腰口隔堤加固施工抗滑穩(wěn)定安全分析

潘永膽，鄒朋成

（西藏集為建設工程有限公司，拉薩 850000）

項目起于洪湖市烏林鎮(zhèn)水府村附近，與赤壁長江公路大橋北岸接線對接，路線向北跨G351，于烏林鎮(zhèn)水府村設烏林樞紐互通與武漢至監(jiān)利高速公路交叉，經(jīng)雙河村、朝陽村，上跨下內荊河，過小港管理區(qū)，上跨黃觀公路至汊河鎮(zhèn)沿湖村，設汊河互通接S214后下穿800 kV超高壓電力線，過汊河鎮(zhèn)紅三村、搓頭村、新墩村，上跨洪排河，過南昌村后上跨S214，經(jīng)董河村、小河村，于洪中村設戴家場服務區(qū)，上跨峰瞿公路，過戴家場鎮(zhèn)南側，于螺灘設連接線，后向西南布線，過劉家灣進入監(jiān)利縣，途徑渡口、青龍村，下穿800 kV超高壓電力線，過楊家臺、前途村、土地村、姜油村、官馬湖村，終點與監(jiān)利至江陵高速公路分鹽樞紐互通對接，線路全長62.535 km[1]。

烏林樞紐互通跨越腰口隔堤，跨度為40 m，大橋與堤防斜交，堤頂與橋底板間凈空約為8.9 m。堤內近堤橋墩（G3#橋墩）距堤腳最近約2.5 m，堤外近堤橋墩（G4#橋墩）距堤腳最近約5.0 m；右岸無明顯堤防[2]。

1 工程地質與水文

勘察設計研究院采用地質測繪、鉆探、原位測試和室內巖土試驗等綜合勘察手段對工程河段進行了工程地質勘察工作，烏林樞紐互通工程河段周邊工程地質勘察成果如下。

1.1 地形地貌

橋址區(qū)屬沖積平原地貌區(qū)，地勢平坦開闊，橋梁主要跨越溝渠而建設，溝渠內地表水較豐富，地面標高介于22.9～23.6 m之間。橋位區(qū)僅有鄉(xiāng)村小路、機耕路通過，交通條件較差。

1.2 地質構造

項目區(qū)位于兩湖斷坳的沔陽坳陷二級構造單元。加里東-印支運動區(qū)內表現(xiàn)為不均勻升降運動，未形成褶皺、斷裂構造形跡[3]。燕山運動為區(qū)內主要構造運動，其構造形跡構成了區(qū)內主體構造格局，喜馬拉雅運動表現(xiàn)為不均勻差異升降運動，形成了現(xiàn)代地貌景觀。橋址區(qū)被第四系覆蓋，勘探深度范圍內未見基巖。

1.3 地層巖性

根據(jù)地質調繪和鉆探資料，橋址區(qū)勘探深度范圍內地層主要由第四系湖沖積成因（Q4l+al）的黏性土、粉土及砂層組成。

1.4 水文地質條件

橋址區(qū)地表水系較發(fā)育，主要為溝渠內流水及魚塘內積水，主要接受大氣降水補給，水位受雨水控制。項目區(qū)地下水主要有3種類型，分別是上層滯水、孔隙潛水、孔隙承壓水。

上層滯水為毛細水和薄膜水，近地表分布廣泛?？紫稘撍啃?、水位不穩(wěn)定?？紫冻袎核辈斓某袎核o止水位埋深為0.0～0.5 m。根據(jù)文獻資料，承壓水位變化幅度約8.5 m[4]。

1.5 地震及區(qū)域穩(wěn)定性

本區(qū)抗震設防烈度為6°，設計地震分組為第1組，地震動峰值加速度為0.05 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s。烏林樞紐互通橋梁屬重大工程，按7°設防。

橋位區(qū)地勢平坦開闊，橋址區(qū)未見滑坡、崩塌和泥石流等不良地質現(xiàn)象，新構造運動不強烈，斷裂構造不發(fā)育，屬相對穩(wěn)定地塊，地基穩(wěn)定[5]。

