小青龍河堤防型式與穩定分析

宋來春，李 楨

（1.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，武漢 430000；2.四川水利職業技術學院，成都 610000）

河道堤防的型式多樣，其穩定性直接影響到河道的防洪安全。湯萬龍等[1]分別采用瑞典條分法、畢肖普法、簡布法和摩根斯坦-普萊斯法計算了堤防邊坡的穩定安全系數。李俊艷[2]針對清水河河道的特點，綜合分析比較了漿砌石重力式岸墻、斜坡式鉛絲籠石護堤、鋼筋混凝土懸臂式岸墻3種護岸型式。王緒彬等[3]針對河道防洪現狀及目前存在的問題對防洪堤設計，對不同型式河堤、護岸進行方案比選，并對防洪堤堤岸及護岸擋墻進行抗滑穩定分析計算。臧玉燚等[4]采用Autobank有限元分析軟件，對營口大遼河左岸堤防進行了穩定性計算，并對堤防穩定敏感性進行了分析。

小青龍河堤防工程是小青龍河綠地建設項目的一部分，堤線布置在滿足行洪要求的基礎上，以提升城市形象、打造宜居環境為目的，景觀優先，堤線布置與堤身結構以景觀設計為基礎，適配自然宜居、人文休閑、活力濱水城市形象的生態景觀河道設計。本文針對小青龍河的特點，對不同河道的堤型進行選擇與布置，并對其結構穩定性進行分析。

1 堤防型式分析

根據景觀規劃設計布置，沿河堤型分為以下幾種。

1.1 護岸

將岸坡削為1∶2.5的穩定邊坡，然后采用30 cm厚雷諾護墊襯護，雷諾護墊下墊一層土工布反濾，底端伸入基巖不小于0.5 m，以滿足防沖要求；為使常水位315.00 m以上不裸露襯護材料，也便于為上部景觀襯護留有空間，雷諾護墊頂部高程取為314.80 m。雷諾護墊垂直高度5.5～6.5 m。

1.2 仰斜式擋墻

仰斜式擋墻采用C20砼澆筑，墻頂高程314.80 m，墻頂寬0.5 m，背坡1∶1.0，面坡1∶1.25，墻腳設置趾板，趾板寬1.0 m，厚1.0 m，埋入基巖深度不小于0.5 m。墻身設置D50PVC排水孔，間、排距1.5 m，孔后采用400 g/m2土工布反濾。仰斜式擋墻垂直高度5.5～6.5 m。

1.3 抗滑樁加格賓石籠

部分堤段有污水管順水流方向埋設于岸坡內，而岸坡較陡，為使污水管不間斷正常運行，又不裸露于地表之外，不能采用削坡的方式進行岸坡處理，為達到固坡和防沖的目的，采用抗滑樁加格賓石籠的處理措施，抗滑樁用于固坡，格賓石籠用于防沖。抗滑樁采用C25鋼筋砼樁，樁徑0.5 m，置于邊坡中下部，單排布置，間距3.0 m，樁體伸入巖基不小于樁長的1/3，樁頂距離處理后的地表1.0 m。格賓石籠置于坡腳，截面尺寸1.0 m×1.0 m。根據堤坡收坡點位置的不同，格賓石籠豎向箱體數量為2～4個，箱體自身坡度1∶0.5，箱體頂部以上的堤坡為1∶2.5，其中，314.80 m以下的堤坡采用30 cm厚雷諾護墊襯護，雷諾護墊下墊一層土工布反濾。

1.4 抗滑樁

區別于抗滑樁加格賓石籠的是，純抗滑樁方案用于埋設有污水管而堤坡較緩的堤段。經抗滑樁固坡后，在314.80 m以下采用雷諾護墊護坡。抗滑樁采用C25鋼筋砼樁，樁徑0.5 m，置于邊坡中下部，布置三排，間排距3.0 m，樁體伸入巖基不小于1/3樁長，樁頂距離處理后的地表1.0 m。314.80 m以下的岸坡削為1∶2.5，采用30 cm厚雷諾護墊襯護，雷諾護墊下墊一層土工布反濾，底端伸入基巖不小于0.5 m。

