靈山縣欽江河道防洪綜合整治工程及穩(wěn)定性分析

鐘安保

(廣州眾禹工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

三隆鎮(zhèn)防洪整治工程位于三隆鎮(zhèn)區(qū)，三隆鎮(zhèn)位于靈山縣西南部，距縣城36 km。北靠雞龍山、東南相鄰那隆鎮(zhèn)，西北相鄰舊州、 陸屋鎮(zhèn)。全鎮(zhèn)總面積132.5 km2，下轄17個村委會，1個居委會，438個自然村。耕地面積3237 hm2，水田面積 2297 hm2?？?cè)丝?6 335人，其中農(nóng)業(yè)人口54 838人。

欽江三龍鎮(zhèn)河段兩岸為天然河岸，岸上大部分為農(nóng)田，河岸邊坡為1∶0.3～1∶2.0，坡面凌亂，岸坡塌陷嚴重，存在有沖蝕地基、侵蝕岸坡、主流迫岸、沉降等威脅；右岸新、老橋中間部分及左岸老橋下游部分岸坡緊鄰農(nóng)田或房屋，部分房屋基礎深入河床，呈吊腳樓狀。近年洪澇災害頻發(fā)，現(xiàn)未設防的兩岸已不能適應經(jīng)濟發(fā)展的要求，進行防洪治澇，防止污染河道，減少水土流失，扶正河道，預防淤積，亟須實施河道防洪綜合整治。

2 工程現(xiàn)狀及地質(zhì)條件

2.1 工程問題現(xiàn)狀

三隆鎮(zhèn)防洪整治工程位于三隆鎮(zhèn)區(qū)，主要是三隆鎮(zhèn)區(qū)的防護工程，設計斷面以上集水面積1033 km2，三隆鎮(zhèn)區(qū)河段一般河寬為100～120 m，現(xiàn)狀河道較寬，河道兩岸多為居民建筑，建筑占用河道比較嚴重，河槽較深，河道淤積較深，兩岸局部有崩塌現(xiàn)象，采砂情況較為嚴重，當?shù)鼐用裣蚝拥纼?nèi)傾倒垃圾較多。為了抵御欽江洪水，當?shù)卣腿嗣褡鞒隽瞬恍概?，多次做過小河流清淤整治，但由于財政物力不足，特別是在資金投入方面十分有限，河段兩岸均無堤防，現(xiàn)狀洪水標準只達到2～5年一遇，且無防洪排澇工程設施。三隆鎮(zhèn)段防洪排澇目前存在的問題主要表現(xiàn)在：

(1)洪澇災害頻繁，給流域帶來嚴重的損失。欽江三隆鎮(zhèn)河段從未治理，樁號左0+000～ 0+868段經(jīng)常被洪水淹沒，多次造成水災，損失嚴重。頻繁的洪澇災害給沿岸人民的生命財產(chǎn)造成了巨大的損失，還破壞和擾亂了城鎮(zhèn)的社會、生產(chǎn)、生活秩序，同時還對城鎮(zhèn)的環(huán)境衛(wèi)生、疾病預防方面帶來不利的影響，制約了流域經(jīng)濟社會發(fā)展[1-2]。

(2)防洪基礎設施薄弱，河岸沖刷嚴重。河流沿岸的重要集鎮(zhèn)和糧食生產(chǎn)基地的防洪設施少、標準低，甚至很多處于不設防狀態(tài)，樁號右一0+000～ 1+574、右二0+000～2+756段均為耕地，河岸沖蝕嚴重，水土流失大，且呈擴寬趨勢，嚴重威脅河岸農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；樁號左0+100～0+300段受主流迫岸影響，岸坡基礎沖刷嚴重。

針對河道存在的主要問題，采用筑堤護岸和重新規(guī)劃設計排澇建筑物等工程措施來提高河道兩岸的防洪、排澇能力。河道整治后，使堤圍防洪標準達到10年一遇洪水標準，可保障欽江發(fā)生10年一遇洪水時，堤圍具備防御能力；結合涵閘建設可保障圍內(nèi)遭遇10年一遇24 h暴雨時免受內(nèi)澇災害，確保河道兩岸工農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)和人們的安居樂業(yè)。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔揭露、坑探及現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查，工程區(qū)主要出露的地層為：

(1)雜填土。 黃褐色、灰色及灰黑色，結構松散，主要分布在右岸1+815～2+000范圍之內(nèi)。其結構松散。分布在局部地段應清除。

(2)粉質(zhì)黏土。 黃色～灰色，軟塑，分布在河漫灘部位。局部夾細砂薄層，含水量高，高壓縮，承載力低，允許不沖刷流速低，抗沖刷能力較差，連續(xù)出現(xiàn)塌岸現(xiàn)象。存在沖刷及邊坡失穩(wěn)問題[3-4]。建議地基承載力標準值fk=150 kPa。

