漳平下浙溪赤水段治理工程堤基處理及其穩(wěn)定分析

林劍韜

（福建省永川水利水電勘測設(shè)計院有限公司,福建 福州 350011）

1 工程概況

漳平下浙溪赤水段河道治理工程位于福建省漳平市永福鎮(zhèn)。該治理工程分為4 段,第一段為赤水段,起始于富民橋終點位于龍顯巖下游攔河壩下游643 m 處（Z0+000.00～Z0+642.97）,治理總長度為642.97 m；第二段為易坑溪段,起始于671 縣道豐侯小橋,東向匯入下浙溪（Y0+0.000～Y0+317.88）,治理總長度為317.88 m；第三段為呂坊溪段,起始于后盂村1 號橋,終點為斷橋下游10 m 連接已建好的防洪堤（L0+000.00～L1+530.13）,治理總長度為1530.13 m；第四段為鄧家坊支流段,起始于鄧家坊西側(cè),終點位于匯入?yún)畏幌帲―0+000.00～D1+695.67）,治理總長度為1695.67 m。該項目累計河道治理長度為4.30 km,治理項目包括對2.19 km 河道進行整治清淤,對河道堤防進行整治,其中新建堤防2.59 km,護岸1.68 km,柔化加固現(xiàn)有擋墻0.16 km。由于該河段位于人口和農(nóng)田較少區(qū)域,所以采取區(qū)別對待標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計,赤水段左岸新建堤防采取10 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn),右岸新建堤防采用5 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)；易坑溪段、呂坊溪段堤防采用10 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)；鄧家坊支流段采取2 年～5 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。排澇標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇,堤岸建筑和排澇建筑級別均為5 級。

2 工程基本地質(zhì)情況

本工程場地覆蓋層主要由素填土①、粉質(zhì)黏土②、中粗砂②1、圓礫②2、卵石②3、殘積砂質(zhì)粘性土③、全風(fēng)化花崗巖④1、強風(fēng)化花崗巖④2和弱風(fēng)化花崗巖④3組成。各土層物理性質(zhì)參數(shù)見表1。素填土①層呈松散狀,中～高壓縮性,并且土質(zhì)不均勻,成分差異較大,不宜作為堤基；粉質(zhì)黏土②呈軟塑～可塑狀,分布不均勻且厚度較小,下層表現(xiàn)為粗顆粒土層,抗沖刷穩(wěn)定性較差,不宜作為堤基；中粗砂②1呈松散～稠密狀,承載能力較低,并且均勻性較差,地層穩(wěn)定性弱,厚度較小,抗沖刷能力較差,不宜作堤基；圓礫②2和卵石②3的土質(zhì)均勻性一般,沒有弱下臥層,但是具有較好的力學(xué)性質(zhì),可以作為堤基；殘積砂質(zhì)粘性土③呈可塑～硬塑狀,具有較好的力學(xué)性質(zhì),并且沒有軟弱下臥層,可以作為堤基；全風(fēng)化花崗巖④1、強風(fēng)化花崗巖④2和弱風(fēng)化花崗巖④3這三種土層分布均勻,具有較好的力學(xué)性質(zhì),可以作為堤基[1]。

