新郎川河防洪堤設(shè)計(jì)及滲流抗滑穩(wěn)定性分析

卞世俊 （上海川河水利規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，上海 201206）

1 引言

新郎川河為水陽(yáng)江水系南漪湖的一級(jí)支流，發(fā)源于廣德縣馬鞍山（海拔863m）及一條嶺（海拔 502m）一帶山區(qū)，走向自南向北，上游屬皖南丘陵區(qū)河道，中、下游主槽較窄，河床擺動(dòng)，局部河段下切較深，多為丘陵平畈區(qū)；新郎川河穿宣廣高速、宣杭鐵路和誓節(jié)集鎮(zhèn)，于誓節(jié)大橋下游470m處分為兩汊（右汊為主汊），沿程逐漸展寬，至馬家村附近兩汊匯合后，右納支流花鼓河，一路向北，經(jīng)楊山嶺、楊桿集鎮(zhèn)注入南漪湖。

2016年6月，新郎川河流域普降大暴雨，由于降水量太大，誓節(jié)鎮(zhèn)多地暴發(fā)洪水，誓節(jié)水文站實(shí)測(cè)流量1070m/s，洪水頻率接近10a一遇，全誓節(jié)鎮(zhèn)受災(zāi)農(nóng)田約2600hm（3.9萬(wàn)畝），水毀路段10余處，災(zāi)情嚴(yán)重，其中楊桿鄉(xiāng)集鎮(zhèn)段水位在21.25m左右，由于堤防現(xiàn)狀防洪能力不足10a一遇，該段堤防漫堤，受災(zāi)4個(gè)村，大面積農(nóng)田受災(zāi)，道路水毀多處，誓節(jié)鎮(zhèn)兩汊河匯合口段左岸堤防岸坡多處水毀，長(zhǎng)度約250m。

2016年9月，安徽省人民政府辦公廳關(guān)于印發(fā)《安徽省加快災(zāi)后水利水毀修復(fù)與薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)性治理三年行動(dòng)方案》，深入貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于抓緊謀劃災(zāi)后水利建設(shè)的重要指示精神，堅(jiān)持“建重于防、防重于搶、搶重于救”的原則，按照“先重點(diǎn)、后一般，先生活、后生產(chǎn)，先應(yīng)急、后長(zhǎng)遠(yuǎn)”的思路，確定治理段工程的任務(wù)為提高治理段的防洪能力，修復(fù)水毀段堤岸，主要治理內(nèi)容為河道疏浚長(zhǎng)度為8.3km，堤防加固長(zhǎng)度為6.1km，新建護(hù)坡護(hù)岸長(zhǎng)度為6.8km。

治理范圍起點(diǎn)為新郎川河誓節(jié)鎮(zhèn)左汊河（河道中心線樁號(hào)TR17+154.0）、右汊河（河道中心線樁號(hào)C0+550.0），終點(diǎn)為楊桿壩下游700m（河道中心線樁號(hào)TR23+521.8，下同）處，全長(zhǎng) 8.3km。工程位置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 工程位置示意圖

2 工程區(qū)地質(zhì)概況

工程區(qū)地震活動(dòng)輕微，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性相對(duì)較好，工程區(qū)設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地基土屬中硬土，場(chǎng)地類別為Ⅱ類；工程區(qū)地層巖性主要如下：

第四系新近人工堆積層（Q）：主要分布于居民區(qū)、堤防堤身等部位，由①1層雜填土與第①2層素填土組成；其中①1層雜填土多為建筑垃圾、①2層素填土按其主要成分分段劃分為以砂卵石為主與以粉質(zhì)壤土為主的素填土層。

第四系全新統(tǒng)沖積層（Q）：主要分布于現(xiàn)狀堤防堤基部位，主要由②1層輕粉質(zhì)壤土、②2層重～中粉質(zhì)壤土、②3層砂壤土、③1層粉細(xì)砂、③2層粗砂、④1層砂礫石、④2層砂卵石組成。

第四系上更新統(tǒng)殘坡積層（Q）：主要分布于山坡、山麓部位，主要由⑤層重壤土夾礫石組成。

工程區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系松散堆積層中孔隙水，埋藏較淺，地下水位不穩(wěn)定，與附近溝塘等地表水體的水力聯(lián)系密切，并受大氣降水、新郎川河水的補(bǔ)給，季節(jié)變化較大，向低洼處排泄于沖溝、河道中。各土層物理力學(xué)性指標(biāo)建議值表見(jiàn)表1。

各土層物理力學(xué)性指標(biāo)建議值表 表1

3 方案布置設(shè)計(jì)

