堤防外側(cè)水體對(duì)防汛墻安全影響研究

潘黎 陸志翔 王永東

【摘 要】影響防汛墻抗滑及抗傾覆穩(wěn)定的因素較多，地質(zhì)條件、水文條件、河流底標(biāo)高、岸坡頂標(biāo)高、岸坡形態(tài)、坡頂荷載等都能影響防汛墻的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)時(shí)通常對(duì)上述因素予以考慮。一般情況下按照設(shè)計(jì)進(jìn)行堤防建設(shè)，防汛墻基本不會(huì)產(chǎn)生滑移和倒塌，但在堤防后方不遠(yuǎn)處有水體的情況經(jīng)常會(huì)引起防汛墻滑移及倒塌，處理此類問(wèn)題耗費(fèi)大量人力、物力，文章從堤防外側(cè)水體對(duì)防汛墻抗滑穩(wěn)定及抗傾覆穩(wěn)定產(chǎn)生影響的本質(zhì)出發(fā)進(jìn)行研究，以預(yù)防和控制此類滑移、傾覆災(zāi)害發(fā)生，確保堤防設(shè)施安全。

【關(guān)鍵詞】水體;堤防;抗滑穩(wěn)定;影響;研究

【中圖分類號(hào)】TV871.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）12-0080-03

影響防汛墻穩(wěn)定性的因素較多，設(shè)計(jì)時(shí)通常會(huì)考慮到地質(zhì)條件、水文條件、河流底標(biāo)高、岸坡頂標(biāo)高、岸坡形態(tài)、坡頂荷載等因素，而防汛墻外側(cè)存在水體的情況在實(shí)際岸坡設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中往往容易被忽略，但防汛墻外側(cè)水體所帶來(lái)的危害卻是不容忽視的。

多年來(lái)，人們一直非常重視河流岸坡穩(wěn)定及堤防安全的設(shè)計(jì)、施工及研究。容曉[1]對(duì)剛體極限平衡法與有限元法在重力壩岸坡壩段抗滑穩(wěn)定計(jì)算進(jìn)行了對(duì)比分析;賀新星等[2]對(duì)厚層淤泥質(zhì)地基高土石圍堰邊坡抗滑穩(wěn)定敏感性進(jìn)行了分析;陳峰[3]對(duì)上海地區(qū)防汛墻加固工程關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究;李明等[4]用有限元強(qiáng)度折減法求解壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);周智海等[5]對(duì)重力式擋墻穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行了分析;黃岳文[6]對(duì)擋土墻抗傾覆穩(wěn)定分析進(jìn)行了討論。

本文擬以上海市黃浦江右岸某段堤防為背景，分析堤防外側(cè)水體的存在對(duì)防汛墻安全產(chǎn)生危害作用的機(jī)理，從而為此類危害的預(yù)防與控制提供借鑒。

1 工程情況

黃浦江右岸某段防汛墻為“L”形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，防汛墻頂面標(biāo)高為5.12 m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為1.30 m，防汛墻后側(cè)路面標(biāo)高為4.25 m，防汛墻頂寬為0.3 m，基礎(chǔ)寬度為1.8 m，基礎(chǔ)高度為0.5 m，具體岸坡形態(tài)及防汛墻結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在一次暴雨期間，該岸段有一段長(zhǎng)度為50 m左右的防汛墻發(fā)生倒塌，相關(guān)管理部門迅速組織人、財(cái)、物趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶險(xiǎn)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，該段防汛墻周邊環(huán)境較為復(fù)雜，防汛墻外側(cè)有一段明浜存在，明浜長(zhǎng)度約為83 m。

2 防汛墻穩(wěn)定性分析

2.1 地質(zhì)情況

防汛墻倒塌后，管理單位組織了勘察單位對(duì)該段防汛墻所在區(qū)域及鄰近區(qū)域進(jìn)行勘察。依據(jù)勘察報(bào)告可知，該滑移岸段25 m以淺深度范圍內(nèi)的地層為第①1層雜填土、第③1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第③3層灰色粉質(zhì)黏土、第⑤層灰色粉質(zhì)黏土，地表以下10 m范圍內(nèi)的典型靜力觸探成果圖如圖2所示。

根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，第①1層雜填土及第③1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2.2 抗滑穩(wěn)定分析