表1 本工程巖土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

3 堤防工程堤基處理

漳平下浙溪赤水段河道治理工程所需要進行堤基處理的區(qū)主要包括新建堤防、護岸以及柔化加固現(xiàn)有擋墻的基礎(chǔ)處理。本次河道治理工程均采用埋石混凝土方式進行堤基處理。工程水泥采用P.042.5 水泥,埋石混凝土中的埋石率為20%[2]。基面驗收合格后,清理干凈巖基上的雜物、泥土以及松動巖石。然后在基巖面進行混凝土澆筑模具的搭建進行混凝土澆筑,澆筑第一層混凝土墻需要在基巖面上鋪一層厚度為2 cm～3 cm 的水泥砂漿,再進行混凝土的澆筑。澆筑過程中,應(yīng)當(dāng)首先澆筑一層混凝土,厚度為200 mm～250 mm,然后放入一層石塊,通過振搗使石塊沉入到混凝土中,振搗過程中需要避免振搗棒與石塊或者模板接觸[3]。在這過程中嚴禁將石塊擺放好之后再進行混凝土澆筑。同時需要將埋石所用石塊的尺寸控制在一次澆筑混凝土最小體積的1/3。石料鋪設(shè)過程中需要將石料進行均勻排列,并且大頭向下,小頭向上,使石塊的紋理與受力方向保持垂直[4]。石塊之間的間隔距離控制在100 mm 以上,同時需要將石料與模板的距離控制在150 mm 以上。堤基澆筑完成之后需要進行12 h～18 h 的灑水養(yǎng)護,保持混凝土表面的濕潤,然后覆蓋草簾進行保濕7 天[5]。

4 堤防工程穩(wěn)定計算

本工程結(jié)合河道治理實際情況選取4 段治理工程中具有代表性的河道堤防斷面來進行穩(wěn)定分析。并通過計算堤防在最不利水位情況和最不利荷載情況下的堤防最小安全系數(shù)[6]。從而得到安全運行下的最小安全系數(shù)和非安全運行下的最小安全系數(shù)[7]。本次穩(wěn)定計算采用瑞典條分法,具體計算公式見式（1）～式（5）：

式中：FWi為表示計算各條的重量；li為滑動面弧長；i為土條中心線與豎向的夾角。

瑞典條分法假設(shè)滑動面為圓弧面,將滑動體分為若干個豎向土條,并忽略各土條之間的相互作用力,利用的是力矩平衡原理。根據(jù)公式及已知條件錄入已知條件,已知坡高25 m,坡比1∶2,碾壓土料的重度為γ=20 kN/m3,內(nèi)摩擦角φ=26.6°,粘聚力c=10 kPa,半徑為R=43.5 m[8]。

本工程在計算穩(wěn)定性過程中選擇的4 段治理工程中的橫斷面分別是赤水段Z0+100.00 橫斷面；易坑溪段Y0+250.00橫斷面；呂坊溪段L1+350 橫斷面和鄧家坊支流段D0+803.41橫斷面來進行穩(wěn)定分析,見圖1。

圖1 D0+803.41 橫斷面圖（1:100）

根據(jù)上述計算公式對四個典型斷面進行穩(wěn)定性計算,各斷面參數(shù)見表2。本次工況分為安全運行和非安全運行兩種工況,本次計算主要計算擋墻和后堤防的樁頂位移、整體抗穩(wěn)定性、整體抗滑性,其中整體抗滑性采用根據(jù)瑞典條分法進行,計算簡圖見圖2。

圖2 擋土墻計算簡圖

表2 典型斷面基本參數(shù)表

根據(jù)典型斷面的各項參數(shù)計算所得穩(wěn)定性結(jié)果見表3。

表3 典型斷面穩(wěn)定性分析計算結(jié)果

計算結(jié)果顯示,四個典型斷面的河道堤岸在安全運行狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)K＞1.10；在非安全運行狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)K＞1.05。說明本工程中四段河道工程的穩(wěn)定系數(shù)均滿足設(shè)計需求。

5 結(jié)語

河道治理工程中,堤防穩(wěn)定性分析是非常重要的內(nèi)容,是保障河道工程質(zhì)量的重要因素。所以需要重視堤防穩(wěn)定性分析,來提升河道治理工程的質(zhì)量。本文對漳平下浙溪赤水段河道治理工程的堤基處理方式進行了說明,所有堤基都采用碎石混凝土方式進行建設(shè)。同時通過對本工程內(nèi)四個典型斷面的河道堤岸穩(wěn)定性進行了計算,四處典型斷面堤岸的穩(wěn)定系數(shù)均滿足要求。