nèi)地面且持續(xù)一定時間時,Ⅱ2類結(jié)構(gòu)類型堤基存在滲透變形(或破壞)的可能。池溪港河道圩堤內(nèi)側(cè)堤腳沿線均為人工開挖池塘,上部黏性不透水層遭到削薄及破壞,在高水位水壓力作用下堤基易產(chǎn)生滲透破壞,建議設計應進行復核計算堤基的穩(wěn)定性;堤岸岸坡穩(wěn)定問題,雙層結(jié)構(gòu)Ⅱ2亞類處在汛期水位高流速快,當下部砂土頂面高程接近、或高于外河枯水期水位時,砂土處于最大流速帶邊緣,易受波浪沖刷或浪蝕淘刷,形成浪蝕洞,造成岸坡坍塌,進而影響堤防的穩(wěn)定性與安全性。

    2 堤防滲漏破壞及加固處理措施

    2.1 計算斷面選擇

    滲流計算斷面選擇在堤后高程低于堤防設計水位以下的堤段,因此計算典型斷面取樁號R5+850堤防。計算設計洪水位下堤身浸潤線、出逸點的位置、逸出段與背水側(cè)堤基表面的出逸坡降。

    2.2 計算方法

    2.2.1 滲流穩(wěn)定計算

    綜合考慮本次地勘資料,本次計算斷面滲透分區(qū)的滲流系數(shù)為室內(nèi)外土工試驗成果,采用地勘建議值。典型斷面分區(qū)滲透系數(shù)取值如表2所示。

    1)允許坡降:根據(jù)地勘成果建議雜填土、重粉質(zhì)壤土、砂礫石的允許滲透比降分別為J允=0.26、J允=0.30、J允=0.32。

    2)計算方法:滲流計算采用河海大學的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)(AutoBank)》進行分析。加入邊界條件后,軟件采用有限元法進行分析。

    3)計算成果與分析:根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)以及本工程實際情況,滲流分析計算采用迎水面設計洪水與背水面相應水位結(jié)合情況。根據(jù)以上工況組合進行計算,繪制出各典型斷面的滲流等勢線及浸潤線圖(詳見圖1),典型斷面滲流承壓水頭計算成果表3。

    圖1 堤防滲流計算成果圖

    表3 加固前堤防典型斷面滲流計算結(jié)果表

    由上表計算成果可知,背水側(cè)堤身最大滲透坡降小于允許值,說明堤防堤身不存在滲透破壞。

    2.2.2 堤防穩(wěn)定計算

    土堤抗滑穩(wěn)定計算采用有效應力法,用不計土條間作用力的瑞典圓弧法。計算程序采用河海大學工程力學研究所編制的邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)Slope (v1.1)。本次設計堤坡穩(wěn)定計算選取與滲流計算相同的樁號R5+850典型斷面,計算公式如下:

    (1)

    計算表明,堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于標準值,滿足抗滑穩(wěn)定性要求。典型斷面堤坡穩(wěn)定性計算成果表見表4。

    表4 典型斷面堤坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

    2.3 堤基滲流計算結(jié)果分析

    根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)以及本工程實際情況,滲流計算分析考慮了迎水面設計洪水和背水面相應水位的結(jié)合。根據(jù)以上工況組合,繪制了各典型斷面的滲流等勢線和入滲圖。典型斷面滲流計算結(jié)果見表5。

    表5 加固前堤防典型斷面滲流計算成果表

    由上表計算成果可知,背水側(cè)堤基最大滲透坡降大于允許值,說明堤防存在滲透破壞,需采取滲流保護措施。

    圖2 堤基滲流計算成果圖

    2.4 防滲加固處理措施

    2.4.1 堤防護坡形式選擇

    護坡型式的選擇需因地制宜,在選擇岸坡型式和材料時,應充分利用當?shù)卦胁牧?,在滿足結(jié)構(gòu)及防沖安全的基礎上,盡可能選擇生態(tài)護岸的方法,以滿足美化環(huán)境、促進生物多樣性以及提高水體自凈能力的要求。

    根據(jù)河流兩岸地形條件,結(jié)合進賢縣同類工程建設經(jīng)驗,考慮到減少征地、減少工程投資、減少生態(tài)景觀破壞等多方面因素,本次設計對該河段堤防護岸采用四種方案進行對比。

