袁河北堤滲流穩定分析及堤基處理設計

付 鵬

(江西省宜春市水利水電工程監理有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程概況

袁河北堤位于袁河北岸，起于袁河攔河壩下游200m，止于羅坊鎮錢家村，全長30km。圩堤保護面積27km2，耕地3.10×104畝，人口2.8×104人，保護水西鎮18個村，羅坊鎮13個村，滬瑞高速、浙贛鐵路、樟宜公路、清萍公路等公共設施的防洪安全。

袁河北堤羅坊段，起于羅坊鎮新長隴村，止于陳家河匯合口，整治范圍：袁河樁號K18+974-K34+980、支流馬洪河樁號BK0+000-BK1+430、支流湖頭水樁號HK0+000-HK0+650，總長約18.086km。袁河北岸現狀大部分無堤，僅局部有逐年填筑的低矮的小堤，沿岸高程一般為36.03-39.54m，大部分岸頂高程低于10a一遇設計洪水位39.70m-36.35m，防洪標準低，岸坡存在迎流頂沖、淘刷，汛期漫岸現象。

2 堤防工程

工程新建土堤長9.086km，現狀堤防加高培厚長0.57km，見表1。

表1 袁河北堤加固情況匯總表

3 堤身穩定分析

3.1 堤身滲流穩定分析

1)計算斷面：

根據圩堤險段險情分布地質情況，本次選取具有代表性4個斷面進行滲流穩定計算分析；此4個地質剖面樁號分別為K19+000、K21+800、K27+800、BK0+600。

2)滲透指標：

滲流計算滲透系數取值采用地質建議值。典型斷面分區的滲透系數取值見表2。

表2 堤段滲流計算各滲透分區滲透系數取值表

3)計算模型與程序說明：

根據堤身填土及歷年出險情況，選取典型斷面進行滲流計算與分析。計算模型選擇《堤防工程設計規范》中E.2.1 下游坡無排水設備或有貼坡式排水時進行滲流計算。計算工況為臨水側設計洪水位，計算程序采用有限元分析軟件進行建模分析計算。

4)計算成果：

為分析比較堤身與堤基加固效果，對各計算斷面均進行了加固前和加固后的滲流計算。各計算斷面的滲流等勢線及浸潤線圖詳見圖1-圖4，滲流計算主要成果見表3。

圖1 樁號K19+000 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位：39.69m)

圖2 樁號K21+800 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位：39.16m)

圖3 樁號K27+800 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位：37.36m)

圖4 樁號BK0+600 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位：38.34m)

表3 堤身最大滲透坡降Jmax計算成果表

5)計算成果分析：

根據地質資料，現狀堤身黏土允許滲透坡降為0.35，新筑堤身填土滲透系數1×10-4cm/s，堤身背水坡滲流出逸比降計算結果詳見表3。

計算結果表明，現狀堤身斷面滲透穩定不滿足要求，當堤身加高培厚后計算出的滲透坡降小于允許滲透坡降，堤身滲透穩定可滿足滲透要求[1-2]。

3.2 堤身抗滑穩定計算

3.2.1 計算斷面與計算參數

堤坡穩定計算斷面選取同滲流計算。各(巖)土層計算參數主要依據本階段進行的鉆孔勘察質檢及室內土工試驗成果選取，設計采用地質建議值，有效應力指標根據總應力指標進行適當調整。堤坡穩定計算主要物理力學指標見表4。

表4 堤段及臨袁河堤坡穩定計算參數表

本次設計堤坡穩定計算選取相應滲流計算斷面，各斷面穩定參數值具體詳見表3。

計算工況為：

1)設計水位下背水側堤坡的穩定(穩定滲流期)，外河水位取P=10%的設計洪水位，堤內水位取內堤腳高程或堤腳池塘最高水位；

2)設計洪水位降至堤腳時，迎水側堤坡的穩定(非穩定滲流期)。

各典型斷面堤坡穩定計算成果見表6。

表6 堤坡抗滑穩定計算成果表

3.2.2 計算方法和計算工況

堤坡靜力穩定計算按剛體極限平衡理論采用瑞典圓弧法計算。穩定滲流期堤坡抗滑穩定計算抗剪強度指標采用有效應力指標，非穩定滲流期堤坡抗滑穩定計算抗剪強度指標采用總應力指標。堤坡抗滑穩定安全系數正常運用條件下取1.10，非常運用條件下取1.05。

