西梧海堤除險加固的堤防穩定性分析

張國堯

（詔安縣東溪流域西潭水利工作中心站福建詔安363500）

西梧海堤除險加固的堤防穩定性分析

張國堯

（詔安縣東溪流域西潭水利工作中心站福建詔安363500）

詔安縣西梧海堤保護著東西梧村經濟的穩定發展，是第一道安全防線。本文針對該段海堤存在的風險進行了分析，對邊坡抗滑穩定性進行計算。采用瑞典圓弧滑動法，結果表明海堤滿足抗滑要求，加固后的海堤能長久安全運行，社會效益和經濟效益是顯著。

堤防工程；除險加固；穩定性分析

1　概況

詔安縣西梧海堤位于詔安灣海域，四都鎮境內，東靠東梧海堤，西至金星鄉田樸村地界，從1991年至1996年11月，四都鎮進行西梧海堤一期加固達標建設，1996年前海堤達標建設時限于當時經濟、地方財力等原因，只進行迎潮面護砌及堤身加高培厚，堤頂和背水坡沒有進行護砌，而且水閘沒有列入加固計劃。為確保海堤加固達標成果，進一步提高海堤水閘防潮、抗臺風標準，保障海堤水閘的安全，西梧海堤除險加固（二期）項目由此展開。西梧海堤是東西梧村經濟穩定發展的第一道安全防線，由于臺風、大潮、洪水災害十分頻繁，海堤安全與人民生命、財產的安全密切相關，特別是在當前經濟建設迅速發展的新形勢下，區域內大量的海產養殖，經濟效益突出，是當地村民的主要經濟來源。新一輪海堤除險加固二期項目詔安縣西梧海堤工程主要任務是：對樁號0+000～1+800海堤進行加固，使其達到20年一遇的防潮標準。本文就西梧海堤除險加固（二期）項目中的堤防穩定性進行分析，評估堤防的穩定性。

2　堤防穩定性計算與分析方法

堤防工程是長距離線型、多點面工程，堤防破壞的原因具有多樣性。全縣大部分堤防受限于建設時的施工條件和技術要求，施工質量不能滿足規范要求，也沒有施工時的質量檢測和竣工報告，以及受歷次洪水、加固、日常維護等多種因素的影響。堤防破壞中，以堤防邊坡滑塌最為常見，究其原因有：滲流、水流沖刷浸襲、地基強度及截水設施失效和建造質量等，按滑動類型形式可分為淺層滑動和深層滑動，按危害程度分為輕微的局部滑動和危害性極大的整體滑動以及按滑動位置分為臨水面滑坡、背水面滑坡和崩岸。堤防邊坡穩定性分析理論包含極限平衡理論、塑性極限分析、模糊極值理論和有限單元法四個大部分，主要含瑞典圓弧滑動法、簡化畢肖普法、簡化普遍條分法、塑性極限分析、模糊極值計算、有限單元法模擬等具體方法。

邊坡穩定性分析分為粘性土邊坡分析和無粘性土邊坡分析。粘性土邊坡從以下三個方面進行分析：（1）確定邊坡滑動面的位置；（2）反算滑動面抗剪強度參數；（3）復核堤防穩定安全。堤防在洪水期容易發生的滑坡，滑坡應立即處理并注意觀察。處理時應確定滑動面位置、深度和長度尺寸。實際運用可采用目測法確定堤防滑坡的、情況，現場確定滑動面的位置，由邊坡所處的穩定狀態確定其安全系數，然后代入安全系數定義公式，求出抗剪強度的凝聚力和摩擦角。清楚產生滑坡的原因和產生滑坡時的荷載條工況，恢復邊坡滑動前的原斷面，可采用極限平衡狀態方法進行反算，求得滑面的抗剪參數。在反算滑動帶抗剪強度指標時，要兼顧坡體上出現的其它變形特征。當坡體是由不同土質筑成的土坡，由于上覆土重不同引起的法向力不同，造成滑動面上抗剪強度不均勻而出現裂縫現象時，需要通過合理劃分條塊來消除影響，使得反算結果符合實際情況?；碌恼未胧┲饕校簲r截、旁引地表水和設置盲溝排引地下水，排除減輕或消除水的危害；削坡減重改善坡體外形，提高坡體穩定性；拋石壓腳或設置石垛、抗滑擋土墻、抗滑樁等支擋構筑物，增加重力平衡條件；采用注漿改變土體性質；做好坡面綠化等措施?；抡魏螅瑧捎貌煌r下的強度指標和計算方法對堤防的邊坡安全穩定進行復核。