3.1 方案總體布置

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-2014），治理段右岸楊桿集鎮(zhèn)段樁號(hào)TR20+216.0～樁號(hào)TR22+610.0段采用20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，左岸樁號(hào)TR20+561.0～樁號(hào)TR23+521.8段采用10a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，其余治理段維持現(xiàn)有防洪標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)堤防規(guī)劃設(shè)計(jì)原則，比較河道清淤、疏浚后河道設(shè)計(jì)洪水位與堤防岸坡現(xiàn)狀防洪能力，結(jié)合河道水流流勢(shì)和現(xiàn)狀堤、岸、灘地的相對(duì)關(guān)系，工程布置采用堤防加固、護(hù)岸等設(shè)計(jì)方案。樁號(hào)TR20+216.0～23+521.8段河道現(xiàn)狀兩岸堤防、岸坡基本平順，河道現(xiàn)狀有明顯堤防，但現(xiàn)狀堤防堤頂高程不滿足設(shè)計(jì)防洪水位要求，且大部分堤防堤腳濱臨河道主河槽，擬對(duì)該段堤防采取加高、加培措施，堤頂寬度6.0m，兩側(cè)坡比均為1:3，黏土回填壓實(shí)度不小于0.91，迎水側(cè)設(shè)防水位以上和背水側(cè)堤防邊坡采用植草護(hù)坡，長(zhǎng)度為6.1km；樁號(hào)TR21+968.5～22+865.0段左岸、樁號(hào)TR21+968.5～22+610.0段右岸常水位以上采用帶植草孔混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，楊桿壩樁號(hào)TR22+865.0～終點(diǎn)樁號(hào)TR23+521.8采用格賓石籠固腳，上部采用帶植草孔混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，護(hù)坡長(zhǎng)度共計(jì)6.8km；樁號(hào)TR18+449.2～18+600.0段左岸現(xiàn)狀堤防水毀嚴(yán)重區(qū)域，采用漿砌石擋墻固腳+帶植草孔混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，長(zhǎng)度250m。

3.2 河道疏浚斷面設(shè)計(jì)

治理段設(shè)計(jì)根據(jù)河底高程、河流形態(tài)、設(shè)計(jì)流量等綜合因素，經(jīng)過(guò)試算確定治理段的疏浚斷面，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面對(duì)項(xiàng)目區(qū)存在一定淤積、過(guò)水能力減弱的河道進(jìn)行疏通疏浚。拓寬疏浚斷面按盡量不加高兩岸堤防確定，原則上不進(jìn)行裁彎取直，基本上以原河道中心線為軸線，向兩邊切割灘地，局部結(jié)合縱向疏浚，但在彎道處以向凸岸拓寬為宜。

治理段河道疏浚以橫向拓寬為主，結(jié)合縱向疏浚，疏浚后治理段河道縱向比降約為10‰。河道斷面尺寸采用明渠均勻流計(jì)算公式 Q=Av，v=C(RJ)1/2，C=R1/6/n，R=A/x（式中，Q- 河道設(shè)計(jì)流量（m3/s），A- 水流有效斷面面積（m），v- 流速（m/s）），C- 謝才系數(shù)，R- 水力半徑，x-濕周（m），n-粗糙系數(shù)，J-水力坡降）確定治理段的河道樁號(hào)TR17+154.0～18+449.2疏浚底寬為55m，下匯合口至楊桿壩段樁號(hào)TR18+742.4～23+521.8底寬為95～110m，若計(jì)算底寬小于實(shí)際底寬，則采用實(shí)際底寬，若計(jì)算底寬大于實(shí)際底寬，則采用計(jì)算底寬。

3.3 堤頂超高計(jì)算

河道治理段設(shè)計(jì)堤防級(jí)別分別為4、5級(jí)，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）中的有關(guān)規(guī)定，堤頂超高的計(jì)算公式為Y=R+e+A（式中，Y-堤頂超高（m），R-設(shè)計(jì)波浪爬高（m），A-安全加高值（m），e-設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度（m））。分別選取標(biāo)準(zhǔn)典型斷面進(jìn)行計(jì)算，其堤頂計(jì)算超高4、5級(jí)堤防分別為1.076m、0.901m，考慮到治理后河道堤岸變幅較大和邊坡襯砌的差異性，治理段設(shè)計(jì)堤頂超高4級(jí)堤防取1.2m，5級(jí)堤防取1.0m。

