南城縣蘆河水黃獅渡河段土堤加固與護岸設計分析

曹新福

（南城縣株良鎮農業農村工作局,江西 南城 344703）

1 工程概況

南城縣蘆河水黃獅渡河段位于沙洲鎮,涉及新村、車田、黃獅渡、李家、后車、水合等村莊,圩區人口密集、村莊沿河而建,總人口1.57 萬人,耕地面積1.1 萬畝。南城縣蘆河水黃獅渡河段河道治理包括蘆河水、支流鄧坊水、后車水兩岸及石峽水右岸等河段,其中蘆河河段治理范圍起點位于蘆河與濟廣高速橋相交處,沿水流向下游延伸,途徑新村、車田、黃獅渡、李家等村莊,終于蘆河與后車水匯合口處,河道長度6.94 km；支流鄧坊水治理河道全4.92 km,支流后車水治理河道全長5.02 km,支流石峽水治理河段位于沙洲鎮水合村前,全長0.63 km。該河段現狀由土堤、少量擋土墻及天然河岸組成,多年來未進行統一規劃整治,僅部分段落進行過治理,其余河道仍然存在著一定問題。主要表現在：堤身低矮、防洪標準低,低于10 年一遇防洪標準,易遭受洪、澇災害；蘆河及其支流鄧坊水、后車水、石峽水部分河段由于無灘地或灘地較窄,河水直沖河岸,河岸被水流淘蝕現象嚴重,常造成崩岸、塌坡等險情。

2 土堤加固與護岸設計

2.1 土堤加固設計

根據工程現狀、險情、地形條件、防洪規劃,以保護村莊、農田、公路等建筑物為目標,蘆河左岸黃獅渡段采用土堤加高加固的方式,形成封閉防洪圈。具體設計如下：

（1）堤身斷面

南城縣蘆河水黃獅渡河段治理工程土堤段堤身均采用粘性土防滲。加固土堤設計斷面為堤頂寬3.5 m,臨水坡為1∶2.0,背水坡為1∶2.0,堤頂設厚度0.04 m 彩色瀝青路面,路基為厚度0.2 m 水泥穩定層。粘性土壓實度不小于0.91。堤頂臨水側設花崗巖欄桿。

圖1 堤身橫斷面圖

（2）堤頂高程計算

堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定,根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013,以下簡稱《規范》）,堤頂超高按以下公式計算：

波浪按《規范》附錄C 公式計算：

式中：Y為堤頂超高,m；R為設計波浪爬高,按《規范》附錄C 公式確定,m；e為設計風壅增水高度,按《規范》附錄C 公式確定,m；A為安全加高,對5 級堤防A=0.5 m；K為綜合摩阻系數,可取K=3.6×10-6； 為風向與垂直于堤線的法線的夾角,（°）；H為平均波高,m；T為平均波周期,s；L為波長,m；V為計算風速,取歷年汛期最大風速平均值的1.5 倍,本區域汛期多年平均最大風速為12.0 m/s；F為風區長度,F=55 m；d為水域的平均水深,d=2.1 m；g為重力加速度,取9.81 m/s2；KΔ為斜坡的糙率及滲透性系數,根據護面類型按表C.3.1-1 確定；Kp為爬高累計頻率換算系數,可按表C.3.1-3 確定；KΔ為經驗系數,可根據風速V、堤前水深d、重力加速度g組成的無維量,按表C.3.1-2 確定；m為斜坡坡率,m=ctga,a為斜坡坡角,（°）。

堤頂超高計算成果詳見表1。經計算結果分析,參照相關工程經驗,土堤堤頂超高設計洪水位0.5 m,堤頂設花崗巖欄桿擋水（允許越浪）,擋水頂高程超高設計洪水位0.8 m。

表1 堤頂高程計算成果表 單位：m

2.2 堤身穩定分析

（1）堤身滲流穩定分析

選取加固土堤典型斷面按臨水側設計洪水位、背水側無水工況,計算采用北京理正軟件設計研究院開發的“理正巖土工程計算分析軟件”中的“滲流分析計算”模塊[1]。具體計算參數見表2,堤身背水坡滲流出逸比降計算結果見表3。