墻背垂直光滑且墻后填土水平的防汛墻抗滑穩(wěn)定性按式（1）計(jì)算。

Fs=■（1）

式中：Fs為防汛墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)，應(yīng)大于等于1.3;μ為防汛墻墻底與地基土的摩擦系數(shù);G為防汛墻及其基礎(chǔ)上覆土層重量，kN/m;EP為防汛墻墻前被動(dòng)土壓力合力，kN/m;Ew為防汛墻墻前水壓力合力，kN/m;Ea為防汛墻墻后主動(dòng)土壓力合力，kN/m;Ew1為防汛墻墻后水壓力合力。

防汛墻外側(cè)明浜水位較低不產(chǎn)生漫流時(shí)，防汛墻的抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，防汛墻外側(cè)明浜水位較低、不產(chǎn)生漫流時(shí)的防汛墻抗滑穩(wěn)定滿足要求，不會(huì)產(chǎn)生滑移，防汛墻前后受力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示。

暴雨期間，防汛墻外側(cè)明浜水位暴漲，水流漫溢至防汛墻墻根。在這種情況下，防汛墻墻后主動(dòng)土壓力及水壓力分析計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示，防汛墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，墻后明浜水流漫溢情況下，防汛墻的抗滑穩(wěn)定不滿足要求會(huì)產(chǎn)生滑移。

2.3 抗傾覆穩(wěn)定分析

墻背垂直光滑且墻后填土水平的防汛墻抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算按式（2）進(jìn)行。

Ft=■（2）

式中：Ft為防汛墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)，應(yīng)大于等于1.6;? ?x0為墻及上覆土體重心到墻址的水平距離（單位：m）;Z0為墻前被動(dòng)土壓力合力至墻址的垂直距離（單位：m）;Zw為墻前水壓力合力至墻址的垂直距離（單位：m）;Z1為墻后主動(dòng)土壓力合力至墻址的垂直距離（單位：m）;Z2為墻后水壓力合力至墻址的垂直距離（單位：m）。

防汛墻抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算分析簡(jiǎn)圖如圖5所示。

防汛墻外側(cè)明浜水位較低、不產(chǎn)生水流漫溢時(shí)，防汛墻抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，防汛墻外側(cè)明浜水位較低、不產(chǎn)生水流漫溢時(shí)，防汛墻抗傾覆為穩(wěn)定狀態(tài)，防汛墻不會(huì)產(chǎn)生傾覆。防汛墻外側(cè)明浜產(chǎn)生水流漫溢時(shí)，防汛墻抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

表5計(jì)算結(jié)果表明，明浜水產(chǎn)生水流漫溢時(shí)，防汛墻抗傾覆為欠穩(wěn)定狀態(tài)，防汛墻存在傾覆的可能。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）防汛墻外側(cè)水體的存在，對(duì)防汛墻穩(wěn)定有一定影響，當(dāng)防汛墻外側(cè)水體在暴雨期間產(chǎn)生水流漫溢時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致防汛墻產(chǎn)生滑移和傾覆。

（2）防汛墻外側(cè)有水體存在時(shí)，應(yīng)采取一定的措施，確保防汛墻在其后側(cè)水體產(chǎn)生水流漫溢時(shí)仍保持穩(wěn)定。

（3）防汛墻外側(cè)有水體存在時(shí)，防汛墻的抗滑和抗傾覆設(shè)計(jì)應(yīng)按照最不利情況進(jìn)行驗(yàn)算，確保防汛墻的安全運(yùn)行。

（4）進(jìn)一步研究防汛墻墻后水體漫流情況下墻后填土強(qiáng)度減弱程度及墻后水土壓力的作用機(jī)理，可以為防汛墻的抗滑穩(wěn)定及抗傾覆穩(wěn)定設(shè)計(jì)控制提供基礎(chǔ)依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]容曉.剛體極限平衡法與有限元法在重力壩岸坡壩段抗滑穩(wěn)定計(jì)算中的對(duì)比分析[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（5）：125-128.

[2]賀新星，王瑞駿，閆菲.厚層淤泥質(zhì)地基高土石圍堰邊坡抗滑穩(wěn)定敏感性分析[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2016，27（6）：196-201.

[3]陳峰.上海地區(qū)防汛墻加固工程關(guān)鍵問(wèn)題[J].水利水電科技進(jìn)展，2014，34（6）：49-55.

[4]李明，梁力，王偉，等.用有限元強(qiáng)度折減法求解壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012（2）：83-87.

[5]周智海，王燦，陳芳.重力式擋土墻穩(wěn)定性影響因素分析[J].公路與汽運(yùn)，2015（167）：126-128.

[6]黃岳文.關(guān)于擋土墻抗傾覆穩(wěn)定分析的討論[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2015，37（6）：1158-1164.