五華縣增塘堤防邊坡穩定性分析

鄒生德

（廣東省交通規劃設計研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507）

0 引言

堤岸工程是一項重要的防洪工程，可有效防止洪水灌入城鎮。堤岸工程的穩定性是保證人民安全的關鍵因素。許多專家學者對堤岸穩定性進行了研究。趙宇坤等[1]使用飽和—非飽和理論研究汛期水位驟升驟降對堤岸穩定性的影響，分析坡體內部水位的變化，繪制不同工況下堤岸穩定狀態圖。張芳枝等[2]通過數值模擬手段研究河流沖刷對堤岸穩定性的影響。劉動等[3]通過現場實測資料使用神經網絡模型對河流沖刷作用下河床、堤岸變形進行預測研究。馬崇武等[4]通過數值模擬研究堤岸穩定性最小時的水位值，對工程建設意義重大。肖瑤等[5]考慮巖土體強度劣化對岸坡穩定性的影響。當巖土體強度劣化達到30%時，岸坡穩定性達到臨界破壞值。陳將宏等[6]選取四個因素作為評價岸坡穩定性的影響因素并確定其權重。本文以五華縣增塘堤為研究對象，對其堤壩穩定進行分析。

1 工程概況

五華縣位于廣東省東北部，韓江上游，是粵東丘陵地帶的一部分。增塘堤屬五華縣中心城區，為土堤，由于堤身填筑質量較差，滲漏嚴重，遭遇大洪水時存在安全隱患，威脅人民群眾的生命財產安全。對現狀增塘堤進行升級改造，通過堤路結合建設。

2 堤身結構設計

堤防斷面結構擬采用直斜式結構、直立式、多級直立式結構。

2.1 直斜式結構

樁號K0+660～K1+324、K1+364～K2+158 采用直斜式斷面。迎水側利用原有擋墻，用C25 鋼筋砼掛板對其進行加固、加高至高程108.0 m。鋼筋砼加固掛板最薄處厚度不小于300 mm，觸水面坡度0.38。根據地質勘察成果，堤基主要為含泥礫中粗砂，堤基天然承載力滿足要求；早前滲漏量較大，地下水倒灌，造成堤后農田受淹，2014 年經過灌漿處理后防滲漏滿足要求；因江水沖刷及水位下降時壓力降低帶走部分砂粒，導致部分舊擋墻基礎被掏空，故擬在擋土墻加固外延底板及新建擋墻基礎底下設置雙排C25 鋼筋砼抗滑灌注樁，樁長7.0 m，樁間距6.0 m，排距2.5 m，梅花型布置，以防止擋墻基礎被掏刷懸空而危及擋墻穩定安全。外延底板寬5.0 m，厚度800 mm，頂部與現有擋墻基礎齊平。外延底板外接500 mm 厚生態格網護腳，格網護腳下鋪設土工布以及碎石層100 mm 和粗砂層100 mm。高程108.0 m 處設置寬度2.5 m 的親水步道（樁號K0+925～K1+108 設置臺階廣場、樁號K1+838～K1+898 設置親水廣場），親水步道面鋪6 mm 厚人行道磚，下鋪100 mm 厚粗砂層，外側設置高1.1 m的花崗巖欄桿，內側設置坐凳及坡面排水溝。高程108.0 m以上土堤采用坡比1∶2.5～1∶3.0。迎水坡P=5%水位以下設置格賓護墊，厚500 mm，鋪設耕植土200 mm，以抵御河水沖刷，減少水土流失。背水坡采用坡比為1∶2.0，草皮護坡。見圖1。

2.2 多級直立式斷面設計

樁號K1+324～K1+364 采用多級直立式斷面，即在臨水側采用多級直墻。人行道外側設置C20 埋石砼擋墻，高程108.0 m處設置文化廣場，以50 mm 花崗巖和30 mm 厚水泥砂漿鋪面。為滿足親水要求，在原有擋墻外懸挑親水平臺，懸挑平臺采用C25 鋼筋砼梁板結構，并以C25 鋼筋砼柱為支撐，平臺外沿設置花崗巖護欄，高1.1 m。高程108.0 m 以下做法同直斜式斷面。背水坡采用坡比1∶2.0，草皮護坡。見圖2。

圖1 直斜式堤岸斷面圖（除高程以m 計外其余尺寸單位均以mm 計）

圖2 多級直立式堤岸斷面圖（除高程以m 計外其余尺寸單位均以mm 計）

2.3 直立式斷面設計

樁 號K0+275～K0+395、K0+495～K0+564、K0+564～K0+660采用直立式斷面。樁號K0+495～K0+564（排澇泵站出口）段，臨水側現狀直立式擋墻直達堤頂，本設計對其進行加固后作為堤頂道路邊墻，見圖3。

3 堤身滲透與邊坡穩定計算

3.1 計算斷面

根據堤身地質勘探成果，結合地形條件、堤段險情、斷面型式、堤身高度等要素，選取典型斷面進行堤身滲透與邊坡穩定計算。

圖3 直立式堤岸斷面圖（除高程以m 計外其余尺寸單位均以mm 計）

3.2 計算工況及方法

1）工況Ⅰ（穩定滲流期）：在設計洪水位下，計算土堤的浸潤線和逸出坡降，計算土堤迎水坡、背水坡的穩定安全系數。采用有效應力法計算。

2）工況Ⅱ（水位驟降期）：計算從設計洪水位降到常水位情況下迎水坡的邊坡穩定安全系數。根據歷次洪水位觀測成果，洪水降落期初定為24 h。采用有效應力法和總應力法計算，并以較小的安全系數為準。

3）工況Ⅲ（非常運用條件Ⅰ）：計算施工期迎水坡、背水坡的穩定安全系數。采用總應力法計算。

3.3 計算成果

堤防滲流分析與邊坡穩定計算采用北京理正軟件設計研究所開發的《理正巖土系列軟件5.11 版》計算。計算成果見表1。滲透計算成果見圖4～圖5。

表1 土堤穩定滲流與邊坡穩定計算成果表

圖4 準流網圖

圖5 比降計算值

3.4 滲流與邊坡穩定計算結論

根據計算結果，計算斷面在設計洪水位工況下背水坡滲流出口比降最大值小于容許滲透比降，說明堤身滲透穩定滿足要求；各計算工況下迎水坡、背水坡的抗滑穩定安全系數均大于規范允許值，說明堤身抗滑穩定安全滿足要求。因此，經過加固處理后，堤身能滿足滲流與邊坡穩定要求。

4 結論

五華縣增塘堤防進行升級改造，堤防斷面結構采用直斜式結構、直立式、多級直立式結構，選取典型斷面，通過理正軟件，對加固后的堤身不同工況條件下滲透與邊坡穩定進行計算，結果表明抗滑穩定安全系數均大于規范允許值，經過升級改造后的增塘堤邊坡穩定可靠。