1.6 不良地質和特殊性巖土

烏林樞紐互通橋址區(qū)現(xiàn)狀未見滑坡、崩塌和泥石流等不良地質現(xiàn)象。

2 腰口隔堤

2.1 堤防現(xiàn)狀

腰口隔堤位于洪湖分蓄洪區(qū)內部，蓄洪期間防御東分塊蓄洪區(qū)洪水，蓄洪設計水位30.48 m。堤基為多層結構，地表為Q4al-l2粉質粘土，厚1.40～4.60 m，局部溝塘處，下部淤泥質粘土出露；向下依次為淤泥質粘土、粉質粘土、淤泥質壤土，厚度分別為1.60～3.80 m、1.00～4.00 m、3.00～9.40 m；底部主要為Q4al-l1粘土、粉質壤土和粉砂層。樁號18+898～19+133段有粉砂透鏡體分布，厚2.00 m，地面以下埋深6.60 m。堤基分段類型為C類，存在沉降變形、抗滑穩(wěn)定問題，局部可能存在滲透破壞問題，工程地質條件較差[6]。

2.2 加固措施

腰口隔堤25.574 km，腰口隔堤堤防級別為2級。堤頂高程為蓄洪水位30.48 m以上2.0 m，即32.48 m；堤頂寬度為8.0 m；內外邊坡均為1∶3；在隔堤背水坡高程28.48 m處設置寬度為3 m的戧臺。

3 抗滑穩(wěn)定計算

3.1 計算原理

根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》規(guī)定，堤坡穩(wěn)定采用瑞典圓弧法進行計算[7]。

3.2 計算工況和參數(shù)

根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》規(guī)定，堤防抗滑穩(wěn)定計算分正常運用條件和非正常運用條件，結合本工程實際情況，選取最不利工況進行復核計算，確定計算內容如下：

1）正常運用條件。設計洪水位下穩(wěn)定滲流期的背水側堤坡穩(wěn)定計算。

2）非正常運用條件。設計洪水位驟降期的臨水側堤坡穩(wěn)定計算。

本次抗滑穩(wěn)定安全計算選取烏林互通大橋涉水橋墩跨越的腰口隔堤，分別進行工程建設前、施工期、工程建設后堤防抗滑穩(wěn)定分析計算[8]。

本次計算堤身、堤基各土層物理力學參數(shù)指標選用勘察設計公司提供的工程地質成果見表1。

表1 土層物理力學指標

3.3 計算模型

采用有限元軟件對腰口隔堤進行模型簡化，建立三維數(shù)值模型，模擬烏林互通大橋涉水橋墩對腰口隔堤抗滑穩(wěn)定的影響，剖分模型形成計算網(wǎng)格，建立計算模型。腰口隔堤三維有限元模型網(wǎng)格，如圖1所示。

圖1 腰口隔堤剖面三維有限元模型網(wǎng)格

3.4 計算結果及分析

工程建設前、施工期、工程建設后抗滑穩(wěn)定計算結果如表2、圖2—圖5所示。工程前穩(wěn)定滲流期背水側抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值為2.61，驟降期臨水側2.77；工程后穩(wěn)定滲流期背水側抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值為2.58，驟降期臨水側2.73；工程前后變化不大，工程前后腰口隔堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于允許值1.15。計算結果表明，工程前后腰口隔堤抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

圖5 工程后腰口隔堤剖面堤外側穩(wěn)定計算結果（水位驟降）

表2 工程前后堤防抗滑穩(wěn)定計算成果表

圖2 工程前腰口隔堤剖面堤內側穩(wěn)定計算結果（穩(wěn)定滲流）

圖3 工程前腰口隔堤剖面堤外側穩(wěn)定計算結果（水位驟降）

圖4 工程后腰口隔堤剖面堤內側穩(wěn)定計算結果（穩(wěn)定滲流）

4 結論

綜上所述，水利工程的建設關系到周圍居民的生命安全，所以必須做好相關工程的加固措施，其中腰口隔堤是水利工程的基礎部分必須加以重視，增強其穩(wěn)固性。文章通過三維有限元軟件對烏林互通大橋涉水橋墩跨越的腰口隔堤，建立抗滑穩(wěn)定計算模型，計算分析工程前、后腰口隔堤穩(wěn)定安全系數(shù)，能夠更加精準地對腰口隔堤的抗滑穩(wěn)定性進行分析，為相關的工作人員提供借鑒，同時為后期的加固施工提供數(shù)據(jù)。