新郎川河防洪堤設計及滲流抗滑穩定性分析

卞世俊 （上海川河水利規劃設計有限公司，上海 201206）

1 引言

新郎川河為水陽江水系南漪湖的一級支流，發源于廣德縣馬鞍山（海拔863m）及一條嶺（海拔 502m）一帶山區，走向自南向北，上游屬皖南丘陵區河道，中、下游主槽較窄，河床擺動，局部河段下切較深，多為丘陵平畈區；新郎川河穿宣廣高速、宣杭鐵路和誓節集鎮，于誓節大橋下游470m處分為兩汊（右汊為主汊），沿程逐漸展寬，至馬家村附近兩汊匯合后，右納支流花鼓河，一路向北，經楊山嶺、楊桿集鎮注入南漪湖。

2016年6月，新郎川河流域普降大暴雨，由于降水量太大，誓節鎮多地暴發洪水，誓節水文站實測流量1070m/s，洪水頻率接近10a一遇，全誓節鎮受災農田約2600hm（3.9萬畝），水毀路段10余處，災情嚴重，其中楊桿鄉集鎮段水位在21.25m左右，由于堤防現狀防洪能力不足10a一遇，該段堤防漫堤，受災4個村，大面積農田受災，道路水毀多處，誓節鎮兩汊河匯合口段左岸堤防岸坡多處水毀，長度約250m。

2016年9月，安徽省人民政府辦公廳關于印發《安徽省加快災后水利水毀修復與薄弱環節建設性治理三年行動方案》，深入貫徹習近平總書記關于抓緊謀劃災后水利建設的重要指示精神，堅持“建重于防、防重于搶、搶重于救”的原則，按照“先重點、后一般，先生活、后生產，先應急、后長遠”的思路，確定治理段工程的任務為提高治理段的防洪能力，修復水毀段堤岸，主要治理內容為河道疏浚長度為8.3km，堤防加固長度為6.1km，新建護坡護岸長度為6.8km。

治理范圍起點為新郎川河誓節鎮左汊河（河道中心線樁號TR17+154.0）、右汊河（河道中心線樁號C0+550.0），終點為楊桿壩下游700m（河道中心線樁號TR23+521.8，下同）處，全長 8.3km。工程位置示意圖見圖1。

圖1 工程位置示意圖

2 工程區地質概況

工程區地震活動輕微，區域構造穩定性相對較好，工程區設計基本地震加速度值為0.05g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度，設計地震分組為第一組，地基土屬中硬土，場地類別為Ⅱ類；工程區地層巖性主要如下：

第四系新近人工堆積層（Q）：主要分布于居民區、堤防堤身等部位，由①1層雜填土與第①2層素填土組成；其中①1層雜填土多為建筑垃圾、①2層素填土按其主要成分分段劃分為以砂卵石為主與以粉質壤土為主的素填土層。

第四系全新統沖積層（Q）：主要分布于現狀堤防堤基部位，主要由②1層輕粉質壤土、②2層重～中粉質壤土、②3層砂壤土、③1層粉細砂、③2層粗砂、④1層砂礫石、④2層砂卵石組成。

第四系上更新統殘坡積層（Q）：主要分布于山坡、山麓部位，主要由⑤層重壤土夾礫石組成。

工程區內地下水主要為第四系松散堆積層中孔隙水，埋藏較淺，地下水位不穩定，與附近溝塘等地表水體的水力聯系密切，并受大氣降水、新郎川河水的補給，季節變化較大，向低洼處排泄于沖溝、河道中。各土層物理力學性指標建議值表見表1。

各土層物理力學性指標建議值表 表1

3 方案布置設計

3.1 方案總體布置

根據《防洪標準》（GB50201-2014），治理段右岸楊桿集鎮段樁號TR20+216.0～樁號TR22+610.0段采用20a一遇防洪標準，左岸樁號TR20+561.0～樁號TR23+521.8段采用10a一遇防洪標準，其余治理段維持現有防洪標準。

根據堤防規劃設計原則，比較河道清淤、疏浚后河道設計洪水位與堤防岸坡現狀防洪能力，結合河道水流流勢和現狀堤、岸、灘地的相對關系，工程布置采用堤防加固、護岸等設計方案。樁號TR20+216.0～23+521.8段河道現狀兩岸堤防、岸坡基本平順，河道現狀有明顯堤防，但現狀堤防堤頂高程不滿足設計防洪水位要求，且大部分堤防堤腳濱臨河道主河槽，擬對該段堤防采取加高、加培措施，堤頂寬度6.0m，兩側坡比均為1:3，黏土回填壓實度不小于0.91，迎水側設防水位以上和背水側堤防邊坡采用植草護坡，長度為6.1km；樁號TR21+968.5～22+865.0段左岸、樁號TR21+968.5～22+610.0段右岸常水位以上采用帶植草孔混凝土預制塊護坡，楊桿壩樁號TR22+865.0～終點樁號TR23+521.8采用格賓石籠固腳，上部采用帶植草孔混凝土預制塊護坡，護坡長度共計6.8km；樁號TR18+449.2～18+600.0段左岸現狀堤防水毀嚴重區域，采用漿砌石擋墻固腳+帶植草孔混凝土預制塊護坡，長度250m。

