堤防加固工程滲流穩定和堤坡穩定計算與措施

閆 磊

（駐馬店市練江河水務中心）

1 工程概況

堤防工程建于20 世紀50 年代，設計堤頂高程67.00 m，堤頂寬度3～4 m。1963年大汛時人為扒口，目前已遭破壞，大部分堤身已被夷為平地，僅靠近河道右堤部分留有痕跡。堤防工程處于東亞溫帶季風氣候區，冬季為極地大陸氣團所控制，多西北風，干冷少雨；夏季因太平洋副熱帶高壓加強北上，盛行偏南風。

2 堤防加固工程計算

2.1 滲流穩定計算

根據《堤防設計規范》，滲流穩定應進行以下判斷及計算：土的滲流變形類型，堤身及堤基土體的滲流穩定；進行堤防背水側滲流出逸段滲流穩定。

根據河道右堤堤基地質勘察資料，在12.00 m的鉆探深度內，均為第四紀沖積地層（Q4al），分布較穩定，自上而下分別為：②黃色重粉質壤土（Q4al）該層平均厚度4.10 m，滲透系數平均值為1.85×10-5cm/s，屬弱透水；該單元不固結不排水剪粘聚力可采用16 kPa，摩擦角可采用20°；③黃色重粉質壤土（Q4al）該層平均厚度3.00 m，滲透系數平均值為7.50 ×10-6cm/s，屬弱透水；④黃色細砂（Q4al）該層平均厚度1.30 m，滲透系數可采用5.0×10-3cm/s，為中等透水性。地基中②及③均為弱透水地基，④為中等透水性。兩層的滲透系數之比＞100 應按均質土堤在雙層地基上進行滲流計算。

無限長雙層地基公式如下。

CD段：

BC段：

式（1）（2）（3）中：h－弱透水底板承壓水頭（m）；A－越流系數；k1－弱透水地層滲透系數（cm/s）；k0－強透水地層滲透系數（cm/s）；T0－強透水地層厚度（m）；T1－弱透水地層厚度（m）。

滲流計算選取參數詳見表1，計算結果詳見表2。

根據《水利水電工程地質勘察規范》可知，堤基土有可能發生流土滲透變形，其流土型滲透變形的臨界水力比降所要采用計算公式如下：

式中: Jcr —土的臨界水力比降；Gs —土的比重；n —土的孔隙率（%）。

根據土工試驗資料可以知道：第⑵單元Gs 為2.73，n 為40.44%堤基土允許水力比降為：J允許=Jcr/m （5）

表1 滲流計算參數表

表2 堤身滲流穩定計算成果表

式中: J允許—堤基土允許水力比降；m—安全系數，取2.00。

將Jcr、m 值代入式中求得第⑵單元粉質粘土J允許=0.51。計算結果表明：堤后靠近堤腳處滲透坡降最大，但仍小于堤基土允許水力比降，滿足滲流穩定要求，不需要進行地基處理。

2.2 堤坡穩定計算

由于堤防較長，堤防邊坡穩定計算選取堤身較高的堤段作為典型斷面進行計算。根據地質勘探報告，右堤堤身土體主要為就地取材人工填土重粉質壤土（Q4al），堤基為第⑵單元重粉質壤土（Q4al）。申店隔堤堤基為第⑵單元重粉質壤土（Q4al）。

各土層物理力學指標詳見表3。根據《堤防工程設計規范》，采用瑞典圓弧滑動法進行計算，分為正常工況和非常工況。

2.2.1 正常工況

根據河道行洪特點及蓄滯洪區運用情況，河道在行洪時基本不存在驟降情況，且當蓄滯洪區啟用時，水位較高，一般滯蓄洪水時間均在15 d以上，基本能夠形成穩定滲流，當蓄滯洪區退洪時，一般退水時間均在10-15 d 左右，基本不存在水位驟降，不再對該工況進行計算。計算設計水位下穩定滲流期的背水坡堤坡。即：衛河右堤設計行洪水位時背水側堤坡。申店隔堤設計滯洪水位時穩定滲流期背水側堤坡。

2.2.2 非常工況

非常工況復核施工期的臨水側、背水側堤坡。由于土體抗剪強度計算方法的不同導致土堤堤坡穩定計算方法也有不同，有總應力法和有效應力法二種計算方法。

2.1.2.1 總應力法

施工期抗滑穩定安全系數可按下式計算：

式中：b－條塊寬度（m）；W－條塊重力（kN）；β－條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角(度)；φμ－土的抗剪強度指標。

2.1.2.2 有效應力法

穩定滲流期抗滑穩定安全系數可按下式計算：

式中：W1－在堤坡外水位以上的條塊重力（kN）；W2－在堤坡外水位以下的條塊重力（kN）；Z－堤坡外水位高于條塊底面中點的距離(m)；u－穩定滲流期堤身或堤基中的孔隙壓力(kPa)；β－條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角(度)；φ，、c，、φμ、cμ－土的抗剪強度指標。計算成果見表3。

表3 堤防堤坡穩定計算成果表

以上結果可以看出，各堤防斷面迎水坡和背水坡的安全系數，均大于規范規定的抗滑穩定安全系數，滿足穩定要求。

3 堤防加固工程措施

結合堤防兩岸道路情況布設上下堤路口8 處。隔堤穿路段設置上下堤坡道。為防止上下堤坡道損壞堤身及堤頂道路，結合防汛管理，考慮原道路情況，對上下堤坡道硬化為混凝土路面，路面縱坡≤10%。上下堤坡道路基層采用15 cm 厚石灰穩定土，面層采用20 cm厚C25混凝土，路面寬3.50 m。

對于護坡形式選擇要堅持因地制宜的原則，對防洪標準高及對景觀要求較高的河段可采用雷諾墊、混凝土格柵網等生態護坡；對防洪要求低、洪水量、流速等較小地段可采用經濟性較好的草皮護坡。總之要做到既經濟與實用，又要美觀，相統一。

4 結語

總而言之，在水利工程項目中，要對堤防加固工程予以重視，在堅持安全性、整體性以及因地制宜的原則上，提升施工質量。文章根據工程概況，工期、施工難度、造價等方面，進行技術經濟比較，綜合分析后選定堤防加固方案，做到理論結合實際，在實際施工時還需要根據各地段特點進行調節，設計和施工單位應緊密協調，做到靈活應對。堤防加固工程建成后，對治理河段人民生命和財產安全、改善當地生態環境以及地區經濟發展都將起到重要作用。