1.5 衡重式擋墻

衡重式擋墻墻頂與規劃道路齊平，墻高8.0～16.0 m，頂寬1.0～1.5 m，上墻背坡坡度為1∶0.45，下墻背坡坡度為1∶0.25，衡重平臺寬1.5～3.0 m，上墻與下墻高度比為4∶6。基礎置于弱風化泥巖，要求地基承載力不小于0.45 MPa。墻背采用石渣碾壓填筑，墻前采用大塊石回填護腳，基礎埋深不小于0.5 m，墻身設置D50PVC排水孔，間排距1.5 m，孔后采用400 g/m2土工布反濾。

根據景觀規劃設計布置和河道的特點，沿河堤型選擇如下：①建設紅線緊臨道路，例如自然宜居段右岸中部，水邊線、紅線、道路邊線幾乎重疊，地形狹窄，無景觀布置，須采用占地小、與道路能充分結合的堤型，即采用衡重式擋墻，墻頂留出道路墊層及路面鋪筑空間。②活力濱水段左岸，目前河岸邊坡較陡，邊坡內埋設有污水管道，污水管頂離地面厚度較小，不能采取開挖放緩邊坡的措施，否則污水管會露出地面，影響美觀，且有施工可能挖斷管道，發生污水泄漏的風險。因此，該段需直接對邊坡進行加固處理，采用抗滑樁加固邊坡，坡腳采用格賓石籠護腳防沖。③在河岸邊坡較緩、景觀布置有鋪裝的情況下，采用仰斜式擋墻堤型，無鋪裝的情況下，采用護岸堤。

2 典型堤型的穩定性分析

2.1 護岸堤

護岸堤穩定計算方法采用簡化畢肖普法，計算軟件采用河海大學工程力學研究所研制的土石壩邊坡穩定分析系統（HH-SlopeR1.0)。穩定計算包括局部和連同堤基的整體穩定計算。

河道堤身填料及堤基土物理力學指標見表1和表2。

表1 河道庫岸覆蓋層物理力學指標建議值

表2 河道庫岸巖體力學指標建議值

計算工況包括：①正常水位穩定滲流期時臨水側堤坡——正常情況；②設計洪水位驟降2.5 m時臨水側堤坡——正常情況；③施工期臨水側堤坡——非常情況。

根據地勘資料選取堤防高度最大的斷面進行計算，堤坡穩定計算采用河海大學工程力學研究所研制的土石壩邊坡穩定分析系統（HH-Slope R1.0）及條塊間作用力畢肖普法進行計算。計算簡圖如圖1所示。護岸堤穩定計算成果見表3。

圖1 堤坡穩定計算簡圖

表3 護岸穩定計算成果表

由表3可知，護岸穩定計算各工況安全系數均滿足規范要求。

2.2 衡重式堤

考慮3種工況情況：①施工期——非常情況；②正常水位形成的穩定滲流期——正常情況；③設計洪水位降2.5 m——非常情況。

該工程為4級堤防工程。擋土墻按4級設計，按照SL 379—2007《水工擋土墻設計規范》，對巖基和土基分別采取抗剪斷公式和抗剪公式來計算其穩定性。

分別截取15 m高的置于巖基的斷面和8.0 m高置于巖基的斷面進行計算，結果見表4。

由表4可知，擋墻穩定計算各工況安全系數均滿足規范要求。

表4 擋墻穩定計算成果表

2.3 抗滑樁加固堤

計算采用Slide軟件，畢肖普圓弧法，考慮3種工況情況：①施工期——非常情況；②正常水位形成的穩定滲流期——正常情況；③設計洪水位降2.5 m——非常情況。計算簡圖如圖2所示。抗滑樁加固堤坡穩定計算成果見表5。

圖2 抗滑樁力加固堤坡穩定計算簡圖

由表5可知，護岸穩定計算各工況安全系數均滿足規范要求。

格賓石籠處理的堤防，是基于抗滑樁加固的，不再單獨評價其穩定性。

表5 抗滑樁加固堤坡穩定計算成果表

2.4 仰斜式堤

仰斜式計算的理論與工況同衡重式，計算成果見表6。

表6 仰斜式擋墻穩定計算成果表

由表6可知，擋墻穩定計算各工況安全系數均滿足規范要求。

3 結論

本文針對小青龍河不同河段的特點對幾種典型的堤防型式進行了選擇與布置，采用邊坡穩定分析軟件，對各堤型進行了抗滑和抗傾覆穩定性分析。分析結果表明，各堤防的抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。