袁河北堤滲流穩(wěn)定分析及堤基處理設(shè)計

付 鵬

(江西省宜春市水利水電工程監(jiān)理有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程概況

袁河北堤位于袁河北岸，起于袁河攔河壩下游200m，止于羅坊鎮(zhèn)錢家村，全長30km。圩堤保護面積27km2，耕地3.10×104畝，人口2.8×104人，保護水西鎮(zhèn)18個村，羅坊鎮(zhèn)13個村，滬瑞高速、浙贛鐵路、樟宜公路、清萍公路等公共設(shè)施的防洪安全。

袁河北堤羅坊段，起于羅坊鎮(zhèn)新長隴村，止于陳家河匯合口，整治范圍：袁河樁號K18+974-K34+980、支流馬洪河樁號BK0+000-BK1+430、支流湖頭水樁號HK0+000-HK0+650，總長約18.086km。袁河北岸現(xiàn)狀大部分無堤，僅局部有逐年填筑的低矮的小堤，沿岸高程一般為36.03-39.54m，大部分岸頂高程低于10a一遇設(shè)計洪水位39.70m-36.35m，防洪標準低，岸坡存在迎流頂沖、淘刷，汛期漫岸現(xiàn)象。

2 堤防工程

工程新建土堤長9.086km，現(xiàn)狀堤防加高培厚長0.57km，見表1。

表1 袁河北堤加固情況匯總表

3 堤身穩(wěn)定分析

3.1 堤身滲流穩(wěn)定分析

1)計算斷面：

根據(jù)圩堤險段險情分布地質(zhì)情況，本次選取具有代表性4個斷面進行滲流穩(wěn)定計算分析；此4個地質(zhì)剖面樁號分別為K19+000、K21+800、K27+800、BK0+600。

2)滲透指標：

滲流計算滲透系數(shù)取值采用地質(zhì)建議值。典型斷面分區(qū)的滲透系數(shù)取值見表2。

表2 堤段滲流計算各滲透分區(qū)滲透系數(shù)取值表

3)計算模型與程序說明：

根據(jù)堤身填土及歷年出險情況，選取典型斷面進行滲流計算與分析。計算模型選擇《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中E.2.1 下游坡無排水設(shè)備或有貼坡式排水時進行滲流計算。計算工況為臨水側(cè)設(shè)計洪水位，計算程序采用有限元分析軟件進行建模分析計算。

4)計算成果：

為分析比較堤身與堤基加固效果，對各計算斷面均進行了加固前和加固后的滲流計算。各計算斷面的滲流等勢線及浸潤線圖詳見圖1-圖4，滲流計算主要成果見表3。

圖1 樁號K19+000 滲流分析總水頭計算成果圖(設(shè)計洪水位：39.69m)

圖2 樁號K21+800 滲流分析總水頭計算成果圖(設(shè)計洪水位：39.16m)

圖3 樁號K27+800 滲流分析總水頭計算成果圖(設(shè)計洪水位：37.36m)

圖4 樁號BK0+600 滲流分析總水頭計算成果圖(設(shè)計洪水位：38.34m)

表3 堤身最大滲透坡降Jmax計算成果表

5)計算成果分析：

根據(jù)地質(zhì)資料，現(xiàn)狀堤身黏土允許滲透坡降為0.35，新筑堤身填土滲透系數(shù)1×10-4cm/s，堤身背水坡滲流出逸比降計算結(jié)果詳見表3。

計算結(jié)果表明，現(xiàn)狀堤身斷面滲透穩(wěn)定不滿足要求，當?shù)躺砑痈吲嗪窈笥嬎愠龅臐B透坡降小于允許滲透坡降，堤身滲透穩(wěn)定可滿足滲透要求[1-2]。

3.2 堤身抗滑穩(wěn)定計算

3.2.1 計算斷面與計算參數(shù)

堤坡穩(wěn)定計算斷面選取同滲流計算。各(巖)土層計算參數(shù)主要依據(jù)本階段進行的鉆孔勘察質(zhì)檢及室內(nèi)土工試驗成果選取，設(shè)計采用地質(zhì)建議值，有效應(yīng)力指標根據(jù)總應(yīng)力指標進行適當調(diào)整。堤坡穩(wěn)定計算主要物理力學(xué)指標見表4。

表4 堤段及臨袁河堤坡穩(wěn)定計算參數(shù)表

本次設(shè)計堤坡穩(wěn)定計算選取相應(yīng)滲流計算斷面，各斷面穩(wěn)定參數(shù)值具體詳見表3。

計算工況為：

1)設(shè)計水位下背水側(cè)堤坡的穩(wěn)定(穩(wěn)定滲流期)，外河水位取P=10%的設(shè)計洪水位，堤內(nèi)水位取內(nèi)堤腳高程或堤腳池塘最高水位；

