河道治理防洪堤工程堤身結構設計探討

修建輝 中交廣州水運工程設計研究院有限公司

陳琦 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

本次治理段為閩江北港洪山橋至解放大橋段（MK33+471～MK38+471），治理河長5km，河床寬淺，主河槽蜿蜒型河段搖擺不定，河床多灘，河曲發育，河床以側向侵蝕和沖刷破壞為主，河床既有淤積也有沖刷。工程區地下水為第四系松散巖類孔隙性潛水，含水層巖性為圓礫、礫砂及中粗砂等，地下水位埋深0.3～0.5m，水位變幅0.5m左右。經水質化學分析試驗判定，地表河水對普通砼無硫酸鹽腐蝕性；而地下水則對普通砼具硫酸鹽弱腐蝕性，防洪堤基礎設計中應采取相應處理措施。

2.堤身結構設計

2.1 剛性結構防洪堤

2.1.1 新建防洪堤

MK33+471～MK35+471段剛性結構防洪堤采用C15砼現澆坡式結構型式，堤身采用砂礫石夯填，護坡厚度自上而下由0.15m漸變為0.25m，臨水坡坡比1:1.5，背邊坡坡比1:1.5，基礎埋深深泓線以下2.5m；坡底設深0.4m、寬0.5m基座，封頂寬50 cm，厚15cm，河床內砂礫石開挖邊坡為1:0.75。堤頂寬3m，堤身由河床砂礫石填筑，壓實相對密度不小于0.60。河堤護面沿縱向每4m設置一道伸縮縫，縫寬3cm，采用閉孔泡沫板填縫和聚氯乙烯膠泥止水。護坡體砼強度標號為C15，砼抗凍標號F100，針對地下水對普通砼具有硫酸鹽弱腐蝕性，采用提高砼抗滲標號解決，即砼抗滲標號為W6。

2.1.2 加固加高防洪堤

加固加高段MK35+471～MK38+471段已建防洪堤經過多年運行，塊石或鉛絲籠塊石護坡均已被洪水沖刷淘蝕，破損嚴重，因此對該段堤防，拆除原有塊石護坡，利用完好的砂礫堤身，加固加高原堤身。防洪堤斷面結構型式采用C15砼現澆梯形斷面坡式結構型式，利用原砂礫石堤身，對原防洪堤加固加高，護坡厚度自上而下由0.15漸變0.25m，臨水坡坡比1:1.5，背邊坡坡比1:1.5，基礎埋深深泓線以下2.5m；坡底設深0.4m、寬0.5m基座，封頂寬50cm，厚15 cm，河床內砂礫石開挖邊坡1:0.75。堤頂寬3m，堤身由河床砂礫石填筑，壓實相對密度不小于0.60。河堤護面沿縱向每4m設置一道伸縮縫，縫寬3cm，采用閉孔泡沫板填縫和聚氯乙烯膠泥止水。護坡體砼強度標號為C15，砼抗凍標號F100，針對地下水對普通砼具有硫酸鹽弱腐蝕性，采用提高砼抗滲標號解決，即砼抗滲標號為W6。

2.2 柔性結構防洪堤

2.2.1 新建防洪堤

MK33+471～MK35+471段新建柔性結構防洪堤采用鉛絲籠塊石坡式結構型式，堤身采用砂礫石夯填，堤頂寬3m，堤身由河床砂礫石填筑，壓實相對密度不小于0.60，背水坡坡比為1:1.75，河床以上鉛絲籠塊石護坡襯砌厚度為0.3m，鉛絲籠塊石下面鋪設（d=5～40mm）0.3m厚的礫石墊層，臨水坡坡比為1:2；河床以下基礎護坡采用鉛絲籠塊石自沉式結構，開挖臨時邊坡為1:1，鉛絲籠塊石厚度0.6m，基礎埋深為深泓線以下2.5m，施工時河床以下1.0m處鉛絲籠塊石護坡基礎變為水平護坡基礎，運行時水平護坡基礎隨著沖刷深度加深而加深，滿足護岸基礎埋深深泓線以下2.5m的要求。

