小青龍河堤防型式與穩(wěn)定分析

宋來春，李 楨

（1.中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司，武漢 430000；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 610000）

河道堤防的型式多樣，其穩(wěn)定性直接影響到河道的防洪安全。湯萬龍等[1]分別采用瑞典條分法、畢肖普法、簡布法和摩根斯坦-普萊斯法計(jì)算了堤防邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。李俊艷[2]針對清水河河道的特點(diǎn)，綜合分析比較了漿砌石重力式岸墻、斜坡式鉛絲籠石護(hù)堤、鋼筋混凝土懸臂式岸墻3種護(hù)岸型式。王緒彬等[3]針對河道防洪現(xiàn)狀及目前存在的問題對防洪堤設(shè)計(jì)，對不同型式河堤、護(hù)岸進(jìn)行方案比選，并對防洪堤堤岸及護(hù)岸擋墻進(jìn)行抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算。臧玉燚等[4]采用Autobank有限元分析軟件，對營口大遼河左岸堤防進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算，并對堤防穩(wěn)定敏感性進(jìn)行了分析。

小青龍河堤防工程是小青龍河綠地建設(shè)項(xiàng)目的一部分，堤線布置在滿足行洪要求的基礎(chǔ)上，以提升城市形象、打造宜居環(huán)境為目的，景觀優(yōu)先，堤線布置與堤身結(jié)構(gòu)以景觀設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，適配自然宜居、人文休閑、活力濱水城市形象的生態(tài)景觀河道設(shè)計(jì)。本文針對小青龍河的特點(diǎn)，對不同河道的堤型進(jìn)行選擇與布置，并對其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 堤防型式分析

根據(jù)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)布置，沿河堤型分為以下幾種。

1.1 護(hù)岸

將岸坡削為1∶2.5的穩(wěn)定邊坡，然后采用30 cm厚雷諾護(hù)墊襯護(hù)，雷諾護(hù)墊下墊一層土工布反濾，底端伸入基巖不小于0.5 m，以滿足防沖要求；為使常水位315.00 m以上不裸露襯護(hù)材料，也便于為上部景觀襯護(hù)留有空間，雷諾護(hù)墊頂部高程取為314.80 m。雷諾護(hù)墊垂直高度5.5～6.5 m。

1.2 仰斜式擋墻

仰斜式擋墻采用C20砼澆筑，墻頂高程314.80 m，墻頂寬0.5 m，背坡1∶1.0，面坡1∶1.25，墻腳設(shè)置趾板，趾板寬1.0 m，厚1.0 m，埋入基巖深度不小于0.5 m。墻身設(shè)置D50PVC排水孔，間、排距1.5 m，孔后采用400 g/m2土工布反濾。仰斜式擋墻垂直高度5.5～6.5 m。

1.3 抗滑樁加格賓石籠

部分堤段有污水管順?biāo)鞣较蚵裨O(shè)于岸坡內(nèi)，而岸坡較陡，為使污水管不間斷正常運(yùn)行，又不裸露于地表之外，不能采用削坡的方式進(jìn)行岸坡處理，為達(dá)到固坡和防沖的目的，采用抗滑樁加格賓石籠的處理措施，抗滑樁用于固坡，格賓石籠用于防沖。抗滑樁采用C25鋼筋砼樁，樁徑0.5 m，置于邊坡中下部，單排布置，間距3.0 m，樁體伸入巖基不小于樁長的1/3，樁頂距離處理后的地表1.0 m。格賓石籠置于坡腳，截面尺寸1.0 m×1.0 m。根據(jù)堤坡收坡點(diǎn)位置的不同，格賓石籠豎向箱體數(shù)量為2～4個(gè)，箱體自身坡度1∶0.5，箱體頂部以上的堤坡為1∶2.5，其中，314.80 m以下的堤坡采用30 cm厚雷諾護(hù)墊襯護(hù)，雷諾護(hù)墊下墊一層土工布反濾。

1.4 抗滑樁

區(qū)別于抗滑樁加格賓石籠的是，純抗滑樁方案用于埋設(shè)有污水管而堤坡較緩的堤段。經(jīng)抗滑樁固坡后，在314.80 m以下采用雷諾護(hù)墊護(hù)坡。抗滑樁采用C25鋼筋砼樁，樁徑0.5 m，置于邊坡中下部，布置三排，間排距3.0 m，樁體伸入巖基不小于1/3樁長，樁頂距離處理后的地表1.0 m。314.80 m以下的岸坡削為1∶2.5，采用30 cm厚雷諾護(hù)墊襯護(hù)，雷諾護(hù)墊下墊一層土工布反濾，底端伸入基巖不小于0.5 m。

