阜陽潁河濱水綠地堤防防洪墻設(shè)計

吳彥青 匡成華

（安徽省水利水電勘測設(shè)計研究總院有限公司 合肥 230088）

1 工程概況

潁河濱水綠地堤防位于潁河北京路橋至阜陽閘段，是淮北大堤的一部分，屬于I 級堤防。該段堤防現(xiàn)狀為2003年大水加固修建的防洪墻，在左岸灘地存留有大量拆遷垃圾及部分阻水設(shè)施，影響河道行洪斷面，造成安全隱患，未達到按潁河20年一遇遭遇淮河干流100年一遇設(shè)防要求，需將該段堤防原防洪墻拆除，調(diào)整墻體位置重建。

該段防洪墻一側(cè)為潁河及堤防，另一側(cè)為規(guī)劃的城市道路，設(shè)計中，需考慮在滿足防洪安全的基礎(chǔ)上，兼顧規(guī)劃的道路及景觀布置需求，為此采用扶壁式防洪墻設(shè)計。工程重點部位為樁號0+658.3～0+772.4處，該段堤防規(guī)劃高程35.74～35.75m，防洪墻后路面高程為29.60m，擋土高度較高，設(shè)計中需重點關(guān)注防洪墻不同工況下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及滲流問題。

2 工程設(shè)計

2.1 工程地質(zhì)

依據(jù)地質(zhì)勘探資料，堤防自上而下分別為人工填土，輕粉質(zhì)壤土、重粉質(zhì)壤土和輕夾中粉質(zhì)壤土，主要物理力學性質(zhì)指標見表1。

表1 土層物理力學性質(zhì)參數(shù)表

2.2 防洪墻設(shè)計

潁河濱水綠地堤防（樁號0+658.3～0+772.4）設(shè)計洪水位33.83m，該處堤防設(shè)置高程35.75m 的扶壁式防洪墻，扶臂間距4.5m，前墻厚度0.6m，底板寬10.3m，厚0.6m，底板埋深1.0m，前趾長1.8m，后趾長7.9m，為增強其抗滑穩(wěn)定性，底板下設(shè)0.4m 厚齒墻，并于底板尾端設(shè)置2m 寬阻滑板；由于防洪墻前趾上部土層直接連接道路，需要保證滿足滲流穩(wěn)定要求，因此在防洪墻底板下設(shè)置水泥土攪拌樁截滲墻，截滲墻深度8m。此外根據(jù)景觀及道路要求每10m 設(shè)置變形縫，并相應設(shè)置止水等。防洪墻斷面圖如圖1所示。

圖1 防洪墻斷面圖

3 防洪墻安全分析

3.1 防洪墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

根據(jù)地質(zhì)資料，防洪墻底板主要位于①輕粉質(zhì)壤土層，為保證工程安全，設(shè)計中采用完建期、設(shè)計洪水期、地震期及水位驟降期四種工況分別計算穩(wěn)定，填土容重為19kN/m3，等效內(nèi)摩擦角為30°，墻底與地基土的摩擦系數(shù)取0.30。經(jīng)計算，該防洪墻的抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范值，滿足要求，最終計算成果如表2所示。

表2 不同工況下扶臂防洪墻穩(wěn)定計算成果表

3.2 防洪墻段堤防滲流穩(wěn)定安全分析

堤防滲流穩(wěn)定計算方面，防滲長度選用最不利工況，防洪墻上游最高設(shè)計洪水位為33.83m，水泥土攪拌樁截滲墻深度為8m，經(jīng)計算，墻體計算滲徑長度28.32m，實際滲徑長度30.3m，墻基防滲長度滿足規(guī)范要求。

為了探究堤防的滲流穩(wěn)定以及水泥土攪拌樁截滲墻對堤防滲流的影響，計算使用“水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng) (AUTOBANK) ”中的滲流穩(wěn)定模塊，分別對有截滲墻堤防及無截滲墻堤防兩種工況在不同水位計算期下進行二維有限元滲流穩(wěn)定分析，各工況水力坡降結(jié)果如表3所示，各工況水頭等值線圖如圖2～圖5所示。

表3 不同工況條件下最大水力坡降計算成果表

圖2 設(shè)計洪水位無截滲墻滲流水頭等值線圖

圖3 水位驟降期無截滲墻滲流水頭等值線圖

圖4 設(shè)計洪水位有截滲墻滲流水頭等值線圖

圖5 水位驟降期有截滲墻滲流水頭等值線圖

根據(jù)水頭等值線圖及水力坡降表可以看出：無截滲墻條件下，水頭等值線沿防洪墻底板底部分布較均勻，對堤后的水頭控制效果較差，堤防在設(shè)計洪水期及水位驟降的滲透比降均不能滿足地質(zhì)勘測要求；設(shè)置截滲墻后，滲徑延長效果明顯，水頭沿截滲墻快速下降，堤后受水頭影響較小，堤防在設(shè)計洪水期及水位驟降期滲透比降能夠滿足地質(zhì)勘測要求。因此該段堤防防洪墻在設(shè)置截滲墻后截滲效果明顯，大幅增加了防滲安全性。

3.3 防洪墻段堤防抗滑穩(wěn)定分析

由于土層抗剪強度越低、墻前土層越厚、墻后埋藏越淺都會對堤身抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，因此在計算該段堤防抗滑穩(wěn)定中，選取堤身高度大、地基土層較差且出露較高的斷面建模，選取完建期、設(shè)計洪水期、地震期及水位驟降期四種工況，使用“水工結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng) (AUTOBANK) ”的邊坡穩(wěn)定模塊以瑞典圓弧滑動法進行有限元分析。計算結(jié)果見圖6～圖9、表4所示。

圖6 完建期堤防抗滑穩(wěn)定分析圖

圖7 設(shè)計洪水期堤防抗滑穩(wěn)定分析圖

圖8 地震期堤防抗滑穩(wěn)定分析圖

圖9 水位驟降期堤防抗滑穩(wěn)定分析圖

表4 不同工況下堤防邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

計算結(jié)果表明，各工況下現(xiàn)狀堤防堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

阜陽潁河濱水綠地堤防采用扶壁式防洪墻+截滲墻設(shè)計，滿足防洪設(shè)計標準，結(jié)構(gòu)安全可靠，堤防滲流及抗滑穩(wěn)定均滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求；設(shè)計中兼顧了城市規(guī)劃道路和景觀需求，滿足預期的設(shè)計目標要求■