    護岸材料大致可以分為干石護坡+草皮護坡、預制塊體護坡+草皮護坡和草皮護坡三種類型。根據(jù)當?shù)貙嶋H情況,對這三種護岸材料進行了比較選擇,見表6。

    1)方法一:設計采用岸坡臨水坡一側(cè)常水位以下400mm的厚干砌塊石護坡,下部采用150mm厚碎石墊層護坡,在常水位以上側(cè)采用草皮護坡。

    2)方法二:本次設計岸坡臨水坡常水位以下采用100mm厚C20混凝土預制塊護坡,下部采用150mm厚碎石墊層護坡,常水位以上側(cè)采用框架式格柵草皮護坡。

    3)方法三:設計采用框格網(wǎng)草皮在臨水坡堤防護坡。

    4)方法四:設計在岸坡臨水坡采用草皮護坡。

    對四種方案進行方案比較,比較結(jié)果見表6。

    表6 護坡方案比較表

    護坡材料應在保證防洪安全的前提下,盡量選擇生態(tài)、環(huán)保材料。參照護岸材料的比較表,并結(jié)合現(xiàn)狀及業(yè)主要求,本設計主要從抗沖刷與保護生態(tài)建設的需要出發(fā),根據(jù)河岸不同現(xiàn)狀情況,采用不同護岸加固方法。堤防的主要護坡類型包括:方案一:干砌塊石+草皮護坡;方案四:草皮護坡。

    2.4.2 堤基加固處理

    根據(jù)滲流計算結(jié)果、地形地質(zhì)條件和險情分布,對已出現(xiàn)滲流險情或存在滲漏隱患的堤段采用堤內(nèi)水平蓋重能滿足防滲要求,且蓋重厚度不大,工程量相對較小,結(jié)合當?shù)負岆U除險實踐和經(jīng)驗并參照江西省堤防堤基防滲處理經(jīng)驗,選擇采用水平壓蓋,即壓浸臺的防滲措施。

    水平壓蓋作用是延長滲流路徑,減小滲透出逸坡降,具有臨水面防滲毯和背水側(cè)壓入滲蓋重。

    為延長滲流路徑,降低滲透出逸坡降,使其小于堤基滲流坡度的允許值,根據(jù)多年的堤防治理經(jīng)驗,在背水面承壓滲蓋,在路堤內(nèi)填筑土坑、水塘,修建壓浸臺,可以起到良好的防滲效果,還可以增加內(nèi)側(cè)邊坡的抗滑穩(wěn)定性。此方法的缺點是通過填土增加土層厚度,解決局部滲透穩(wěn)定性問題,但不能降低路堤內(nèi)部地下水壓力,對于一些地質(zhì)條件極差或淺砂質(zhì)透水水體的路堤堤段,土方工程量大,壓蓋厚度寬度大,費用較高。但當背水側(cè)堤基存在的剩余水頭不太大,采用水平蓋重處理時,應是經(jīng)濟合理的。

    根據(jù)地質(zhì)資料,各圩堤堤基上層粉質(zhì)壤土土層厚度一般為1.0-2.0m,通過實際調(diào)查和滲流計算與分析,分布在堤基內(nèi)外的水塘和基坑等破壞堤基黏性土的完整性,會引起堤基的滲透破壞,汛期外河處于高水位時,容易產(chǎn)生管涌、流土等危險隱患,應該采取防滲措施。為加大滲徑,減小滲透出逸坡降,增多堤基粉質(zhì)壤土的承壓水頭,吸取多年的堤防工程治理經(jīng)驗,對背水面壓滲蓋重,采用堤內(nèi)的取土坑、水塘填筑和修建壓浸臺,一般稱之為填塘固基,可以具有良好的防滲效果,也可以增加邊坡的抗滑穩(wěn)定性。

    2.4.3 加固措施驗證計算

    根據(jù)以上工況組合進行計算,繪制了各典型斷面的滲流等勢線及浸潤線圖,典型斷面滲流計算成果見表7。

    表7 加固后堤防典型斷面滲流計算成果表

    由表7計算成果可知,背水側(cè)堤基最大滲透坡降小于允許值,說明堤防經(jīng)過處理后不存在滲透破壞。

    3 結(jié) 語

    進賢縣池溪港河道治理加固工程,能提高治理河段區(qū)域防洪能力、保障區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境,促進區(qū)域社會主義新農(nóng)村建設,對社會的穩(wěn)定,區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)、快速、健康發(fā)展都將起到重要作用。

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