某臨江水處理廠區護坡方案優化研究

魏振榮

(吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000)

某臨江水處理廠區護坡方案優化研究

魏振榮

(吐魯番市水利水電勘測設計研究院，新疆 吐魯番 838000)

某城市生活污水處理廠緊靠江邊，為保證其安全穩定性，對其進行邊坡防護。首先運用理正軟件，對邊坡處于工廠荷載之下進行穩定性分析，基于此提出了兩種護坡方案，漿砌石護坡以及鋪設混凝土面板護坡方案。對漿砌石護坡進行兩種坡度的計算，并以回填土的參數為自變量，安全系數為因變量繪制關系曲線，最終否定漿砌石方案。隨后分別計算50cm面板下兩種擋土墻高度的安全系數曲線，并與80cm厚度面板護坡進行對比，最終確定此項目的推薦方案。此種分析方法對河道護坡處理有一定的借鑒作用。

混凝土面板；漿砌石；河道；護坡；理正

隨著城市化的進展，河岸邊坡的防護加固越來越重要，尤其當建筑物沿河岸邊坡建設時，對邊坡穩定性要求增大，因此不得不采用有效手段來提高邊坡穩定性。分析總結中國目前河道邊坡穩定性遭致破壞的形式，主要包含沖刷、崩塌等形式。而導致其穩定性失衡的因素主要包括工程設計和建設施工。工程設計方案是否合理、科學，邊坡的高度、坡率及防護措施等與施工場地環境是否相適應，這些均會影響邊坡穩定性。邊坡的地形地貌也是影響河道邊坡穩定的因素之一。在當前國內水庫、江河以及湖泊和港口工程建設過程中，尤其是護岸工程項目建設過程中，混凝土護坡以其耐久性強、適應性強、施工簡便以及安全可靠等特點，在工程實踐中已得到較為廣泛的運用，應用效果十分的顯著[1]。

1 工程地質概況

擬建場地護坡總平面布置為：邊坡坡度1∶1.25-1∶1.5。此工程緊靠某河段，距江邊27.2-33.0m，高出江面約20.0m，場地內的地下水主要為賦存于松散巖類孔隙潛水。經勘探，勘探深度范圍內場地地層由上至下分別為：第四系全新統人工填土層(Q4ml)、第四系沖洪積層卵石土(Q4al+pl)和三迭系上統雅江組(T3y)板巖。

2 邊坡穩定性分析

2.1 邊坡坡度1∶1.25

假設邊坡坡度為1∶1.25時，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長度12m。水位設置為正常水位，距離河道底3.16m。根據地質勘察報告得知，雜填土容重為19kN/m3，粘聚力9kPa，內摩擦角19°，假設其排水通暢，計算示意圖見圖1：

圖1 坡度1∶1.25計算示意圖

在保證其正常排水，但不做任何防護措施的情況下，浸潤線如圖1所示。在此基礎上，運用理正軟件計算得出的穩定安全系數0.514<1.30。

2.2 邊坡坡度1∶1.5

假設邊坡坡度為1∶1.5時，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長度12m。水位設置為正常水位，距離河道底3.16m。根據地質勘察報告得知，雜填土容重為19kN/m3，粘聚力9kPa，內摩擦角19°，假設其排水通暢，計算示意圖見圖2：

圖2 坡度1∶1.5計算示意圖

在保證其正常排水，但不做任何防護措施的情況下，浸潤線如圖2所示。在此基礎上，運用理正軟件計算得出的穩定安全系數0.583<1.30。

本場地工程安全等級為二級，按《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2002)關于穩定安全系數規定：二級邊坡采用簡化畢肖普法計算時穩定安全系數K≥1.30。通過上述計算可以發現，當水位處于正常水位，并且邊坡不采取任何防護措施的情況下，坡度為1∶1.25時，即使保持排水通暢的情況下，安全系數遠遠<1.30。而當把坡度放緩，坡比為1∶1.5時，計算出的結果依然不容樂觀。如果不作任何防護加固的話，擬建場地將處于極其不穩定的狀態，極有可能發生失穩滑坡等事故，造成重大傷亡。因此在此基礎上，給出以下幾個邊坡防護方案，并進行對比分析[2]。

