江西赤田港堤穩(wěn)定分析及除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)

施佳敏，叢 野

（江西省贛西土木工程勘測(cè)設(shè)計(jì)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(jīng)過多年加固建設(shè)，工程面貌得到改觀，防洪能力有一定提高，但現(xiàn)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(yán)重。為確保保護(hù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)和重要設(shè)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(shí)施高沙堤除險(xiǎn)加固工程是非常必要的。本文結(jié)合赤田港堤實(shí)際情況對(duì)其防護(hù)堤展開設(shè)計(jì)分析。

1 工程概況

奉新縣赤田港堤地處奉新縣宋埠鎮(zhèn)境內(nèi)，位于潦河右岸及支流石鼻河下游左岸，圩堤起于宋埠鎮(zhèn)堂莊村崗前老屋，止于宋埠鎮(zhèn)中保村車頭，全長(zhǎng)7.27 km。圩堤防護(hù)面積7.25 km2，保護(hù)耕地1.05萬畝，保護(hù)人口1.45萬人，保護(hù)宋埠鎮(zhèn)的堂莊、天寶和中保等3個(gè)村、S40高速公路、S226省道、X063鄉(xiāng)道的防洪安全。

隨著時(shí)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(yán)重；長(zhǎng)期以來，防護(hù)區(qū)內(nèi)受洪水影響，洪澇災(zāi)害頻發(fā)，給當(dāng)?shù)厝嗣裆顜碓S多困難、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大損失，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)貒?guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的進(jìn)一步提高。

2 加固前堤身穩(wěn)定分析

2.1 加固前堤身滲流穩(wěn)定分析

赤田港堤現(xiàn)狀主要險(xiǎn)段均無任何滲流觀測(cè)資料，本次滲流安全分析以地質(zhì)勘探成果和運(yùn)行管理中出現(xiàn)的問題為基礎(chǔ)，結(jié)合施工回憶等有關(guān)資料，采用有限單元法進(jìn)行滲流安全分析評(píng)價(jià)[1]。

2.1.1 計(jì)算斷面確定

根據(jù)赤田港堤險(xiǎn)段地質(zhì)剖面圖中堤身堤基的地質(zhì)情況，本次滲流計(jì)算選取樁號(hào):堂1+326、2+613作為典型斷面進(jìn)行分析。

2.1.2 滲透指標(biāo)確定

本次計(jì)算斷面滲流分析以近期室內(nèi)外土工試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，綜合施工回憶及運(yùn)行期出現(xiàn)的問題后確定。斷面分區(qū)的滲流系數(shù)是綜合考慮本次地質(zhì)勘察資料的室內(nèi)外土工試驗(yàn)成果，采用地勘建議值。典型斷面分區(qū)的滲透系數(shù)取值見表1。

表1 加固前各典型斷面滲透分區(qū)表

2.1.3 允許坡降

1）堤坡出逸點(diǎn)允許滲透坡降

堤坡出逸坡降臨界值按下式計(jì)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(nèi)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(shù)，Kc=3.5。

計(jì)算可得，壤土為主的填筑土堤坡出逸點(diǎn)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(jù)地勘資料，堤基壤土J允=0.40，細(xì)砂J允=0.10，中粗砂J允=0.12。

2.1.4 穩(wěn)定滲流復(fù)核計(jì)算

根據(jù)規(guī)范《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）結(jié)合本工程實(shí)際情況，滲流分析計(jì)算考慮迎水側(cè)設(shè)計(jì)洪水與背水側(cè)相應(yīng)水位組合情況。按上述工況組合進(jìn)行計(jì)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(wěn)定滲流期滲流計(jì)算成果表

2.1.5 程序說明

本次滲流計(jì)算分析采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所編制的土石壩二維滲流計(jì)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(jìn)平方根法直接求解線性代數(shù)方程組。

