腰口隔堤加固施工抗滑穩(wěn)定安全分析

潘永膽，鄒朋成

（西藏集為建設(shè)工程有限公司，拉薩 850000）

項(xiàng)目起于洪湖市烏林鎮(zhèn)水府村附近，與赤壁長江公路大橋北岸接線對接，路線向北跨G351，于烏林鎮(zhèn)水府村設(shè)烏林樞紐互通與武漢至監(jiān)利高速公路交叉，經(jīng)雙河村、朝陽村，上跨下內(nèi)荊河，過小港管理區(qū)，上跨黃觀公路至汊河鎮(zhèn)沿湖村，設(shè)汊河互通接S214后下穿800 kV超高壓電力線，過汊河鎮(zhèn)紅三村、搓頭村、新墩村，上跨洪排河，過南昌村后上跨S214，經(jīng)董河村、小河村，于洪中村設(shè)戴家場服務(wù)區(qū)，上跨峰瞿公路，過戴家場鎮(zhèn)南側(cè)，于螺灘設(shè)連接線，后向西南布線，過劉家灣進(jìn)入監(jiān)利縣，途徑渡口、青龍村，下穿800 kV超高壓電力線，過楊家臺、前途村、土地村、姜油村、官馬湖村，終點(diǎn)與監(jiān)利至江陵高速公路分鹽樞紐互通對接，線路全長62.535 km[1]。

烏林樞紐互通跨越腰口隔堤，跨度為40 m，大橋與堤防斜交，堤頂與橋底板間凈空約為8.9 m。堤內(nèi)近堤橋墩（G3#橋墩）距堤腳最近約2.5 m，堤外近堤橋墩（G4#橋墩）距堤腳最近約5.0 m；右岸無明顯堤防[2]。

1 工程地質(zhì)與水文

勘察設(shè)計(jì)研究院采用地質(zhì)測繪、鉆探、原位測試和室內(nèi)巖土試驗(yàn)等綜合勘察手段對工程河段進(jìn)行了工程地質(zhì)勘察工作，烏林樞紐互通工程河段周邊工程地質(zhì)勘察成果如下。

1.1 地形地貌

橋址區(qū)屬?zèng)_積平原地貌區(qū)，地勢平坦開闊，橋梁主要跨越溝渠而建設(shè)，溝渠內(nèi)地表水較豐富，地面標(biāo)高介于22.9～23.6 m之間。橋位區(qū)僅有鄉(xiāng)村小路、機(jī)耕路通過，交通條件較差。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

項(xiàng)目區(qū)位于兩湖斷坳的沔陽坳陷二級構(gòu)造單元。加里東-印支運(yùn)動(dòng)區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為不均勻升降運(yùn)動(dòng)，未形成褶皺、斷裂構(gòu)造形跡[3]。燕山運(yùn)動(dòng)為區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，其構(gòu)造形跡構(gòu)成了區(qū)內(nèi)主體構(gòu)造格局，喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為不均勻差異升降運(yùn)動(dòng)，形成了現(xiàn)代地貌景觀。橋址區(qū)被第四系覆蓋，勘探深度范圍內(nèi)未見基巖。

1.3 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和鉆探資料，橋址區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層主要由第四系湖沖積成因（Q4l+al）的黏性土、粉土及砂層組成。

1.4 水文地質(zhì)條件

橋址區(qū)地表水系較發(fā)育，主要為溝渠內(nèi)流水及魚塘內(nèi)積水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，水位受雨水控制。項(xiàng)目區(qū)地下水主要有3種類型，分別是上層滯水、孔隙潛水、孔隙承壓水。

上層滯水為毛細(xì)水和薄膜水，近地表分布廣泛?？紫稘撍啃　⑺徊环€(wěn)定?？紫冻袎核辈斓某袎核o止水位埋深為0.0～0.5 m。根據(jù)文獻(xiàn)資料，承壓水位變化幅度約8.5 m[4]。

1.5 地震及區(qū)域穩(wěn)定性

本區(qū)抗震設(shè)防烈度為6°，設(shè)計(jì)地震分組為第1組，地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。烏林樞紐互通橋梁屬重大工程，按7°設(shè)防。

橋位區(qū)地勢平坦開闊，橋址區(qū)未見滑坡、崩塌和泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)不強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，屬相對穩(wěn)定地塊，地基穩(wěn)定[5]。