2.2.2 加固加高防洪堤

加固加高段MK35+471～MK38+471段，該段河岸為農機道兼防洪堤，砂礫石堤身，其中有間斷的60m堤面用砼預制塊進行了護砌，其余堤面沒有進行防護，經過多年的洪水沖刷，多處砼預制塊護坡被沖塌，因此，對該段利用原砂礫石堤身，加固加高防洪堤。

加固加高段防洪堤也采用鉛絲籠塊石結構型式，為梯形斷面，利用原砂礫石堤身，對原防洪堤進行加固加高，設計堤頂寬3m，堤身由河床砂礫石填筑，壓實相對密度不小于0.60，背水坡坡比為1:1.75，河床以上鉛絲籠塊石護坡襯砌厚度為0.3 m，鉛絲籠塊石下面鋪設（d=5～40mm）0.3m厚的礫石墊層，臨水坡坡比為1:2；河床以下基礎護坡采用鉛絲籠塊石自沉式結構，開挖臨時邊坡為1:1，鉛絲籠塊石厚度0.6 m，基礎埋深為深泓線以下2.5m，施工時河床以下1.0m處鉛絲籠塊石護坡基礎變為水平護坡基礎，運行時水平護坡基礎隨著沖刷深度加深而加深，滿足護岸基礎埋深深泓線以下2.5m的要求。

表1 堤身砂礫石填筑設計指標

表2 堤防抗滑穩定成果

表3 閩江北港洪山橋至解放大橋段堤防滲透穩定成果

3.堤身填筑及穩定性分析

3.1 堤身填筑標準

本工程所計算堤身填筑材料填筑標準不同，故分別計算：堤身填筑材料均為砂礫石，本次設計砂礫石填筑相對密度不低于0.60。MK33+471～MK35+471段 及MK35+471～MK38+471段砂礫石堤身干容重按以下步驟確定：

式中：D r——相對密實度；emax——最大孔隙比；emin——最小孔隙比；e——天然孔隙比；γmax——最大單位重，分別取2.20g/c3和2.22g/cm3；γmin——最小單位重，分別取1.97g/c3和1.96g/cm3。填筑料物理力學設計指標詳見表1。

3.2 抗滑穩定分析

根據地質資料，堤防的堤身均為河床砂礫石，根據地質資料，治理河段堤防堤身填筑料根據物理力學指標變化計算。設計采用北京理正巖土軟件邊坡穩定計算程序計算堤防坡穩定安全系數，河道治理防洪堤工程堤防抗滑穩定結果詳見表2。

由表2成果可知，所選典型斷面在各種工況下堤防上、下游坡抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

3.3 滲流穩定分析

堤防的堤身均為砂礫石，在堤防迎水面用砼襯砌，護坡基礎也為砼結構，護坡及護坡基礎為弱透水性材料，具有較好的防滲效果，防洪堤可按不穩定滲流計算。設計采用北京理正巖土軟件滲流分析計算程序用公式法計算堤防滲透參數，用來判斷堤防的滲透穩定性，黑甘38+902～黑甘43+471段滲流穩定成果見表3。

從表3可以看出，護坡堤防在穩定滲流時浸潤線在背水坡出溢，背水坡坡面出溢比降小于容許滲透坡降，堤身滲透穩定，堤基計算出溢比降小于地基容許滲透坡降，地基滲透穩定，另外由于防洪堤堤身采用河床砂礫石填筑，屬于混合反濾層，滲流途徑較長，堤防地基屬強透水的砂礫石層，計算中為無限深，加之水頭較小，洪水期歷時較短，難以形成穩定滲流。

4.結論

本工程堤防結合當地實際，采用混凝土或鉛絲籠塊石進行護面，閩江MK33+471～MK35+471段左右岸為砼護面，MK35+471～MK38+471段左岸采用鉛絲籠塊石對河岸進行保護，做到了因地制宜、堤防建設與周圍景觀、地貌、河流生態環境相協調。