2.1.6 滲流計(jì)算結(jié)果分析

1）整體安全性分析

根據(jù)典型斷面有限元法計(jì)算分析，穩(wěn)定滲流期滲流性態(tài)符合均質(zhì)堤防滲流場(chǎng)分布規(guī)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(shè)計(jì)洪水期的穩(wěn)定滲流期，樁號(hào)：堂1+326堤基為細(xì)砂，樁號(hào)：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(xiàng)目實(shí)施，經(jīng)計(jì)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(xiàng)目不再需要采取措施防止堤基破壞。

2.2 加固前堤坡穩(wěn)定分析

本次設(shè)計(jì)堤坡穩(wěn)定計(jì)算選取2個(gè)典型斷面，與滲流計(jì)算相同，各斷面穩(wěn)定參數(shù)采用近期地勘試驗(yàn)成果值具體見表3。

兩種工況計(jì)算方法采用北京理正軟件研究所開發(fā)的巖土工程系列軟件進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法。各典型斷面堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果見表4。

表3 加固前各典型斷面穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)指標(biāo)表

表4 加固前各典型斷面堤坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）規(guī)定，正常運(yùn)用條件下5級(jí)堤防抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc≥1.20，由表5可知，迎水側(cè)、背水側(cè)堤坡安全系數(shù)均大于1.20，滿足規(guī)范抗滑穩(wěn)定要求。

由于本工程堤身僅在小范圍進(jìn)行培厚，同時(shí)結(jié)合堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果，現(xiàn)狀堤防已滿足抗滑穩(wěn)定要求，故加固后不再需要進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

3 防洪堤加固方案

現(xiàn)狀防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)均高于10年一遇水位，加固后堤頂高程基本維持現(xiàn)狀堤頂高程，堤頂寬2.6 m～5.7 m，堤防邊坡較陡本次設(shè)計(jì)擬對(duì)樁號(hào):堂 0+000～4+955（4955 m）、5+580～7+270（1690 m），總長(zhǎng)6645 m，進(jìn)行堤身達(dá)標(biāo)、加固培厚處理。

3.1 堤身設(shè)計(jì)斷面擬定

根據(jù)圩堤現(xiàn)狀、設(shè)計(jì)導(dǎo)則，本次設(shè)計(jì)堤線基本維持現(xiàn)狀，土堤標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)狀堤頂基本相同，且不低于所在河段設(shè)計(jì)洪水位加1.2 m。

對(duì)于現(xiàn)狀堤頂寬度大于上述設(shè)計(jì)值的、高度大于設(shè)計(jì)值的，基本維持原堤寬、堤高不變，對(duì)于坡度不陡于設(shè)計(jì)值的，基本維持原坡度不變。應(yīng)挖除深根系灌喬木，凹凸部位整坡處理。

3.2 溝渠設(shè)計(jì)

赤田港堤現(xiàn)有堤腳溝渠由灌溉溝渠及排澇溝渠組成，對(duì)堤防保護(hù)區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有較大影響。堤腳部分溝渠已為砼襯砌，部分土質(zhì)溝渠坍塌嚴(yán)重，局部已阻塞。本次加固以“保護(hù)堤身安全，保證灌溉用水渠道暢通”為原則，對(duì)樁號(hào):堂1+625～1+877（長(zhǎng) 252 m）、2+259～2+477（長(zhǎng) 218 m）、2+712～2+812（長(zhǎng) 100 m），總長(zhǎng)570 m。溝渠均采用U型槽襯護(hù)，結(jié)構(gòu)形式UD100型。

4 結(jié)語

赤田港堤除險(xiǎn)加固工程的實(shí)施，可使防洪堤能夠防御10年一遇（P=10%）的洪水標(biāo)準(zhǔn)。不僅可以保護(hù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行和鎮(zhèn)郊農(nóng)作物豐收，以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，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(duì)維護(hù)保護(hù)區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)平衡，加速鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，保護(hù)區(qū)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。