張國(guó)堯

（詔安縣東溪流域西潭水利工作中心站福建詔安363500）

西梧海堤除險(xiǎn)加固的堤防穩(wěn)定性分析

張國(guó)堯

（詔安縣東溪流域西潭水利工作中心站福建詔安363500）

詔安縣西梧海堤保護(hù)著東西梧村經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，是第一道安全防線。本文針對(duì)該段海堤存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析，對(duì)邊坡抗滑穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。采用瑞典圓弧滑動(dòng)法，結(jié)果表明海堤滿足抗滑要求，加固后的海堤能長(zhǎng)久安全運(yùn)行，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是顯著。

堤防工程；除險(xiǎn)加固；穩(wěn)定性分析

1　概況

詔安縣西梧海堤位于詔安灣海域，四都鎮(zhèn)境內(nèi)，東靠東梧海堤，西至金星鄉(xiāng)田樸村地界，從1991年至1996年11月，四都鎮(zhèn)進(jìn)行西梧海堤一期加固達(dá)標(biāo)建設(shè)，1996年前海堤達(dá)標(biāo)建設(shè)時(shí)限于當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)、地方財(cái)力等原因，只進(jìn)行迎潮面護(hù)砌及堤身加高培厚，堤頂和背水坡沒有進(jìn)行護(hù)砌，而且水閘沒有列入加固計(jì)劃。為確保海堤加固達(dá)標(biāo)成果，進(jìn)一步提高海堤水閘防潮、抗臺(tái)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，保障海堤水閘的安全，西梧海堤除險(xiǎn)加固（二期）項(xiàng)目由此展開。西梧海堤是東西梧村經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的第一道安全防線，由于臺(tái)風(fēng)、大潮、洪水災(zāi)害十分頻繁，海堤安全與人民生命、財(cái)產(chǎn)的安全密切相關(guān)，特別是在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅速發(fā)展的新形勢(shì)下，區(qū)域內(nèi)大量的海產(chǎn)養(yǎng)殖，經(jīng)濟(jì)效益突出，是當(dāng)?shù)卮迕竦闹饕?jīng)濟(jì)來源。新一輪海堤除險(xiǎn)加固二期項(xiàng)目詔安縣西梧海堤工程主要任務(wù)是：對(duì)樁號(hào)0+000～1+800海堤進(jìn)行加固，使其達(dá)到20年一遇的防潮標(biāo)準(zhǔn)。本文就西梧海堤除險(xiǎn)加固（二期）項(xiàng)目中的堤防穩(wěn)定性進(jìn)行分析，評(píng)估堤防的穩(wěn)定性。

2　堤防穩(wěn)定性計(jì)算與分析方法

堤防工程是長(zhǎng)距離線型、多點(diǎn)面工程，堤防破壞的原因具有多樣性。全縣大部分堤防受限于建設(shè)時(shí)的施工條件和技術(shù)要求，施工質(zhì)量不能滿足規(guī)范要求，也沒有施工時(shí)的質(zhì)量檢測(cè)和竣工報(bào)告，以及受歷次洪水、加固、日常維護(hù)等多種因素的影響。堤防破壞中，以堤防邊坡滑塌最為常見，究其原因有：滲流、水流沖刷浸襲、地基強(qiáng)度及截水設(shè)施失效和建造質(zhì)量等，按滑動(dòng)類型形式可分為淺層滑動(dòng)和深層滑動(dòng)，按危害程度分為輕微的局部滑動(dòng)和危害性極大的整體滑動(dòng)以及按滑動(dòng)位置分為臨水面滑坡、背水面滑坡和崩岸。堤防邊坡穩(wěn)定性分析理論包含極限平衡理論、塑性極限分析、模糊極值理論和有限單元法四個(gè)大部分，主要含瑞典圓弧滑動(dòng)法、簡(jiǎn)化畢肖普法、簡(jiǎn)化普遍條分法、塑性極限分析、模糊極值計(jì)算、有限單元法模擬等具體方法。