3 邊坡防護方案

3.1 方案①：基礎抗沖樁方案

擬建場地緊靠某河段，擬建場地距河面約27.2-30.0m，高出河水面約20.00-22.00m。擬建場地長69.5m，寬12m。此設計方案是在廠房梁的基礎之下打樁用以固定廠房，保證廠房的穩定，不會受到河岸沖刷破壞以及滑坡危害。而邊坡防護則主要由漿砌塊石組成，沿著廠房長邊方向每隔4m左右向地面下打樁，共19排。寬邊方向隔4m打柱，共3排，共計57根樁。

3.1.1 邊坡坡比1∶1.25

假設邊坡坡度為1∶1.25時，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長度12m。水位設置為正常水位，距離河道底3.16m。當排水通暢時，根據巖土工程物理力學指標表得知，回填土容重一般為19kN/m3，與現場觀測相吻合，因此我們假設回填土粘聚力為15kPa、20kPa，不斷增大其內摩擦角進行試算。

通過試算，發現對于坡比1∶1.25的邊坡來說，如果要達到1.30的安全系數，這對回填土的內摩擦角度要求較大，通過查常見巖土力學參數表，可以發現要大于普通巖土的內摩擦角度，并且漿砌塊石有沖壞的可能性，因此對回填土的質量要求更高，基于此，進行坡度1∶1.5的試算。

3.1.2 邊坡坡比1∶1.5

假設邊坡坡度為1∶1.5時，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長度12m。水位設置為正常水位，距離河道底3.16m。當排水通暢時，假設回填土粘聚力為15kPa、20kPa，不斷增大其內摩擦角進行試算，計算結果如圖3所示：

圖3 坡比1∶1.5抗沖刷樁計算結果圖

通過試算，可以發現相同參數下1∶1.5的坡度比1∶1.25的坡度所計算出的安全系數要高。因此，坡度1∶1.5對于回填土的質量要求可以比1∶1.25的要更低一些。但此方案雖然在一定基礎上能滿足安全系數，且施工簡單，并且河流沖刷對污水處理廠沒有影響，但坡度更緩，占用河道更多，并且邊坡只進行了簡單的漿砌石護坡，在河水沖刷下，漿砌塊石可能會被沖壞，這就大大降低了邊坡抗沖能力，提高了維修費用。另一方面，造孔等造價高，初期投資多并且后期維護成本較高。

3.2 方案②：邊坡鋪設混凝土面板方案

此方案進行開挖工程之后，回填砂礫石。護坡由擋土墻、面板、齒墻構成，均采用C20混凝土。此方案采用重力式擋土墻，局部采用鋼筋混凝土懸臂擋墻；墻基底部寬2.5m，高0.5m；墻身底部寬1.1m，頂部寬0.8m；墻背坡度1∶0.06，擋土墻墻身設置泄水孔、伸縮縫。坡面坡度1∶1.25，坡面頂部垂直于墻面處寬0.8m，面板間設伸縮縫。齒墻底部處于基坑底，齒墻高2m，寬3m，底部凹槽頂部寬1m，兩邊坡度均為1∶1。

3.2.1 擋土墻高5.5m，排水通暢

邊坡坡度為1∶1.25，坡頂至擬建地水平距離2m，荷載為50kPa，長度12m。水位設置為正常水位，距離河道底3.16m。在保證其正常排水的情況下，浸潤線如圖3所示。

在此基礎上，分別計算邊坡鋪設50cm、80cm厚混凝土面板情況下，回填土粘聚力為15kPa、20kPa時，不斷增大內摩擦角計算安全系數，計算結果如圖4所示：

圖4 擋土墻高5.5m計算結果圖

3.2.2 擋土墻高8m，排水通暢

在此基礎上，在邊坡鋪設50cm厚混凝土面板情況下，假設回填土粘聚力為15kPa、20kPa，不斷增大內摩擦角進行計算，計算結果如圖5所示：

圖5 擋土墻高8m計算結果圖

通過試算，當擋土墻高度為5.5m時，只需增大內摩擦角及粘聚力，安全系數則不斷增高，并且在一定程度上已經可以達到規定所要求的安全系數，而當把擋土墻高度增加到8m時，不僅同等參數下安全系數要小，并且安全系數與內摩擦角并不完全成正比，增長緩慢。并且在計算過程中發現，擋土墻高度越高，擋土墻的上半部分容易發生坍塌等現象，極不利于邊坡穩定。因此綜合來看，擋土墻高5.5m時有利于邊坡穩定，且不會發生擋土墻坍塌事故。

