堤圍加固工程設(shè)計(jì)
——以江門市為例

任洪強(qiáng)

(廣州市杏韻工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510080)

1 工程概述

本工程位于臺(tái)山市西北部與開平市西南部行政交界的滘堤洲，屬于兩市共同管轄范圍。目前，該地塊由恒大集團(tuán)進(jìn)行房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)，本次治理工程加固堤防總長度1.837 km。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)及《廣東省江門市流域綜合規(guī)劃修編報(bào)告(2005—2030)》，江門恒大悅瓏灣府堤圍屬3級(jí)堤防，堤防設(shè)計(jì)防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇。

該段堤圍當(dāng)前最主要的安全問題是：堤基上大多是淤泥質(zhì)粉細(xì)砂和中砂，長期受河水沖刷，砂粒被河水沖走，岸坡失穩(wěn)，使得堤基抗?jié)B穩(wěn)定性能差，已出現(xiàn)滲透變形的現(xiàn)象；堤岸沒有進(jìn)行襯砌，長期受到流水的沖刷，已變得十分脆弱；堤體是砂堤，抗險(xiǎn)性能低、抗?jié)B和抗沖刷性差；沿潭江靠祥龍南路一側(cè)大部分為灘地，沿線灘涂多為農(nóng)民圍墾種植，侵占堤線，已嚴(yán)重影響了該地塊的開發(fā)建設(shè)；北側(cè)沿鎮(zhèn)海水方向有現(xiàn)狀舊土堤，堤身單薄低矮、堤頂寬度較窄、部分堤段坍塌，存在較大安全隱患。為了保障圍內(nèi)的防洪安全，保證該地塊的開發(fā)建設(shè)進(jìn)度，急需對(duì)該段堤岸進(jìn)行加固整治。

2 堤圍加固工程的設(shè)計(jì)

2.1 堤圍斷面設(shè)計(jì)

(1)樁號(hào)0+000～0+296段堤防，采用U型混凝土板樁護(hù)岸。板樁設(shè)計(jì)長度12.0 m，樁頂設(shè)0.8 m×0.6 m的C25混凝土冠梁，冠梁上設(shè)0.5 m 高C25混凝土防浪墻，板樁臨水側(cè)設(shè)拋石護(hù)腳厚0.6 m；堤頂鋪筑瀝青防汛路面，寬度3.5 m，堤頂高程比設(shè)計(jì)水位高出0.5 m；背水坡坡比為1∶2～1∶3，采用草皮護(hù)坡。

(2)樁號(hào)0+304～1+330及1+361～1+837段堤防，采用生態(tài)砌塊擋墻+植被護(hù)坡復(fù)合形式護(hù)岸。臨水側(cè)擋墻采用生態(tài)砌塊結(jié)構(gòu)，墻高2 m，墻后設(shè)透水磚人行道，高程為3.00 m，墻下設(shè)0.5 m 厚干砌石護(hù)腳；堤身采用黏土回填夯實(shí)，臨水坡、背水坡坡度均為1∶3，堤頂鋪筑瀝青防汛路面，寬度3.5 m；坡面采用水保植生毯護(hù)坡；背水坡4.50 m高程處設(shè)休閑道，寬度2.5 m，路面鋪裝透水磚。生態(tài)砌塊擋墻基礎(chǔ)采用φ500水泥攪拌樁復(fù)合地基，攪拌樁設(shè)計(jì)樁長為7 m，樁間距為1 m×1 m。

(3)樁號(hào)1+350處，堤圍與祥龍南路相交。祥龍南路為現(xiàn)狀出入滘堤洲的重要交通道路，為使道路兩側(cè)堤圍連接閉合形成封閉的防洪體系，但又不影響祥龍南路的正常交通運(yùn)行，本次工程計(jì)劃建設(shè)旱閘一座。汛期來臨，通過關(guān)閉旱閘的臨時(shí)閘門，起到防洪作用；汛期過后，卸閘門放車通行[1]。

2.2 堤身穩(wěn)定分析

2.2.1堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算

(1)計(jì)算工況。堤防屬江堤，依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)和本工程地質(zhì)條件，滲流計(jì)算工況：臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為相應(yīng)水位。

(2)計(jì)算方法和成果

土層的滲透系數(shù)見表1。

表1 巖土層滲透系數(shù)和允許水力比降

按洪水期能形成穩(wěn)定滲流計(jì)算。本次計(jì)算采用有限元法，用河海大學(xué)編autobank滲流穩(wěn)定計(jì)算程序計(jì)算。計(jì)算成果見圖1、圖2。由圖中可見，浸潤線從堤身填土逸出，出逸比降分別為0.32、0.21，小于允許坡降0.60，滲流穩(wěn)定計(jì)算滿足規(guī)范要求。