3.2 河道疏浚斷面設計

治理段設計根據河底高程、河流形態、設計流量等綜合因素，經過試算確定治理段的疏浚斷面，根據設計斷面對項目區存在一定淤積、過水能力減弱的河道進行疏通疏浚。拓寬疏浚斷面按盡量不加高兩岸堤防確定，原則上不進行裁彎取直，基本上以原河道中心線為軸線，向兩邊切割灘地，局部結合縱向疏浚，但在彎道處以向凸岸拓寬為宜。

治理段河道疏浚以橫向拓寬為主，結合縱向疏浚，疏浚后治理段河道縱向比降約為10‰。河道斷面尺寸采用明渠均勻流計算公式 Q=Av，v=C(RJ)1/2，C=R1/6/n，R=A/x（式中，Q- 河道設計流量（m3/s），A- 水流有效斷面面積（m），v- 流速（m/s）），C- 謝才系數，R- 水力半徑，x-濕周（m），n-粗糙系數，J-水力坡降）確定治理段的河道樁號TR17+154.0～18+449.2疏浚底寬為55m，下匯合口至楊桿壩段樁號TR18+742.4～23+521.8底寬為95～110m，若計算底寬小于實際底寬，則采用實際底寬，若計算底寬大于實際底寬，則采用計算底寬。

3.3 堤頂超高計算

河道治理段設計堤防級別分別為4、5級，根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）中的有關規定，堤頂超高的計算公式為Y=R+e+A（式中，Y-堤頂超高（m），R-設計波浪爬高（m），A-安全加高值（m），e-設計風壅水面高度（m））。分別選取標準典型斷面進行計算，其堤頂計算超高4、5級堤防分別為1.076m、0.901m，考慮到治理后河道堤岸變幅較大和邊坡襯砌的差異性，治理段設計堤頂超高4級堤防取1.2m，5級堤防取1.0m。

4 堤防穩定性計算分析

4.1 堤防設計標準斷面確定

根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）要求，堤頂寬度除應滿足堤防滲流抗滑穩定性安全外，亦應滿足防汛安全、防汛物資運輸及工程管理等要求，因此根據河道左、右堤現狀斷面情況、按照規范要求及相關類似工程經驗綜合確定堤防左、右堤標準斷面為：堤頂寬度6.0m，上下游坡比1:3.0，堤頂高程按不低于設計防洪水位加堤頂超高控制，左岸堤頂超高1.0m，右岸堤頂超高1.2m；堤防加培時，宜避免侵占主河道行洪斷面，以偏向堤內（背水側）加高培厚為主，部分凹岸段為平順堤線布置，可在堤外（迎水側）培坡加厚；堤防迎水側常水位至堤頂區和背水側植草護坡；河道堤防設計加固標準斷面圖見圖2。

圖2 堤防加固標準斷面圖

4.2 堤防加固分析

治理段堤防岸坡部分段現狀高程不滿足設計防洪水位要求，且內外邊坡緩陡不平，治理段設計擬對治理范圍內堤防岸坡采取加高、加培措施進行加固。堤岸加固基本不改變現有的堤線布置；堤防加高、加培采用黏性土填筑壓實，堤頂寬度6.0m，壓實度≥0.91，填筑區域內外邊坡坡比1:3.0，堤防邊坡不平的區段采用理培坡措施，邊坡理培坡后坡比不陡于1:3.0；岸坡區段采用砂卵石填筑壓實，壓實后相對密度≥0.60，坡比1:3.0。

4.3 加固后邊坡的滲流穩定性和抗滑穩定性計算

根據現狀堤防堤身、堤基工程地質條件情況，治理段設計選取TR72（樁號22+191.5）斷面左、右岸堤防和TR77（樁號23+288.0）斷面右岸岸坡作為典型斷面進行堤岸滲流穩定性和邊坡抗滑穩定性計算，其滲流穩定性分析采用《水工結構有限元分析系統（AUTOBANKv7.07）》Slope-土石壩穩定分析系統，抗滑穩定性分析采用簡化畢肖普法，計算工況選取設計工況和水位降落期兩種工況。

根據設計對加固后堤防進行滲流穩定性計算與岸坡抗滑穩定性計算，以驗證加固后堤防岸坡的穩定性。

經滲流穩定性計算，加固后堤防邊坡的滲流出逸坡降均小于運行值，加固后堤防邊坡滲流是穩定的，計算結果見表2。

左、右岸現狀、加固后典型斷面滲流穩定性計算結果表 表2

經抗滑穩定性計算，現狀堤防邊坡抗滑穩定性復核時堤防TR72（樁號22+191.5）左岸斷面的內外邊坡現狀抗滑安全系數均大于規范允許值，邊坡抗滑是穩定的，治理段設計對現狀堤防加固采取了加高、加培措施，加高高度較小，且邊坡進行了加培理順，對邊坡的抗滑穩定是有利的，故可認為加固后TR72（樁號22+191.5）左岸斷面的邊坡的抗滑仍是穩定的。

右岸加固后堤防岸坡的抗滑穩定系數均大于規范允許值，邊坡抗滑亦是穩定的；計算結果見表3。

左、右岸現狀、加固后典型斷面抗滑穩定性計算結果表 表3

5 結語

結合現狀河道左、右堤現狀斷面基本情況，按照治理標準要求及類似工程經驗綜合確定治理段左、右堤現狀堤防加固斷面設計方案，經理論計算，加固后堤防的滲流、抗滑穩定性均滿足要求；治理段加固后堤防結構做到了經濟性和實用性，運行后取得了較好效果。