(3)細砂。 黃褐色～灰色，松散～稍密，局部夾粉土薄層，主要分布在河漫灘粉土質(zhì)砂層之下，承載力較低。允許不沖刷流速低，抗沖刷能力較差，邊坡失穩(wěn)。分布在地下水位以下，地震烈度為Ⅶ區(qū)因此存在震動液化問題。建議地基承載力標準值fk=160 kPa。

(4)粉質(zhì)黏土。 黃褐色，可塑，連續(xù)分布在二級階地表層。硬塑～可塑，工程性質(zhì)較好，分布穩(wěn)定，承載力較高。允許不沖刷流速低，由于河床切割較深，邊坡高水流急存在沖刷、塌岸邊坡失穩(wěn)問題。建議地基承載力標準值fk=200 kPa。

(5)全風化泥質(zhì)粉砂巖。 黃褐色，粉砂質(zhì)結構，薄層至厚層構造，巖體風化強烈，呈全風化土狀。分布在二級階地粉質(zhì)黏土之下。厚度大，承載力高。但允許不沖刷流速低，抗沖刷能力較差，塌岸嚴重。建議地基承載力標準值fk=300 kPa。

由此可見，地質(zhì)條件方面主要存在問題為存在沖刷及邊坡失穩(wěn)問題，需加強地層承載力以達防洪標準。

2.3 水文地質(zhì)條件

地下水按成因類型可分為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，第四系孔隙潛水主要賦存于欽江河漫灘粉土質(zhì)砂及細砂層中。主要接受大氣降水補給。埋藏較淺與河水連通性強，水位隨河水位波動，對施工影響較大?；鶐r裂隙水埋藏較深，地表水和地下水對混凝土結構具微腐蝕；對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕。地基土對鋼結構具弱腐蝕，對其他建筑材料無腐蝕。

3 工程總體布置

3.1 總體方案

針對工程主要存在的防洪排澇標準不能滿足要求的現(xiàn)狀問題，結合工程地質(zhì)條件，從以下四個方面進行工程布置：

(1)堤防。三隆鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)老橋上游左岸防洪段，地面高程為33.31～34.88 m，設計洪水位為36.75～37.10 m,擬采取新筑堤防及護岸，提高岸頂高程，提高防洪能力，提高岸坡穩(wěn)定。堤線基本上沿原河岸走向，局部繞過三隆鎮(zhèn)自來水廠水塔(水塔拆除影響地方供水)沿內(nèi)側(cè)布置，始端封閉于三隆山坡，末端與三隆村道路連接，總長868 m。

(2)護岸。護岸基本上沿原河岸走向，局部凸岸進行順水流疏挖，新橋上游右岸一段護岸始端位于石球塘山坡附近，末端至關塘嶺村道路，總長1.574 km；老橋下游右岸二段地面高程為31.25～34.25 m，護岸始端位于牛江浪，末端至長坡嶺，總長2.756 km。

(3)排水涵。三隆鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)老橋上游左岸防洪段，為防止內(nèi)澇、保證堤內(nèi)積水能及時排出，沿堤共設2座排水涵閘。 老橋上游右岸一段護岸段，為保證岸內(nèi)積水及時排出，擬在原排水溝處埋設排水涵，并在適當位置增設排水涵，共4座。

(4)碼頭。三隆鎮(zhèn)河道段原有兩處碼頭，本次設計擬采用在原址重建外，新增樁號左0+858段碼頭，碼頭形式采用M7.5漿砌石結構。長20 m，寬5 m，頂部高程比多年平均水位高0.5 m，也可兼做休閑場所。

3.2 堤防、護岸設計

3.2.1 堤頂高程的確定

Y=R+e+A

(1)

式中：y為堤頂超高，m；R為設計波浪爬高，m，按莆田試驗站公式計算，對不允許越浪的堤防，爬高累積頻率宜取2%；對允許越浪的堤防，爬高累積頻率宜取13%；e為設計風速壅水高度，m；A為安全加高，m，本河岸整治工程的級別為5級，按規(guī)范GB 50286—2013規(guī)定，安全加高值，當不允許越浪的5級河岸整治工程，A取0.5 m。

根據(jù)規(guī)范GB 50286—2013計算波浪的平均波高，如式(2)：

(2)

式中：g為重力加速度，取9.81 m/s2；hm為平均波高，m；W為計算風速，取27.30 m/s；Hm為水域平均水深，m；D為風區(qū)長度，m。

設計波浪爬高值應根據(jù)不允許越浪的堤防，爬高累積頻率宜取2%，平均波浪爬高按式(3)計算：

(3)

