江西赤田港堤穩定分析及除險加固方案設計

施佳敏，叢 野

（江西省贛西土木工程勘測設計院，江西 宜春 336000）

赤田港堤自建成以來，遭受了多次洪水襲擊，經過多年加固建設，工程面貌得到改觀，防洪能力有一定提高，但現有堤防單薄，堤身變形沉陷，大部分堤腳緊貼河岸，河岸沖刷、塌岸嚴重。為確保保護區人民生命財產和重要設施的安全，盡快完善防洪治澇工程體系，提高抗洪及排澇能力，盡快實施高沙堤除險加固工程是非常必要的。本文結合赤田港堤實際情況對其防護堤展開設計分析。

1 工程概況

奉新縣赤田港堤地處奉新縣宋埠鎮境內，位于潦河右岸及支流石鼻河下游左岸，圩堤起于宋埠鎮堂莊村崗前老屋，止于宋埠鎮中保村車頭，全長7.27 km。圩堤防護面積7.25 km2，保護耕地1.05萬畝，保護人口1.45萬人，保護宋埠鎮的堂莊、天寶和中保等3個村、S40高速公路、S226省道、X063鄉道的防洪安全。

隨著時間的推移，圩堤局部堤身邊坡陡，堤身變形沉陷，河岸沖刷、塌岸嚴重；長期以來，防護區內受洪水影響，洪澇災害頻發，給當地人民生活帶來許多困難、工農業生產帶來較大損失，嚴重制約著當地國民經濟的發展和人民生活水平的進一步提高。

2 加固前堤身穩定分析

2.1 加固前堤身滲流穩定分析

赤田港堤現狀主要險段均無任何滲流觀測資料，本次滲流安全分析以地質勘探成果和運行管理中出現的問題為基礎，結合施工回憶等有關資料，采用有限單元法進行滲流安全分析評價[1]。

2.1.1 計算斷面確定

根據赤田港堤險段地質剖面圖中堤身堤基的地質情況，本次滲流計算選取樁號:堂1+326、2+613作為典型斷面進行分析。

2.1.2 滲透指標確定

本次計算斷面滲流分析以近期室內外土工試驗成果為基礎，綜合施工回憶及運行期出現的問題后確定。斷面分區的滲流系數是綜合考慮本次地質勘察資料的室內外土工試驗成果，采用地勘建議值。典型斷面分區的滲透系數取值見表1。

表1 加固前各典型斷面滲透分區表

2.1.3 允許坡降

1）堤坡出逸點允許滲透坡降

堤坡出逸坡降臨界值按下式計算:

式中：Jc為堤坡出逸臨界滲透坡降；γ1'為土料浮容重，kN/m3；γ為水容重，10 kN/m3；φ為土料內摩擦角；β為下游堤坡坡角；C為土料凝聚力；Kc為安全折減系數，Kc=3.5。

計算可得，壤土為主的填筑土堤坡出逸點允許滲透坡降J允＝0.43。

2）堤基覆蓋層水平允許滲透坡降

根據地勘資料，堤基壤土J允=0.40，細砂J允=0.10，中粗砂J允=0.12。

2.1.4 穩定滲流復核計算

根據規范《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）結合本工程實際情況，滲流分析計算考慮迎水側設計洪水與背水側相應水位組合情況。按上述工況組合進行計算，各典型斷面滲透坡降值及單寬流量值見表2。

表2 加固前各典型斷面穩定滲流期滲流計算成果表

2.1.5 程序說明

本次滲流計算分析采用北京理正軟件設計研究所編制的土石壩二維滲流計算程序，程序的求解方法是基于三角形單元的有限元法，用改進平方根法直接求解線性代數方程組。

2.1.6 滲流計算結果分析

1）整體安全性分析

根據典型斷面有限元法計算分析，穩定滲流期滲流性態符合均質堤防滲流場分布規律，各斷面背水坡最大出逸坡降小于其允許值。

2）局部滲透分析

由表3可以看出，在設計洪水期的穩定滲流期，樁號：堂1+326堤基為細砂，樁號：堂2+613堤基為壤土，由于赤田港堤段填塘壓浸已列入其他項目實施，經計算填塘壓浸后其最大水平滲透坡降均小于其允許值，堤基不存在滲透破壞問題，故本項目不再需要采取措施防止堤基破壞。

2.2 加固前堤坡穩定分析

本次設計堤坡穩定計算選取2個典型斷面，與滲流計算相同，各斷面穩定參數采用近期地勘試驗成果值具體見表3。

兩種工況計算方法采用北京理正軟件研究所開發的巖土工程系列軟件進行計算。計算采用簡化畢肖普法。各典型斷面堤坡穩定計算成果見表4。

表3 加固前各典型斷面穩定計算參數指標表

表4 加固前各典型斷面堤坡穩定計算成果表

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）規定，正常運用條件下5級堤防抗滑穩定系數Kc≥1.20，由表5可知，迎水側、背水側堤坡安全系數均大于1.20，滿足規范抗滑穩定要求。

由于本工程堤身僅在小范圍進行培厚，同時結合堤防抗滑穩定計算成果，現狀堤防已滿足抗滑穩定要求，故加固后不再需要進行抗滑穩定計算。

3 防洪堤加固方案

現狀防洪堤防洪標準均高于10年一遇水位，加固后堤頂高程基本維持現狀堤頂高程，堤頂寬2.6 m～5.7 m，堤防邊坡較陡本次設計擬對樁號:堂 0+000～4+955（4955 m）、5+580～7+270（1690 m），總長6645 m，進行堤身達標、加固培厚處理。

3.1 堤身設計斷面擬定

根據圩堤現狀、設計導則，本次設計堤線基本維持現狀，土堤標準斷面為堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比不陡于1∶2.5，背水坡坡比不陡于1∶2.0。堤頂高程與現狀堤頂基本相同，且不低于所在河段設計洪水位加1.2 m。

對于現狀堤頂寬度大于上述設計值的、高度大于設計值的，基本維持原堤寬、堤高不變，對于坡度不陡于設計值的，基本維持原坡度不變。應挖除深根系灌喬木，凹凸部位整坡處理。

3.2 溝渠設計

赤田港堤現有堤腳溝渠由灌溉溝渠及排澇溝渠組成，對堤防保護區內的農業生產有較大影響。堤腳部分溝渠已為砼襯砌，部分土質溝渠坍塌嚴重，局部已阻塞。本次加固以“保護堤身安全，保證灌溉用水渠道暢通”為原則，對樁號:堂1+625～1+877（長 252 m）、2+259～2+477（長 218 m）、2+712～2+812（長 100 m），總長570 m。溝渠均采用U型槽襯護，結構形式UD100型。

4 結語

赤田港堤除險加固工程的實施，可使防洪堤能夠防御10年一遇（P=10%）的洪水標準。不僅可以保護工農業生產的正常進行和鎮郊農作物豐收，以及鄉鎮基礎設施建設，也可以解決圩堤局部堤身邊坡陡，迎流頂沖段河岸沖刷、塌岸，穿堤建筑物破損、砼老化等問題，對維護保護區內的生態系統平衡，加速鄉鎮經濟社會發展，保護區內社會經濟發展和居民生命財產安全具有重要意義。