2.1基本資料

詔安縣四都鎮西梧海堤位于四都鎮西梧村南側，在多年強臺風的襲擊下，海堤堤身破壞損毀嚴重。多年平均風速為2.9m/s，瞬間最大風速為39m/s。據東山站多年最大平均風速資料，詔安縣東梧海堤設計風速采用15.3m/s，重現期為20年一遇。區內的地層巖性為三疊系——侏羅系的變質火山巖，混合巖。根據《中國地震動參數區劃圖》GB18036-2001中的附件，《中國地震動峰值加速度區劃圖》福建省區劃一覽表，新一輪海堤除險加固各堤段位于抗震設防烈度7度區，地震動峰值加速度為0.15g。填筑土滲透系數1.399×10-3～8.962×10-3cm/s，屬中等透水性。根據填筑土顆粒含量及其比重、孔隙率，判定填筑土滲透變形為流土型為主，其臨界水力比降為0.76，允許滲透比降為0.50。根據鉆孔注水試驗，堤基滲透性能：粉砂的滲透系數為1.433×10-6cm/s，屬微透水。依地區經驗；淤泥具微透水；粉質粘土具弱～微透水；粉砂具中等透水；全風化粉砂巖具弱透水；強風化粉砂巖具弱～中等透水。受晝夜兩次漲退潮的影響，地下水位具有不穩定因素，本次勘察區間測得地下水位埋深為1.50m～2.00m（標高2.71m～3.10m）。經勘查，堤身填筑土的物理力學性質指標見表1。

2.2計算方法與工況

（1）計算方法

本文采用瑞典圓弧滑動法計算抗滑穩定性安全系數。瑞典條分法首先假定可能的剪切滑動面為圓弧面，對事先假定好的滑動面對應的滑動體進行條分，并對條塊進行受力分析并列出對應的平衡方程，在這個過程中忽略土條間的相互作用力。定義安全系數K為滑裂面上繞圓心的抗滑力矩與滑裂面以上土體的滑動力矩之比，解用總應力法列出的平衡方程:組可得：

表1　堤身填筑土物理力學性質指標

表2　邊坡穩定性計算三種工況

表3　堤防抗滑穩定安全系數計算結果

表4　規范要求最小抗滑穩定安全系數

式中：K——抗滑穩定安全系數；i——土條編號；ci、Qi——土體的凝聚力和摩擦角；bi——土條寬度；ai——土條滑動面中點的切線與水平線的夾角；R——滑弧半徑；Wai、Wsi——分別為產生抗滑力矩和滑動力矩的土條自重；Tj——被滑弧面所切割的土工織物的強度。

（2）工況

根據堤防內外水位情況，設計了三種工況，見表2。

2.3結果分析

根據地質勘探報告的結果，并結合地形條件和不同堤身斷面的情況，各海堤分別選擇不同的典型斷面進行計算。最小安全系數計算成果見表3。

本項目涉及加固的海堤工程級別為4級，根據規范規定，工程不考慮地震力影響，正常運用條件下抗滑穩定安全系數要求見表4。

從表2、3可知，海堤在各種工況下最小抗滑安全系數均能滿足規范要求，因此，海堤加固后斷面穩定性均可滿足安全要求。

3　加固措施

本工程為海堤加固工程，為了節省投資和方便工程施工，同時考慮堤身安全穩定的前提下，海堤斷面型式盡量在原有的斷面基礎上進行加固。堤頂及內外坡按照“三面砌”加固的要求進行砌筑護砌，石料要求抗風化性能好，外形為有砌面的長方體，邊長比小于4.0。外坡砌筑選用干砌條石或現澆砼，厚度根據護坡校核計算的成果選用。內坡在堤后坡表土清理、雜草清除后，采用亞粘土夯實至設計斷面，而后進行碎石墊層及干砌條石或砼預制板的砌筑。

迎水坡：堤坡坡比1∶2.5，下坡豎砌條石厚度50cm，上坡20cmC20砼，下鋪土工布及碎石墊層，堤腳進行干砌塊石平臺及拋石護腳。背水坡：坡比1∶1.5，雜草清除后，按原標準對損壞、塌陷部分重新安裝C20砼板預制塊8cm厚，下鋪土工布及碎石墊層，重新充填M10水泥砂漿，在原背水坡條漿砌條石擋土墻頂增設M10水泥砂漿抹面3cm厚，對局部受沖刷塌陷處進行修復并干砌塊石護腳。堤頂：1.堤面局部不夠高的坑洼處夯填黃粘土加高整平，壓實后澆筑C30砼厚20cm；2.在海堤上設置堤身沉降、位移觀測設施。陜西水利

（責任編輯：唐紅云）

U656.2

B