式中：Rm為平均波浪爬高，m；KΔ為斜坡的糙率滲透性系數(shù)，取0.85；Kw為經(jīng)驗系數(shù)；m為坡度系數(shù)；Lm為平均波長，m；Tm為平均波周期，s。

根據(jù)規(guī)范GB 50286—2013，分別查得累積頻率為2%的波浪爬高與平均爬高比值，計算正向波波浪的爬高值，通過斜向來波折減系數(shù)Kβ，計算斜向來波波浪的爬高值。

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選取最不利斷面計算，計算堤頂超高結果為1.067 m，因此，各堤段堤頂設計高程見下表1。

表1 老橋上游左岸防洪段設計堤頂高程 m

3.2.2 結構設計

堤身、護岸結構設計及材料質(zhì)量要求如下：

(1)堤身設計。三隆鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)老橋上游左岸段防洪擋水建筑物采用均質(zhì)土堤；岸坡采用生態(tài)石籠網(wǎng)墊護岸；河床采用M7.5漿砌石擋土墻護腳，新建土堤長868 m。

(2)護岸設計。新橋上游右岸一段護岸長1574 m，河床護腳采用重力式M7.5漿砌石擋土墻，墻高2.5～2.7 m，臨水側(cè)沿直，背水側(cè)坡比為1∶0.5，前趾、后踵長0.5 m，頂寬0.5 m；擋土墻內(nèi)布置φ50PVC排水管，間距2 m，迎水側(cè)墻腳拋石護腳；護坡采用植草護坡，坡比為1∶2.0，岸邊設置2 m寬綠化帶，3 m寬C20混凝土路面兼親水平臺，路面高程為多年平均洪水位加0.5 m。

(3)材料質(zhì)量要求。堤身填土主要采用黏土、亞黏土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏土，黏粒含量宜為15%～30%，塑性指數(shù)宜為10～20，且不得含植物根莖、磚瓦垃圾等雜質(zhì)，填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%；河岸整治填筑土的壓實度不應低于0.90。

4 工程整體穩(wěn)定計算分析

4.1 土堤滲流計算

通過以上河道防洪綜合整治工程的布局與設計，加強了堤圍的防御能力，為保證設計滿足10年 一遇洪水標準，擬選取目標樁號代表性斷面進行不同工況下的穩(wěn)定性計算，并針對最不利工況下的穩(wěn)定計算進行分析。

本次采用北京理正軟件設計研究所開發(fā)的《理正巖土滲流分析軟件5.6版》中有限元法[6-8]計算防洪堤滲流穩(wěn)定，本次滲流計算沿堤線選取左0+827.8代表性斷面進行計算。

滲流計算的工況及條件：

工況Ⅰ(穩(wěn)定滲流期)：設計洪水位為10年一遇洪水的水位，內(nèi)堤腳無水狀態(tài)；

工況Ⅱ(水位驟降期)：水位驟落期的洪水位變化，采用10年一遇情況下的洪水變化成果，第一天下降1.74 m，第二天下降3.06 m，第三天下降0.67 m。

各工況下計算結果詳見表2。

表2 標準斷面滲流及抗滑穩(wěn)定計算成果

4.2 堤身抗滑穩(wěn)定計算

根據(jù)規(guī)范GB 50286—2013堤身穩(wěn)定計算采用以下工況：

工況Ⅰ：穩(wěn)定滲流期，計算防洪堤背水坡的穩(wěn)定系數(shù)(正常條件)；

工況Ⅱ：水位驟降期，計算防洪堤迎水的坡穩(wěn)定系數(shù)(正常條件)；

工況Ⅲ：施工期，計算防洪堤的迎水坡、背水坡的穩(wěn)定系數(shù)(非常條件Ⅰ)；

工況Ⅳ：多年平均高水位遇地震，計算防洪堤的迎水坡、背水坡的穩(wěn)定系數(shù)(非常條件Ⅱ)。

各工況下計算結果詳見表2。

由表2計算結果可知土堤滲透比降和抗滑安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

5 結 論

洪澇災害的發(fā)生將給人民的生命財產(chǎn)帶來巨大損失，為了適應社會經(jīng)濟快速發(fā)展要求，保障人民群眾的生命和財產(chǎn)安全，改善投資、旅游環(huán)境條件，進行防洪治澇，防止污染河道，減少水土流失，扶正河道，預防淤積，實施河道整治是非常迫切和必要的。靈山欽江河道防洪綜合整治工程的實施將使堤圍具備一定防御能力，確保河道兩岸工農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)，國民經(jīng)濟指標比較優(yōu)越，其社會效益和環(huán)境效益是顯著的，對社會安定和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有積極、深遠的影響和作用。