某河道治理工程設計變更防洪堤滲流穩(wěn)定研究

楊 雪

（喀什大學 土木工程學院，新疆 喀什 844000）

0 引言

在中小河道治理中，滲流分析是一項重要內容，目前采用數值模擬的方法進行防洪堤滲流分析，主要包括有限單元法、有限差分法、邊界元法、數值流行方法以及離散單元法等方法[1,2,3,4]，但是滲流分析模型多數學者按均質土計算，而實際堤防工程中，土質結構是有變化的，因此按實際土體結構進行建模更能貼近實際，理論意義重大。工程概況

某河道治理工程位于某內陸河流，工程段河床多變，汛期主流擺動頻繁，河床橫斷面變化很大，無比較固定的主槽，具有“寬、淺、亂”的特點，是典型的平原游蕩型河道。

1 變更緣由

由于初步設計與技施設計兩階段間經歷了一次汛期，河道的游蕩特性也造成該段河道灘岸、主槽產生一定程度變化，為保證施工圖設計與現(xiàn)場實際情況相符，對現(xiàn)場重新勘測，經多方論證決定：

1、根據該河段歷史應急防洪搶險經驗和之前已實施整治段的護岸效果來看，設計采用拋石護岸結構形式是合理并且因地制宜的，已取得較為理想的效果。但工程不是一次建成就高枕無憂了，頂沖段拋石備塌體從下沉直至穩(wěn)定還要經過3-4次汛期才能基本完成，后期必須盡快完成防洪備石的準備工作，汛期務必加強巡查，對備塌體拋石下沉達到警戒部位要及時進行拋石補填，直到沖刷沉陷穩(wěn)定為止。

2、在拋石護岸還未穩(wěn)定的條件下，設計采用當地土回填土堤并采用柔性拋石護坡防止洪水沖刷堤坡比較合理，也有利于工程防洪搶險、維護，節(jié)省投資。

3、堤坡設無紡布結構層確能提高堤身滲透穩(wěn)定性，但根據歷史應急防洪搶險經驗，以往應急搶險采用拋石護岸、土堤結構未設此結構層，也未出現(xiàn)因堤坡滲透破壞造成土堤出險的情況

2 變更設計方案

1、水中進占設計斷面：土堤頂寬度6.0m，迎水面邊坡1：1.3；背水面邊坡施工水位以上1：2，施工水位以下1：4。土堤迎水面采用采用拋石裹護，護坡與土堤頂齊平，頂寬1m，外坡1：1.5，內坡1：1.3。護坡表面30cm進行干砌塊石。護坡與土壩體間鋪設0.1m的砂礫石墊層及無紡布一層。

2、旱地施工設計斷面：土堤、護坡斷面結構與水中進占設計斷面一致，唯獨堤前拋石護岸設置形式二者有所區(qū)別。旱地施工設計型式為在護坡拋石前設6.1m寬、2.5m高的備塌體，臨水坡1：1.5，背水坡1：1.5。變更設計后的施工圖斷面結構形式與初設批復的斷面結構形式基本相同，唯獨取消了土堤與堤前拋石護坡之間的無紡布與砂礫石墊層。

3 計算基本參數

根據現(xiàn)場勘察結果，工程堤基均位于河床面上，河床面低于岸坎后自然地面一般在 2～3m，堤基下伏土層自上而下基本均勻由粉土質砂、含細粒土砂組成。粉土質砂：為河流沖積物（Q4aL），層厚2m-6m，粉土質砂中砂粒含量大于75%，細粒含量為8%，級配不良。砂礦物成分以石英、長石、云母為主。天然密度1.78/cm3，干密度 1.41g/cm3，比重 2.66，孔隙比 0.88，最大干密度 1.67g/cm3，最小干密度1.25g/cm3，內摩擦角 24°，滲透系數 7.0×10-4cm/s。含細粒土砂：為河流沖積物（Q4aL），層厚大于20.0m，。天然密度1.89g/cm3，干密度1.48g/cm3，比重2.66，孔隙比0.80，內摩擦角26°，滲透系數5.5×10-3cm/s。

4 滲透穩(wěn)定計算

滲透計算采用Autobank7.07軟件[5]，對防洪堤進行二維有限元滲流分析，由于堤基及堤身非均質土，建模時對土質交界處做了耦合處理，采用過渡段形式，使計算模型更符合實際。選取4+000最大堤高斷面作為計算斷面。

計算工況擬定為堤上游為設計水位，下游為洪水期相應實測高水位（工況1）；堤上游為設計水位，下游為枯水期實測最低水位（工況2）；洪水自設計水位降落至最低水位時堤下游為洪水期相應實測高水位（工況 3）。滲透計算成果如表1、表2和圖1。

表1 最大水力坡降計算表

圖1 滲透穩(wěn)定計算簡圖

5 抗滑穩(wěn)定計算

結合本工程堤身特點，對堤防擬堤身整體穩(wěn)定情況進行計算，采用簡化畢肖普法計算抗滑穩(wěn)定。計算按以下 3種工況進行：上游為設計水位，下游為洪水期相應實測高水位，穩(wěn)定滲流期的下游堤坡（工況1）；上游為設計水位，下游為枯水期實測最低水位，穩(wěn)定滲流期的下游堤坡（工況2）；洪水自設計水位降落至最低水位時堤下游為洪水期相應實測高水位的上游堤坡（工況3）。計算結果見表2。

表2 最邊坡穩(wěn)定計算表

6 結語

根據滲透穩(wěn)定計算結果可知，三種運行工況滲透坡降均在允許值范圍內，邊坡穩(wěn)定系數均大于最小安全系數，其中，最不利工況為洪水自設計水位降落至最低水位時，安全系數為1.212。分析各工況下危險滑裂面，設計水位條件下，危險滑裂面發(fā)生在下游邊坡，水位驟降工況下，危險滑裂面發(fā)生在上游邊坡。