2)設(shè)計洪水位降至堤腳時，迎水側(cè)堤坡的穩(wěn)定(非穩(wěn)定滲流期)。

各典型斷面堤坡穩(wěn)定計算成果見表6。

表6 堤坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

3.2.2 計算方法和計算工況

堤坡靜力穩(wěn)定計算按剛體極限平衡理論采用瑞典圓弧法計算。穩(wěn)定滲流期堤坡抗滑穩(wěn)定計算抗剪強度指標采用有效應(yīng)力指標，非穩(wěn)定滲流期堤坡抗滑穩(wěn)定計算抗剪強度指標采用總應(yīng)力指標。堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運用條件下取1.10，非常運用條件下取1.05。

1)計算方法：

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，堤防整體抗滑穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧滑動法。土堤堤坡穩(wěn)定計算方法由于對土體抗剪強度計算方法的不同，分為總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法。穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法，施工期采用總應(yīng)力法，外水位驟降期采用有效應(yīng)力法或總應(yīng)力法，并以較小值為準。

本次設(shè)計主要是對現(xiàn)有圩堤加高培厚，現(xiàn)狀堤防加高培厚圩堤計算外河設(shè)計洪水位及驟降水位，穩(wěn)定滲流期內(nèi)坡的滑動穩(wěn)定。靜力穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法，按均質(zhì)土壩簡化計算，計算程序采用有限元分析軟件模擬計算。根據(jù)堤身地質(zhì)斷面，選取堤身高度大，地質(zhì)條件差的斷面進行計算[3-4]。

2)計算工況：

堤坡抗滑穩(wěn)定分析計算在滲流計算成果的基礎(chǔ)上進行。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，結(jié)合本工程實際情況，堤坡穩(wěn)定計算考慮以下三種計算內(nèi)容：

表5 堤坡抗混穩(wěn)定計算內(nèi)容表

3)計算成果及分析：

計算結(jié)果表明堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均>規(guī)范規(guī)定允許安全系數(shù)，抗滑穩(wěn)定滿足要求，計算成果見表6。

由表6可知，經(jīng)計算，各工況下，加固后該斷面迎、背水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均>1.10，滿足規(guī)范要求。

4 堤基滲流穩(wěn)定分析及處理

4.1 概述

堤基表層腐植土、雜填土和建筑垃圾均應(yīng)清除，對位于堤基范圍內(nèi)的房基、坑塘、洞穴、構(gòu)筑物等隱患均要清除，清除堤基淤泥，不良堤基清除后及堤基開挖后，必須壓實方可填筑土堤。

堤基土為第四系全新統(tǒng)沖積層，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型主要為雙層結(jié)構(gòu)Ⅱ1 亞類及Ⅱ2 亞類。堤基主要為工程地質(zhì)條件較好(B)及工程地質(zhì)條件較差(C)二種工程地質(zhì)類別。

針對堤基滲流險情，根據(jù)地形地質(zhì)條件，結(jié)合江西省類似圩堤堤基防滲治理經(jīng)驗，主要采用填塘固基(水平壓蓋)的處理措施，根據(jù)地質(zhì)勘察資料、險情情況和堤基滲流計算結(jié)果，需填塘堤段長0.976km，對堤后30m 范圍的塘填平至地面高程。共需填塘固基土方4.92×104m3。

樁號K33+100-K33+750 段靠河岸灘地上有歷年來村民自建的低矮的小堤，該段低矮小堤并不能達到防洪要求，且現(xiàn)狀堤內(nèi)側(cè)靠近村莊段有防洪路堤保護村莊；考慮到對行洪安全的影響，本次設(shè)計對該段低矮小堤進行清障平整處理，開挖土方堆填到該處堤后的低洼地，土方清障量為3.0×104m3。

4.2 堤基滲流穩(wěn)定分析

根據(jù)地質(zhì)橫剖面和縱斷面資料，選擇堤基基礎(chǔ)較差的典型斷面樁號K27+800進行計算。計算參數(shù)見表7。計算結(jié)果見表8。

表7 堤防土層滲流計算參數(shù)表

表8 堤防土層最大滲透坡降Jmax計算成果表

計算結(jié)果表明，在填塘之前，樁號K27+800 斷面Jmax>J 允下限值，堤基滲透穩(wěn)定均不滿足防滲要求，當?shù)袒捎玫毯髩航r，堤基滲透穩(wěn)定滿足要求。根據(jù)地質(zhì)資料，現(xiàn)狀堤基黏(壤)土允許滲透坡降為0.35。

4.3 填塘設(shè)計

參照其它堤防工程填塘實踐經(jīng)驗，結(jié)合工程管理范圍和滲流計算成果，設(shè)計填塘將堤內(nèi)距堤腳30m 以內(nèi)的取土坑、水塘填平至原地面高程。對出現(xiàn)堤基滲流險情的堤段，填塘所用土料采用開挖利用料。

5 結(jié) 語

文章通過選取典型斷面，對袁河北堤進行堤身、堤基滲流穩(wěn)定計算分析，計算結(jié)果表明，加固前，堤身、堤基滲流穩(wěn)定均不滿足要求。經(jīng)過對堤身加高培厚以及堤基采取填塘固基的處理措施后，堤身、堤基滲流穩(wěn)定計算均滿足相關(guān)規(guī)范要求，防滲效果較好，且投資相對較低，說明本工程設(shè)計方案合理。