邊坡穩(wěn)定性分析分為粘性土邊坡分析和無粘性土邊坡分析。粘性土邊坡從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析：（1）確定邊坡滑動(dòng)面的位置；（2）反算滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度參數(shù)；（3）復(fù)核堤防穩(wěn)定安全。堤防在洪水期容易發(fā)生的滑坡，滑坡應(yīng)立即處理并注意觀察。處理時(shí)應(yīng)確定滑動(dòng)面位置、深度和長(zhǎng)度尺寸。實(shí)際運(yùn)用可采用目測(cè)法確定堤防滑坡的、情況，現(xiàn)場(chǎng)確定滑動(dòng)面的位置，由邊坡所處的穩(wěn)定狀態(tài)確定其安全系數(shù)，然后代入安全系數(shù)定義公式，求出抗剪強(qiáng)度的凝聚力和摩擦角。清楚產(chǎn)生滑坡的原因和產(chǎn)生滑坡時(shí)的荷載條工況，恢復(fù)邊坡滑動(dòng)前的原斷面，可采用極限平衡狀態(tài)方法進(jìn)行反算，求得滑面的抗剪參數(shù)。在反算滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，要兼顧坡體上出現(xiàn)的其它變形特征。當(dāng)坡體是由不同土質(zhì)筑成的土坡，由于上覆土重不同引起的法向力不同，造成滑動(dòng)面上抗剪強(qiáng)度不均勻而出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象時(shí)，需要通過合理劃分條塊來消除影響，使得反算結(jié)果符合實(shí)際情況?；碌恼未胧┲饕校簲r截、旁引地表水和設(shè)置盲溝排引地下水，排除減輕或消除水的危害；削坡減重改善坡體外形，提高坡體穩(wěn)定性；拋石壓腳或設(shè)置石垛、抗滑擋土墻、抗滑樁等支擋構(gòu)筑物，增加重力平衡條件；采用注漿改變土體性質(zhì)；做好坡面綠化等措施?；抡魏?，應(yīng)采用不同工況下的強(qiáng)度指標(biāo)和計(jì)算方法對(duì)堤防的邊坡安全穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核。

2.1基本資料

詔安縣四都鎮(zhèn)西梧海堤位于四都鎮(zhèn)西梧村南側(cè)，在多年強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的襲擊下，海堤堤身破壞損毀嚴(yán)重。多年平均風(fēng)速為2.9m/s，瞬間最大風(fēng)速為39m/s。據(jù)東山站多年最大平均風(fēng)速資料，詔安縣東梧海堤設(shè)計(jì)風(fēng)速采用15.3m/s，重現(xiàn)期為20年一遇。區(qū)內(nèi)的地層巖性為三疊系——侏羅系的變質(zhì)火山巖，混合巖。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》GB18036-2001中的附件，《中國(guó)地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》福建省區(qū)劃一覽表，新一輪海堤除險(xiǎn)加固各堤段位于抗震設(shè)防烈度7度區(qū)，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g。填筑土滲透系數(shù)1.399×10-3～8.962×10-3cm/s，屬中等透水性。根據(jù)填筑土顆粒含量及其比重、孔隙率，判定填筑土滲透變形為流土型為主，其臨界水力比降為0.76，允許滲透比降為0.50。根據(jù)鉆孔注水試驗(yàn)，堤基滲透性能：粉砂的滲透系數(shù)為1.433×10-6cm/s，屬微透水。依地區(qū)經(jīng)驗(yàn)；淤泥具微透水；粉質(zhì)粘土具弱～微透水；粉砂具中等透水；全風(fēng)化粉砂巖具弱透水；強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖具弱～中等透水。受晝夜兩次漲退潮的影響，地下水位具有不穩(wěn)定因素，本次勘察區(qū)間測(cè)得地下水位埋深為1.50m～2.00m（標(biāo)高2.71m～3.10m）。經(jīng)勘查，堤身填筑土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。

