五華縣增塘堤防邊坡穩(wěn)定性分析

鄒生德

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507）

0 引言

堤岸工程是一項重要的防洪工程，可有效防止洪水灌入城鎮(zhèn)。堤岸工程的穩(wěn)定性是保證人民安全的關(guān)鍵因素。許多專家學(xué)者對堤岸穩(wěn)定性進行了研究。趙宇坤等[1]使用飽和—非飽和理論研究汛期水位驟升驟降對堤岸穩(wěn)定性的影響，分析坡體內(nèi)部水位的變化，繪制不同工況下堤岸穩(wěn)定狀態(tài)圖。張芳枝等[2]通過數(shù)值模擬手段研究河流沖刷對堤岸穩(wěn)定性的影響。劉動等[3]通過現(xiàn)場實測資料使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對河流沖刷作用下河床、堤岸變形進行預(yù)測研究。馬崇武等[4]通過數(shù)值模擬研究堤岸穩(wěn)定性最小時的水位值，對工程建設(shè)意義重大。肖瑤等[5]考慮巖土體強度劣化對岸坡穩(wěn)定性的影響。當(dāng)巖土體強度劣化達到30%時，岸坡穩(wěn)定性達到臨界破壞值。陳將宏等[6]選取四個因素作為評價岸坡穩(wěn)定性的影響因素并確定其權(quán)重。本文以五華縣增塘堤為研究對象，對其堤壩穩(wěn)定進行分析。

1 工程概況

五華縣位于廣東省東北部，韓江上游，是粵東丘陵地帶的一部分。增塘堤屬五華縣中心城區(qū)，為土堤，由于堤身填筑質(zhì)量較差，滲漏嚴(yán)重，遭遇大洪水時存在安全隱患，威脅人民群眾的生命財產(chǎn)安全。對現(xiàn)狀增塘堤進行升級改造，通過堤路結(jié)合建設(shè)。

2 堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計

堤防斷面結(jié)構(gòu)擬采用直斜式結(jié)構(gòu)、直立式、多級直立式結(jié)構(gòu)。

2.1 直斜式結(jié)構(gòu)

樁號K0+660～K1+324、K1+364～K2+158 采用直斜式斷面。迎水側(cè)利用原有擋墻，用C25 鋼筋砼掛板對其進行加固、加高至高程108.0 m。鋼筋砼加固掛板最薄處厚度不小于300 mm，觸水面坡度0.38。根據(jù)地質(zhì)勘察成果，堤基主要為含泥礫中粗砂，堤基天然承載力滿足要求；早前滲漏量較大，地下水倒灌，造成堤后農(nóng)田受淹，2014 年經(jīng)過灌漿處理后防滲漏滿足要求；因江水沖刷及水位下降時壓力降低帶走部分砂粒，導(dǎo)致部分舊擋墻基礎(chǔ)被掏空，故擬在擋土墻加固外延底板及新建擋墻基礎(chǔ)底下設(shè)置雙排C25 鋼筋砼抗滑灌注樁，樁長7.0 m，樁間距6.0 m，排距2.5 m，梅花型布置，以防止擋墻基礎(chǔ)被掏刷懸空而危及擋墻穩(wěn)定安全。外延底板寬5.0 m，厚度800 mm，頂部與現(xiàn)有擋墻基礎(chǔ)齊平。外延底板外接500 mm 厚生態(tài)格網(wǎng)護腳，格網(wǎng)護腳下鋪設(shè)土工布以及碎石層100 mm 和粗砂層100 mm。高程108.0 m 處設(shè)置寬度2.5 m 的親水步道（樁號K0+925～K1+108 設(shè)置臺階廣場、樁號K1+838～K1+898 設(shè)置親水廣場），親水步道面鋪6 mm 厚人行道磚，下鋪100 mm 厚粗砂層，外側(cè)設(shè)置高1.1 m的花崗巖欄桿，內(nèi)側(cè)設(shè)置坐凳及坡面排水溝。高程108.0 m以上土堤采用坡比1∶2.5～1∶3.0。迎水坡P=5%水位以下設(shè)置格賓護墊，厚500 mm，鋪設(shè)耕植土200 mm，以抵御河水沖刷，減少水土流失。背水坡采用坡比為1∶2.0，草皮護坡。見圖1。