4 堤防穩(wěn)定性計(jì)算分析

4.1 堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）要求，堤頂寬度除應(yīng)滿足堤防滲流抗滑穩(wěn)定性安全外，亦應(yīng)滿足防汛安全、防汛物資運(yùn)輸及工程管理等要求，因此根據(jù)河道左、右堤現(xiàn)狀斷面情況、按照規(guī)范要求及相關(guān)類似工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定堤防左、右堤標(biāo)準(zhǔn)斷面為：堤頂寬度6.0m，上下游坡比1:3.0，堤頂高程按不低于設(shè)計(jì)防洪水位加堤頂超高控制，左岸堤頂超高1.0m，右岸堤頂超高1.2m；堤防加培時(shí)，宜避免侵占主河道行洪斷面，以偏向堤內(nèi)（背水側(cè)）加高培厚為主，部分凹岸段為平順堤線布置，可在堤外（迎水側(cè)）培坡加厚；堤防迎水側(cè)常水位至堤頂區(qū)和背水側(cè)植草護(hù)坡；河道堤防設(shè)計(jì)加固標(biāo)準(zhǔn)斷面圖見(jiàn)圖2。

圖2 堤防加固標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.2 堤防加固分析

治理段堤防岸坡部分段現(xiàn)狀高程不滿足設(shè)計(jì)防洪水位要求，且內(nèi)外邊坡緩陡不平，治理段設(shè)計(jì)擬對(duì)治理范圍內(nèi)堤防岸坡采取加高、加培措施進(jìn)行加固。堤岸加固基本不改變現(xiàn)有的堤線布置；堤防加高、加培采用黏性土填筑壓實(shí)，堤頂寬度6.0m，壓實(shí)度≥0.91，填筑區(qū)域內(nèi)外邊坡坡比1:3.0，堤防邊坡不平的區(qū)段采用理培坡措施，邊坡理培坡后坡比不陡于1:3.0；岸坡區(qū)段采用砂卵石填筑壓實(shí)，壓實(shí)后相對(duì)密度≥0.60，坡比1:3.0。

4.3 加固后邊坡的滲流穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)狀堤防堤身、堤基工程地質(zhì)條件情況，治理段設(shè)計(jì)選取TR72（樁號(hào)22+191.5）斷面左、右岸堤防和TR77（樁號(hào)23+288.0）斷面右岸岸坡作為典型斷面進(jìn)行堤岸滲流穩(wěn)定性和邊坡抗滑穩(wěn)定性計(jì)算，其滲流穩(wěn)定性分析采用《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AUTOBANKv7.07）》Slope-土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)，抗滑穩(wěn)定性分析采用簡(jiǎn)化畢肖普法，計(jì)算工況選取設(shè)計(jì)工況和水位降落期兩種工況。

根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)加固后堤防進(jìn)行滲流穩(wěn)定性計(jì)算與岸坡抗滑穩(wěn)定性計(jì)算，以驗(yàn)證加固后堤防岸坡的穩(wěn)定性。

經(jīng)滲流穩(wěn)定性計(jì)算，加固后堤防邊坡的滲流出逸坡降均小于運(yùn)行值，加固后堤防邊坡滲流是穩(wěn)定的，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

左、右岸現(xiàn)狀、加固后典型斷面滲流穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表 表2

經(jīng)抗滑穩(wěn)定性計(jì)算，現(xiàn)狀堤防邊坡抗滑穩(wěn)定性復(fù)核時(shí)堤防TR72（樁號(hào)22+191.5）左岸斷面的內(nèi)外邊坡現(xiàn)狀抗滑安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，邊坡抗滑是穩(wěn)定的，治理段設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)狀堤防加固采取了加高、加培措施，加高高度較小，且邊坡進(jìn)行了加培理順，對(duì)邊坡的抗滑穩(wěn)定是有利的，故可認(rèn)為加固后TR72（樁號(hào)22+191.5）左岸斷面的邊坡的抗滑仍是穩(wěn)定的。

右岸加固后堤防岸坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)均大于規(guī)范允許值，邊坡抗滑亦是穩(wěn)定的；計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

左、右岸現(xiàn)狀、加固后典型斷面抗滑穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表 表3

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)狀河道左、右堤現(xiàn)狀斷面基本情況，按照治理標(biāo)準(zhǔn)要求及類似工程經(jīng)驗(yàn)綜合確定治理段左、右堤現(xiàn)狀堤防加固斷面設(shè)計(jì)方案，經(jīng)理論計(jì)算，加固后堤防的滲流、抗滑穩(wěn)定性均滿足要求；治理段加固后堤防結(jié)構(gòu)做到了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，運(yùn)行后取得了較好效果。