經過試算可以發現，混凝土面板80cm時，可以輕易滿足規定的安全系數，保持邊坡穩定。同等參數下80cm厚混凝土面板安全系數更高，但50cm厚混凝土面板方案在回填土達到要求后已經可以滿足擬建地所需承載力。兩種厚度方案施工難度相近，但明顯50cm厚方案在投資、維護等方面占優勢，而且對于此工程，在保持排水通暢以及保證土體碾壓密實度的情況下，面板鋪設50cm鋼筋混凝土足以滿足其穩定性。

但在工程實踐中，有很多護坡由于未能充分考慮反濾排水對邊坡穩定性的作用，引起護坡頂裂，滑坡塌方的事故可謂是屢見不鮮，尤其是對混凝土面板這種幾乎全封閉式的結構，加強反濾排水措施尤為重要，如果不能有效保持排水通暢，很容易引發邊坡穩定性問題。另外，文章對于方案②進行了一系列假設試算，但當土體密實度不達標的情況下，安全系數也達不到標準。因此雖然推薦方案②為施工方案，但保持排水通暢以及土體的密實度十分的有必要。

4 結 論

文章給出兩種防護方案，方案①雖然施工簡單，水處理廠不會受到河流沖刷，但由于坡度較緩，占用河道過多，對于周邊環境影響較大，造孔等造價高，投資多后期維護成本較高。方案②雖然施工復雜，但混凝土面板更加堅固，不易沖壞且在一定基礎下足以滿足邊坡穩定系數。因此，最后選擇方案②作為推薦方案。

[1]邱友紅，賈山.漿砌石大壩面板加固處理方案實例剖析[J].黑龍江水利科技，2009，37(04)：52-53.

[2]馬躍.混凝土面板護岸破損修復加固措施研究[J].科技風，2016(17)：103.

[3]楊政武.山區高速公路路塹邊坡滑坡穩定分析及治理研究[J].交通建設與管理，2015(08)：139-141.

[4]朱士權，李紅,朱家昌,等.混凝土護坡設計中需注意的幾個問題[J]．水利水電工程設計，2014，33(04)：9-10.

[5]呂強，黃啟勝.天晴旺水庫現澆混凝土面板護坡的應用[J].山東水利，2010(08)：32-33.

StudyonSlopeProtectionSchemeOptimizationforaRiversideEffluentPlant

WEI Zhen-rong

(Turpan Urban Water Conservancy & Hydropower Investigation, Design and Research Institute, Turpan 838000, China)

A sanitary sewage treatment plant is closely beside the river in a city, slope protection have to be done in order to guarantee its safety and stability. Firstly, Lizheng Software was applied to conduct the stability analysis for side slope lower than the factory load, two slope protection schemes were put forward including grouted rubble slope protection and laying concrete slab to protect the slope. Tow kinds of slope gradient were calculated for grouted rubble slope protection to draw the relation curve regarding the parameters of backfilled earth as the independent variable and safety coefficient as the dependant variable, at last, the grouted rubble scheme was denied, subsequently, to calculate separately the safety coefficient curves of retaining walls with two different heights lower than 50cm thick slab, and to compare with slope protection with 80cm thick slab, finally, the recommendation scheme of this project was determined. There are some references of this kind of analysis method for river-course slope protection.

concrete slab; grouted rubble; river course; slope protection; Lizheng Software

1007-7596(2017)10-0020-03

TU441.35

B

2017-09-22

魏振榮(1968-)，男，甘肅榆中人，高級工程師，從事水利工程設計工作。