1.6 不良地質(zhì)和特殊性巖土

烏林樞紐互通橋址區(qū)現(xiàn)狀未見滑坡、崩塌和泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2 腰口隔堤

2.1 堤防現(xiàn)狀

腰口隔堤位于洪湖分蓄洪區(qū)內(nèi)部，蓄洪期間防御東分塊蓄洪區(qū)洪水，蓄洪設(shè)計(jì)水位30.48 m。堤基為多層結(jié)構(gòu)，地表為Q4al-l2粉質(zhì)粘土，厚1.40～4.60 m，局部溝塘處，下部淤泥質(zhì)粘土出露；向下依次為淤泥質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)壤土，厚度分別為1.60～3.80 m、1.00～4.00 m、3.00～9.40 m；底部主要為Q4al-l1粘土、粉質(zhì)壤土和粉砂層。樁號18+898～19+133段有粉砂透鏡體分布，厚2.00 m，地面以下埋深6.60 m。堤基分段類型為C類，存在沉降變形、抗滑穩(wěn)定問題，局部可能存在滲透破壞問題，工程地質(zhì)條件較差[6]。

2.2 加固措施

腰口隔堤25.574 km，腰口隔堤堤防級別為2級。堤頂高程為蓄洪水位30.48 m以上2.0 m，即32.48 m；堤頂寬度為8.0 m；內(nèi)外邊坡均為1∶3；在隔堤背水坡高程28.48 m處設(shè)置寬度為3 m的戧臺。

3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

3.1 計(jì)算原理

根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，堤坡穩(wěn)定采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算[7]。

3.2 計(jì)算工況和參數(shù)

根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算分正常運(yùn)用條件和非正常運(yùn)用條件，結(jié)合本工程實(shí)際情況，選取最不利工況進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，確定計(jì)算內(nèi)容如下：

1）正常運(yùn)用條件。設(shè)計(jì)洪水位下穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡穩(wěn)定計(jì)算。

2）非正常運(yùn)用條件。設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定計(jì)算。

本次抗滑穩(wěn)定安全計(jì)算選取烏林互通大橋涉水橋墩跨越的腰口隔堤，分別進(jìn)行工程建設(shè)前、施工期、工程建設(shè)后堤防抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算[8]。

本次計(jì)算堤身、堤基各土層物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)選用勘察設(shè)計(jì)公司提供的工程地質(zhì)成果見表1。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

3.3 計(jì)算模型

采用有限元軟件對腰口隔堤進(jìn)行模型簡化，建立三維數(shù)值模型，模擬烏林互通大橋涉水橋墩對腰口隔堤抗滑穩(wěn)定的影響，剖分模型形成計(jì)算網(wǎng)格，建立計(jì)算模型。腰口隔堤三維有限元模型網(wǎng)格，如圖1所示。

圖1 腰口隔堤剖面三維有限元模型網(wǎng)格

3.4 計(jì)算結(jié)果及分析

工程建設(shè)前、施工期、工程建設(shè)后抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表2、圖2—圖5所示。工程前穩(wěn)定滲流期背水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值為2.61，驟降期臨水側(cè)2.77；工程后穩(wěn)定滲流期背水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值為2.58，驟降期臨水側(cè)2.73；工程前后變化不大，工程前后腰口隔堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于允許值1.15。計(jì)算結(jié)果表明，工程前后腰口隔堤抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

圖5 工程后腰口隔堤剖面堤外側(cè)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（水位驟降）

表2 工程前后堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖2 工程前腰口隔堤剖面堤內(nèi)側(cè)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（穩(wěn)定滲流）

圖3 工程前腰口隔堤剖面堤外側(cè)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（水位驟降）

圖4 工程后腰口隔堤剖面堤內(nèi)側(cè)穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果（穩(wěn)定滲流）

4 結(jié)論

綜上所述，水利工程的建設(shè)關(guān)系到周圍居民的生命安全，所以必須做好相關(guān)工程的加固措施，其中腰口隔堤是水利工程的基礎(chǔ)部分必須加以重視，增強(qiáng)其穩(wěn)固性。文章通過三維有限元軟件對烏林互通大橋涉水橋墩跨越的腰口隔堤，建立抗滑穩(wěn)定計(jì)算模型，計(jì)算分析工程前、后腰口隔堤穩(wěn)定安全系數(shù)，能夠更加精準(zhǔn)地對腰口隔堤的抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行分析，為相關(guān)的工作人員提供借鑒，同時(shí)為后期的加固施工提供數(shù)據(jù)。