圖1 0+700斷面滲流計(jì)算成果

圖2 1+830斷面滲流計(jì)算成果

(3)堤基防滲長度計(jì)算

計(jì)算公式如式(1)：

L=△H/[J]

(1)

式中：L為堤基防滲長度，m；△H為上下游水位差，m；[J]為地基土的允許滲透比降。

計(jì)算選取最不利斷面樁號(hào)1+830斷面水位，△H為2.56 m，地基土為淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，由地質(zhì)勘察報(bào)告可得該土層[J]=0.25。經(jīng)計(jì)算，理論滲徑長度為10.24 m，該斷面實(shí)際滲徑長度為26.06 m，滿足要求[2-3]。

2.2.2 混凝土板樁護(hù)岸整體穩(wěn)定計(jì)算

針對(duì)0+000～0+296段堤防采用混凝土板樁護(hù)岸形式，本次計(jì)算按連續(xù)墻結(jié)構(gòu)復(fù)核護(hù)岸整體穩(wěn)定。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120—2012)，采用理正深基坑7.0軟件進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，擋土結(jié)構(gòu)采用彈性支點(diǎn)法進(jìn)行分析。

(1)計(jì)算工況。邊坡穩(wěn)定計(jì)算按以下2種工況考慮:①施工期的臨水側(cè)堤坡；②水位降落期臨水側(cè)堤坡。以上第①種工況屬于非常情況，第②種工況屬于正常情況。

經(jīng)計(jì)算，支擋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范的要求。計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 計(jì)算工況及水位組合

(2)混凝土板樁護(hù)岸計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，支擋結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范的要求。計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 混凝土板樁護(hù)岸計(jì)算成果表

2.2.3 生態(tài)砌塊擋墻穩(wěn)定計(jì)算

(1)計(jì)算公式。根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 379—2007)計(jì)算。

(2)計(jì)算斷面。護(hù)岸加固擋墻為生態(tài)砌塊擋土墻，墻高2.0 m，計(jì)算斷面見圖3。

圖3 生態(tài)砌塊擋墻計(jì)算斷面圖(單位:mm)

(3)計(jì)算參數(shù)。擋墻墻后素填土指標(biāo)：天然容重19 kN/m3,黏聚力c=10 kPa，內(nèi)摩擦角Φ=35°。土壓力采用庫倫公式計(jì)算，計(jì)算時(shí)強(qiáng)度指標(biāo)等值內(nèi)摩擦角φD將黏聚力c包括進(jìn)去，依據(jù)規(guī)范GB 50289—2013公式D.1.2-15計(jì)算。

各參數(shù)值見表4。

表4 擋土墻計(jì)算參數(shù)表

(4)計(jì)算工況。根據(jù)規(guī)范GB 50286—2013、規(guī)范SL 379—2007的荷載組合規(guī)定，結(jié)合該堤防可能遇見的水位，本工程擋土墻按以下幾種工況計(jì)算：

完建期：墻前墻后無水，屬基本組合。

河道正常蓄水期：墻前水位為正常蓄水位，墻后水位考慮降雨及滲流滯后的影響加0.5 m水位差，屬基本組合。

施工期：墻前墻后無水，墻后填土面考慮10 kPa 均布施工荷載，屬特殊組合。

(5)計(jì)算結(jié)果及分析。本工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，屬3級(jí)堤防，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。護(hù)岸擋土墻屬于主要建筑物。采用理正擋土墻軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表5。從表中計(jì)算結(jié)果看，各擋土墻地基承載力、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表5 擋土墻計(jì)算成果表

2.2.4 堤圍抗滑穩(wěn)定計(jì)算

選用《土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)HH-Slope》(河海大學(xué)工程力學(xué)研究所)R1.3版本軟件作為計(jì)算工具，此計(jì)算程序能較好地按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行土堤邊坡的穩(wěn)定分析。根據(jù)規(guī)范要求，采用瑞典圓弧法計(jì)算時(shí)，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于表6規(guī)定的數(shù)值。

表6 堤坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)

注：工程等級(jí)為3等。

(1)抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況。根據(jù)規(guī)范GB 50286—2013的規(guī)定要求，結(jié)合堤防滲流計(jì)算成果及實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的不利情況，擬定下列幾種工況進(jìn)行抗滑穩(wěn)定復(fù)核。