1.5 衡重式擋墻

衡重式擋墻墻頂與規(guī)劃道路齊平，墻高8.0～16.0 m，頂寬1.0～1.5 m，上墻背坡坡度為1∶0.45，下墻背坡坡度為1∶0.25，衡重平臺(tái)寬1.5～3.0 m，上墻與下墻高度比為4∶6?；A(chǔ)置于弱風(fēng)化泥巖，要求地基承載力不小于0.45 MPa。墻背采用石渣碾壓填筑，墻前采用大塊石回填護(hù)腳，基礎(chǔ)埋深不小于0.5 m，墻身設(shè)置D50PVC排水孔，間排距1.5 m，孔后采用400 g/m2土工布反濾。

根據(jù)景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)布置和河道的特點(diǎn)，沿河堤型選擇如下：①建設(shè)紅線緊臨道路，例如自然宜居段右岸中部，水邊線、紅線、道路邊線幾乎重疊，地形狹窄，無景觀布置，須采用占地小、與道路能充分結(jié)合的堤型，即采用衡重式擋墻，墻頂留出道路墊層及路面鋪筑空間。②活力濱水段左岸，目前河岸邊坡較陡，邊坡內(nèi)埋設(shè)有污水管道，污水管頂離地面厚度較小，不能采取開挖放緩邊坡的措施，否則污水管會(huì)露出地面，影響美觀，且有施工可能挖斷管道，發(fā)生污水泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。因此，該段需直接對邊坡進(jìn)行加固處理，采用抗滑樁加固邊坡，坡腳采用格賓石籠護(hù)腳防沖。③在河岸邊坡較緩、景觀布置有鋪裝的情況下，采用仰斜式擋墻堤型，無鋪裝的情況下，采用護(hù)岸堤。

2 典型堤型的穩(wěn)定性分析

2.1 護(hù)岸堤

護(hù)岸堤穩(wěn)定計(jì)算方法采用簡化畢肖普法，計(jì)算軟件采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研制的土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)（HH-SlopeR1.0)。穩(wěn)定計(jì)算包括局部和連同堤基的整體穩(wěn)定計(jì)算。

河道堤身填料及堤基土物理力學(xué)指標(biāo)見表1和表2。

表1 河道庫岸覆蓋層物理力學(xué)指標(biāo)建議值

表2 河道庫岸巖體力學(xué)指標(biāo)建議值

計(jì)算工況包括：①正常水位穩(wěn)定滲流期時(shí)臨水側(cè)堤坡——正常情況；②設(shè)計(jì)洪水位驟降2.5 m時(shí)臨水側(cè)堤坡——正常情況；③施工期臨水側(cè)堤坡——非常情況。

根據(jù)地勘資料選取堤防高度最大的斷面進(jìn)行計(jì)算，堤坡穩(wěn)定計(jì)算采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研制的土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)（HH-Slope R1.0）及條塊間作用力畢肖普法進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算簡圖如圖1所示。護(hù)岸堤穩(wěn)定計(jì)算成果見表3。

圖1 堤坡穩(wěn)定計(jì)算簡圖

表3 護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表3可知，護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算各工況安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

2.2 衡重式堤

考慮3種工況情況：①施工期——非常情況；②正常水位形成的穩(wěn)定滲流期——正常情況；③設(shè)計(jì)洪水位降2.5 m——非常情況。

該工程為4級堤防工程。擋土墻按4級設(shè)計(jì)，按照SL 379—2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，對巖基和土基分別采取抗剪斷公式和抗剪公式來計(jì)算其穩(wěn)定性。

分別截取15 m高的置于巖基的斷面和8.0 m高置于巖基的斷面進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。

由表4可知，擋墻穩(wěn)定計(jì)算各工況安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表4 擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.3 抗滑樁加固堤

計(jì)算采用Slide軟件，畢肖普圓弧法，考慮3種工況情況：①施工期——非常情況；②正常水位形成的穩(wěn)定滲流期——正常情況；③設(shè)計(jì)洪水位降2.5 m——非常情況。計(jì)算簡圖如圖2所示?？够瑯都庸痰唐路€(wěn)定計(jì)算成果見表5。

圖2 抗滑樁力加固堤坡穩(wěn)定計(jì)算簡圖

由表5可知，護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算各工況安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

格賓石籠處理的堤防，是基于抗滑樁加固的，不再單獨(dú)評價(jià)其穩(wěn)定性。

表5 抗滑樁加固堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.4 仰斜式堤

仰斜式計(jì)算的理論與工況同衡重式，計(jì)算成果見表6。

表6 仰斜式擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表6可知，擋墻穩(wěn)定計(jì)算各工況安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

本文針對小青龍河不同河段的特點(diǎn)對幾種典型的堤防型式進(jìn)行了選擇與布置，采用邊坡穩(wěn)定分析軟件，對各堤型進(jìn)行了抗滑和抗傾覆穩(wěn)定性分析。分析結(jié)果表明，各堤防的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。