2.2計(jì)算方法與工況

（1）計(jì)算方法

本文采用瑞典圓弧滑動(dòng)法計(jì)算抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)。瑞典條分法首先假定可能的剪切滑動(dòng)面為圓弧面，對(duì)事先假定好的滑動(dòng)面對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)體進(jìn)行條分，并對(duì)條塊進(jìn)行受力分析并列出對(duì)應(yīng)的平衡方程，在這個(gè)過程中忽略土條間的相互作用力。定義安全系數(shù)K為滑裂面上繞圓心的抗滑力矩與滑裂面以上土體的滑動(dòng)力矩之比，解用總應(yīng)力法列出的平衡方程:組可得：

表1　堤身填筑土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表2　邊坡穩(wěn)定性計(jì)算三種工況

表3　堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果

表4　規(guī)范要求最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

式中：K——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；i——土條編號(hào)；ci、Qi——土體的凝聚力和摩擦角；bi——土條寬度；ai——土條滑動(dòng)面中點(diǎn)的切線與水平線的夾角；R——滑弧半徑；Wai、Wsi——分別為產(chǎn)生抗滑力矩和滑動(dòng)力矩的土條自重；Tj——被滑弧面所切割的土工織物的強(qiáng)度。

（2）工況

根據(jù)堤防內(nèi)外水位情況，設(shè)計(jì)了三種工況，見表2。

2.3結(jié)果分析

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告的結(jié)果，并結(jié)合地形條件和不同堤身斷面的情況，各海堤分別選擇不同的典型斷面進(jìn)行計(jì)算。最小安全系數(shù)計(jì)算成果見表3。

本項(xiàng)目涉及加固的海堤工程級(jí)別為4級(jí)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，工程不考慮地震力影響，正常運(yùn)用條件下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)要求見表4。

從表2、3可知，海堤在各種工況下最小抗滑安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，因此，海堤加固后斷面穩(wěn)定性均可滿足安全要求。

3　加固措施

本工程為海堤加固工程，為了節(jié)省投資和方便工程施工，同時(shí)考慮堤身安全穩(wěn)定的前提下，海堤斷面型式盡量在原有的斷面基礎(chǔ)上進(jìn)行加固。堤頂及內(nèi)外坡按照“三面砌”加固的要求進(jìn)行砌筑護(hù)砌，石料要求抗風(fēng)化性能好，外形為有砌面的長(zhǎng)方體，邊長(zhǎng)比小于4.0。外坡砌筑選用干砌條石或現(xiàn)澆砼，厚度根據(jù)護(hù)坡校核計(jì)算的成果選用。內(nèi)坡在堤后坡表土清理、雜草清除后，采用亞粘土夯實(shí)至設(shè)計(jì)斷面，而后進(jìn)行碎石墊層及干砌條石或砼預(yù)制板的砌筑。

迎水坡：堤坡坡比1∶2.5，下坡豎砌條石厚度50cm，上坡20cmC20砼，下鋪土工布及碎石墊層，堤腳進(jìn)行干砌塊石平臺(tái)及拋石護(hù)腳。背水坡：坡比1∶1.5，雜草清除后，按原標(biāo)準(zhǔn)對(duì)損壞、塌陷部分重新安裝C20砼板預(yù)制塊8cm厚，下鋪土工布及碎石墊層，重新充填M10水泥砂漿，在原背水坡條漿砌條石擋土墻頂增設(shè)M10水泥砂漿抹面3cm厚，對(duì)局部受沖刷塌陷處進(jìn)行修復(fù)并干砌塊石護(hù)腳。堤頂：1.堤面局部不夠高的坑洼處夯填黃粘土加高整平，壓實(shí)后澆筑C30砼厚20cm；2.在海堤上設(shè)置堤身沉降、位移觀測(cè)設(shè)施。陜西水利

（責(zé)任編輯：唐紅云）

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