1)計算方法：

根據《堤防工程設計規范》，堤防整體抗滑穩定計算采用瑞典圓弧滑動法。土堤堤坡穩定計算方法由于對土體抗剪強度計算方法的不同，分為總應力法和有效應力法。穩定滲流期采用有效應力法，施工期采用總應力法，外水位驟降期采用有效應力法或總應力法，并以較小值為準。

本次設計主要是對現有圩堤加高培厚，現狀堤防加高培厚圩堤計算外河設計洪水位及驟降水位，穩定滲流期內坡的滑動穩定。靜力穩定分析采用剛體極限平衡法，按均質土壩簡化計算，計算程序采用有限元分析軟件模擬計算。根據堤身地質斷面，選取堤身高度大，地質條件差的斷面進行計算[3-4]。

2)計算工況：

堤坡抗滑穩定分析計算在滲流計算成果的基礎上進行。根據《堤防工程設計規范》，結合本工程實際情況，堤坡穩定計算考慮以下三種計算內容：

表5 堤坡抗混穩定計算內容表

3)計算成果及分析：

計算結果表明堤身抗滑穩定安全系數均>規范規定允許安全系數，抗滑穩定滿足要求，計算成果見表6。

由表6可知，經計算，各工況下，加固后該斷面迎、背水坡抗滑穩定安全系數均>1.10，滿足規范要求。

4 堤基滲流穩定分析及處理

4.1 概述

堤基表層腐植土、雜填土和建筑垃圾均應清除，對位于堤基范圍內的房基、坑塘、洞穴、構筑物等隱患均要清除，清除堤基淤泥，不良堤基清除后及堤基開挖后，必須壓實方可填筑土堤。

堤基土為第四系全新統沖積層，堤基地質結構類型主要為雙層結構Ⅱ1 亞類及Ⅱ2 亞類。堤基主要為工程地質條件較好(B)及工程地質條件較差(C)二種工程地質類別。

針對堤基滲流險情，根據地形地質條件，結合江西省類似圩堤堤基防滲治理經驗，主要采用填塘固基(水平壓蓋)的處理措施，根據地質勘察資料、險情情況和堤基滲流計算結果，需填塘堤段長0.976km，對堤后30m 范圍的塘填平至地面高程。共需填塘固基土方4.92×104m3。

樁號K33+100-K33+750 段靠河岸灘地上有歷年來村民自建的低矮的小堤，該段低矮小堤并不能達到防洪要求，且現狀堤內側靠近村莊段有防洪路堤保護村莊；考慮到對行洪安全的影響，本次設計對該段低矮小堤進行清障平整處理，開挖土方堆填到該處堤后的低洼地，土方清障量為3.0×104m3。

4.2 堤基滲流穩定分析

根據地質橫剖面和縱斷面資料，選擇堤基基礎較差的典型斷面樁號K27+800進行計算。計算參數見表7。計算結果見表8。

表7 堤防土層滲流計算參數表

表8 堤防土層最大滲透坡降Jmax計算成果表

計算結果表明，在填塘之前，樁號K27+800 斷面Jmax>J 允下限值，堤基滲透穩定均不滿足防滲要求，當堤基采用堤后壓浸時，堤基滲透穩定滿足要求。根據地質資料，現狀堤基黏(壤)土允許滲透坡降為0.35。

4.3 填塘設計

參照其它堤防工程填塘實踐經驗，結合工程管理范圍和滲流計算成果，設計填塘將堤內距堤腳30m 以內的取土坑、水塘填平至原地面高程。對出現堤基滲流險情的堤段，填塘所用土料采用開挖利用料。

5 結 語

文章通過選取典型斷面，對袁河北堤進行堤身、堤基滲流穩定計算分析，計算結果表明，加固前，堤身、堤基滲流穩定均不滿足要求。經過對堤身加高培厚以及堤基采取填塘固基的處理措施后，堤身、堤基滲流穩定計算均滿足相關規范要求，防滲效果較好，且投資相對較低，說明本工程設計方案合理。