正常運(yùn)用條件：

工況一：外江為設(shè)計(jì)洪水位(P=2%)，背水側(cè)水位按坡腳高程，計(jì)算運(yùn)行期的背水坡。

工況二：外江為設(shè)計(jì)洪水位(P=2%)降至平均低潮位，背水側(cè)水位按坡腳高程，計(jì)算水位降落期的迎水坡。

非常運(yùn)用條件：

工況三：外江為平均低潮位，背水側(cè)水位按坡腳高程，計(jì)算施工期的迎水坡。

(2)抗滑穩(wěn)定地質(zhì)參數(shù)選取。根據(jù)地質(zhì)勘察成果《江門恒大悅瓏灣花園項(xiàng)目堤圍勘察工程巖土工程初步設(shè)計(jì)階段勘察報(bào)告》及相關(guān)圖紙，不足部分采用經(jīng)驗(yàn)值，各工況抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用的主要物理力學(xué)指標(biāo)參考表7。本次抗滑穩(wěn)定復(fù)核偏安全考慮，未采用攪拌樁處理后的土層參數(shù)。

表7 抗滑穩(wěn)定土層物理力學(xué)參數(shù)采用值

(3)計(jì)算結(jié)果及分析。考慮到堤防上防汛車輛的通行，在堤防上加10 kPa的均布荷載。本次抗滑穩(wěn)定復(fù)核偏安全考慮，未采用攪拌樁處理后的土層參數(shù)。計(jì)算采用河海大學(xué)編制的“土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)”進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法，計(jì)算結(jié)果見表8。

表8 堤圍邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

3 生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)

為了減少工程對(duì)環(huán)境的影響，保證水生生態(tài)環(huán)境不遭到破壞，維護(hù)水生生物的多樣性和生物鏈，可在堤防坡岸上采用水保植生毯護(hù)坡。如在樁號(hào)0+304～1+330及1+361～1+837段堤防的坡面上鋪設(shè)水保植生毯，這種水保植生毯可以使用附帶的種子、肥料、土壤改良劑來降解生態(tài)布，通過降雨等的水分讓種子和肥料緊貼地表，以防止種子的移動(dòng)、流失。此外，還可在在原地進(jìn)行植被重建，堤坡上以及周邊進(jìn)行植被建設(shè)，增加綠地面積，使綠化均衡，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。

4 排水涵的加固設(shè)計(jì)

在堤圍樁號(hào)0+300處有一鋼筋混凝土排水涵，主要排公路內(nèi)側(cè)地塊來水，現(xiàn)狀排水涵為單孔方涵，尺寸4.6 m寬×3.0 m高，排水涵出口上方有一現(xiàn)狀市政供水管道跨越，供水管道直徑為DN600鋼管。但由于本次堤圍工程建設(shè)需要建成閉合的防洪體系，現(xiàn)狀排水涵擋水高度不足，不能與新建的堤圍連成連續(xù)的擋水工程。故本次加固設(shè)計(jì)方案是對(duì)現(xiàn)狀排水涵進(jìn)行續(xù)建延長。

根據(jù)排水涵的現(xiàn)狀，主要對(duì)在位于堤圍樁號(hào)0+300出口處進(jìn)行續(xù)建。排水涵洞口尺寸4.6 m寬×3.0 m高。涵洞出口設(shè)自動(dòng)啟閉拍門，外江水位比內(nèi)涌水位高時(shí)關(guān)門擋水，低時(shí)則開門排水。涵洞為1孔，涵洞單孔尺寸取4.6 m×3.0 m。涵洞洞身采用C25鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，采用松木樁復(fù)合地基。涵洞底板、頂板、邊墩厚度為0.5 m。涵洞進(jìn)口設(shè)5.0 m長八字墻，八字墻為C20混凝土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，出口接5.0 m長消力池，池深0.3 m，消力池外增設(shè)干砌石護(hù)底厚0.6 m。

5 結(jié) 論

本工程通過對(duì)滘堤洲現(xiàn)狀堤圍進(jìn)行加固整治，不僅提高了堤防的防洪能力和保證圍內(nèi)排澇能力，也保證恒大悅瓏灣府的開發(fā)建設(shè)進(jìn)度；同時(shí)U型板樁護(hù)岸及生態(tài)砌塊擋墻的建設(shè)降低了堤圍崩岸風(fēng)險(xiǎn)，提高堤圍的抗沖刷能力；生態(tài)砌塊擋墻及植生毯的建設(shè)，不僅在工程措施上提高了堤圍的抗沖刷能力，也改善河道沿岸的生態(tài)環(huán)境，為水生動(dòng)植物營造了適宜的生存空間，符合水生態(tài)建設(shè)理念。因此，本工程的建設(shè)，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生命財(cái)產(chǎn)安全、生態(tài)文明建設(shè)起到關(guān)鍵的作用。