2.2 多級直立式斷面設(shè)計

樁號K1+324～K1+364 采用多級直立式斷面，即在臨水側(cè)采用多級直墻。人行道外側(cè)設(shè)置C20 埋石砼擋墻，高程108.0 m處設(shè)置文化廣場，以50 mm 花崗巖和30 mm 厚水泥砂漿鋪面。為滿足親水要求，在原有擋墻外懸挑親水平臺，懸挑平臺采用C25 鋼筋砼梁板結(jié)構(gòu)，并以C25 鋼筋砼柱為支撐，平臺外沿設(shè)置花崗巖護欄，高1.1 m。高程108.0 m 以下做法同直斜式斷面。背水坡采用坡比1∶2.0，草皮護坡。見圖2。

圖1 直斜式堤岸斷面圖（除高程以m 計外其余尺寸單位均以mm 計）

圖2 多級直立式堤岸斷面圖（除高程以m 計外其余尺寸單位均以mm 計）

2.3 直立式斷面設(shè)計

樁 號K0+275～K0+395、K0+495～K0+564、K0+564～K0+660采用直立式斷面。樁號K0+495～K0+564（排澇泵站出口）段，臨水側(cè)現(xiàn)狀直立式擋墻直達堤頂，本設(shè)計對其進行加固后作為堤頂?shù)缆愤厜Γ妶D3。

3 堤身滲透與邊坡穩(wěn)定計算

3.1 計算斷面

根據(jù)堤身地質(zhì)勘探成果，結(jié)合地形條件、堤段險情、斷面型式、堤身高度等要素，選取典型斷面進行堤身滲透與邊坡穩(wěn)定計算。

圖3 直立式堤岸斷面圖（除高程以m 計外其余尺寸單位均以mm 計）

3.2 計算工況及方法

1）工況Ⅰ（穩(wěn)定滲流期）：在設(shè)計洪水位下，計算土堤的浸潤線和逸出坡降，計算土堤迎水坡、背水坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。采用有效應(yīng)力法計算。

2）工況Ⅱ（水位驟降期）：計算從設(shè)計洪水位降到常水位情況下迎水坡的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。根據(jù)歷次洪水位觀測成果，洪水降落期初定為24 h。采用有效應(yīng)力法和總應(yīng)力法計算，并以較小的安全系數(shù)為準(zhǔn)。

3）工況Ⅲ（非常運用條件Ⅰ）：計算施工期迎水坡、背水坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。采用總應(yīng)力法計算。

3.3 計算成果

堤防滲流分析與邊坡穩(wěn)定計算采用北京理正軟件設(shè)計研究所開發(fā)的《理正巖土系列軟件5.11 版》計算。計算成果見表1。滲透計算成果見圖4～圖5。

表1 土堤穩(wěn)定滲流與邊坡穩(wěn)定計算成果表

圖4 準(zhǔn)流網(wǎng)圖

圖5 比降計算值

3.4 滲流與邊坡穩(wěn)定計算結(jié)論

根據(jù)計算結(jié)果，計算斷面在設(shè)計洪水位工況下背水坡滲流出口比降最大值小于容許滲透比降，說明堤身滲透穩(wěn)定滿足要求；各計算工況下迎水坡、背水坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，說明堤身抗滑穩(wěn)定安全滿足要求。因此，經(jīng)過加固處理后，堤身能滿足滲流與邊坡穩(wěn)定要求。

4 結(jié)論

五華縣增塘堤防進行升級改造，堤防斷面結(jié)構(gòu)采用直斜式結(jié)構(gòu)、直立式、多級直立式結(jié)構(gòu)，選取典型斷面，通過理正軟件，對加固后的堤身不同工況條件下滲透與邊坡穩(wěn)定進行計算，結(jié)果表明抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，經(jīng)過升級改造后的增塘堤邊坡穩(wěn)定可靠。