表3 堤身最大滲透坡降Jmax 計算成果表

計算結果表明,各計算斷面Jmax＜J允,設計堤身斷面滿足堤身滲流穩定要求。

（2）堤身穩定計算

土堤穩定計算取正常情況進行,計算工況：

① 設計洪水位下的穩定滲流期背水側的穩定；

② 設計洪水位降落至枯水位時的臨水側堤坡穩定。

根據堤身土質、地質條件及堤身斷面情況,選取堤身高度大、地質條件差（堤基有粉細砂等）典型斷面進行分析計算。計算斷面各土層物理力學參數根據地質報告中提供的成果選取。

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《邊坡穩定設計軟件3.0 版》進行計算。計算采用簡化畢肖普法[2]。計算成果見表5 及附圖2～圖5,計算結果表明,堤身穩定安全系數均大于規范規定允許安全系數,滿足要求。

圖5 典型斷面背水坡穩定計算成果圖（樁號5+000）

表4 各典型斷面穩定計算參數指標表

表5 堤坡穩定計算成果表

圖2 典型斷面迎水坡穩定計算成果圖（樁號4+480）

圖3 典型斷面背水坡穩定計算成果圖（樁號4+480）

圖4 典型斷面迎水坡穩定計算成果圖（樁號5+000）

2.3 護岸設計

（1）護岸形式

對于農田保護區,主要以穩定河勢為主,對河岸進行防護,防止河岸倒塌,毀壞農田。

綜合考慮,防洪工程土堤臨水坡采用砼預制框格草皮護坡,背水坡均采用草皮護坡。設計護岸主要采用拋（干砌）石固腳和干砌塊石型式護岸；局部采用砼仿木樁固腳和生態擋墻磚防護。

1）蘆河護岸工程

主要采用拋（干砌）石固腳對河岸進行防護,固腳總長4.015 km。蘆河水樁號Z5+116 處有排洪渠, 樁號為P0+000～P0+200,排洪渠岸坡局部倒塌,排洪渠右岸修建道路與堤頂公路連接,方便當地村民出行,因此排洪渠兩岸采用生態擋墻磚防護,護岸總長0.38 km。

2）鄧坊水工程布置

主要采用干砌石護岸,以穩定河勢。其中,左岸干砌石護岸長度為3.51 km；右岸干砌石護岸長度為3.02 km。鄧坊水干砌石護岸總長6.53 km。

3）后車水工程布置

農田保護區主要采用干砌石護岸,以穩定河勢。后車村為古村落,為與當地人文環境相結合,采用生態治理方案,底部砼仿木樁固腳,岸坡整治后采用草皮護坡。后車水左岸干砌石護岸長度為3.12 km；右岸干砌石護岸長度為2.795 km。

后車村為古村落,古村落前河段采用生態治理方案,底部砼仿木樁固腳,岸坡整治后采用草皮護坡。砼仿木樁左岸長0.52 km；右岸長0.52 km。干砌石護岸總長5.915 km；砼仿木樁固腳總長1.04 km。

4）石峽水工程布置

支流石峽水治理河段位于沙洲鎮水合村右岸采用砼預制框格護坡,全長0.63 km。

表6 蘆河水黃獅渡河段治理工程土堤加固情況表

表7 蘆河水黃獅渡河段治理工程固腳護岸加固情況表

（2）拋石護岸設計

考慮抗沖、級配及石料來源等影響因素,經計算,斜坡上塊石最小粒徑d=0.13 m,平緩底坡上塊石最小粒d=0.16 m。考慮到枯水期的風浪影響和工程實際施工條件及參照我省其它堤防工程經驗,水平底坡和斜坡上拋石粒徑取不小于0.25 m～0.30 m,相應塊石重量為22 kg～38 kg[3]。

3 結語

為徹底擺脫洪澇災害的威脅,提高河道堤防防洪標準,改善原有生產生活條件,保障居民的生命財產安全,提升圩堤內人民的幸福指數,迫切需要對現有防護區堤防進行加固。通過對南城縣蘆河水黃獅渡河段進行治理,設計采用加高加固土堤,拋（干砌）石固腳、干砌塊石護岸、砼仿木樁固腳、生態擋墻磚防護等護岸方案,通過復核計算分析了堤防的穩定性,證明土堤加固和護岸設計方案合理。南城縣蘆河水黃獅渡河段加固后,有力提高了圩區內河道兩岸的防洪能力,減少了保護區的洪、澇災害,為圩區提供安定的生產環境,促進地方經濟的發展。