梁春騰

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563000)

關(guān)莊湖均質(zhì)土堤的設(shè)計分析

梁春騰

(遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563000)

文章主要結(jié)合關(guān)莊湖生態(tài)堤(均質(zhì)土堤-均質(zhì)壩指采用黏性土料填筑而成的土壩)的實際情況，首先提出了關(guān)莊湖均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)布置，接著分析了筑堤材料、填筑標(biāo)準(zhǔn)以及基礎(chǔ)處理，最后詳細(xì)的論述了關(guān)莊湖均質(zhì)土堤的設(shè)計計算要點。

生態(tài)堤；均質(zhì)土堤；結(jié)構(gòu)布置；基礎(chǔ)；計算

1 工程概況

關(guān)莊湖生態(tài)堤位于遵義市新蒲新區(qū)新蒲鎮(zhèn)關(guān)聯(lián)村關(guān)莊河的關(guān)莊河段，關(guān)莊湖生態(tài)堤修建后，常年水位829.50m，常水位水體體積15.8萬m3，總水體體積25.6萬m3，水面面積可達(dá)到3.99萬m2，水域岸線長900m。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL252—2000)及《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—2014)規(guī)定，該工程規(guī)模為小(2)型，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物生態(tài)堤、溢洪道為5級建筑物，次要建筑物和臨時建筑物為5級建筑物。經(jīng)綜合比較，適宜本工程特點堤型是均質(zhì)土堤。

2 關(guān)莊湖均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)布置

關(guān)莊湖生態(tài)堤為均質(zhì)土堤，堤頂高程為832.50m，堤頂寬7.0m，堤頂長202.0m，最大堤高13.50m，最大堤底厚112.9m，堤基需采用塊石進(jìn)行基礎(chǔ)置換，壩軸線中心位置設(shè)置齒槽，底寬5m，兩側(cè)開挖坡比為11，齒槽需開挖至基巖。堤頂為瀝青混凝土路面，上游側(cè)設(shè)青石欄桿，可結(jié)合景觀要求進(jìn)行景觀設(shè)計。

生態(tài)堤上游面堤頂至829.50m高程，壩坡坡比為1∶2.5，壩坡采用卵石自然堆砌護(hù)坡，石縫間植草綠化；829.50m高程至坡腳壩坡表面采用C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡。

生態(tài)堤下游坡比為1∶2.5，均采用黏土填筑。均質(zhì)土堤與老壩體之間的倒梯形區(qū)域采用土石渣夯填至堤頂高程832.50m，并按1∶2.5的坡比與原壩體壩頂下游邊線銜接。在泄水箱涵與填筑土石渣接觸帶于泄水箱涵底板與側(cè)墻相交位置布置Φ50排水孔，排水孔間距為2m，將滲水排入泄水箱涵。詳見圖1、圖2。

3 筑堤材料、填筑標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)處理

3.1 筑堤材料

均質(zhì)土堤采用第四系殘坡積黃黏土，根據(jù)試驗成果：天然含水率為46.1%-54.0%，干密度ρd=1.08-1.19g/m3，塑性指數(shù)Ip=28.1-33.1，摩擦角Φ=10.5°-12.5°，粘聚力C=57.0-67.5kPa，壓縮模量E=5.07-9.38MPa，土體滲透系數(shù)5×10-5cm/s。生態(tài)堤土石混合料粒徑≤300mm。相應(yīng)的指標(biāo)為：天然含水率20%-23%，干密度ρd=1.40-1.50g/m3，摩擦角Φ=14°-16°，黏聚力C=15.0-18.0kPa，密實度Dr<0.2。

3.2 填筑標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)規(guī)范要求，生態(tài)堤填筑應(yīng)密實均勻，足夠的抗剪強度和低壓縮性，按本工程生態(tài)堤材料分區(qū)，生態(tài)堤各區(qū)填筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。生態(tài)堤填筑施工前，必須根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行碾壓試驗，獲取碾壓遍數(shù)、含水量等施工參數(shù)指標(biāo)。

圖1 生態(tài)堤平面布置圖

圖2 生態(tài)堤典型斷面圖

壩料分區(qū)粒徑/mm壓實干容重/kN·m3壓實度/%空隙率/%滲透系數(shù)/cm·s-1相對密度最優(yōu)含水率/%黏土137≥96≤1×10-4315土石渣≤50017-1820碎石墊層5

注：1、最大干密度采用擊實儀試驗確定；2、黏土施工填筑含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率的-2%-+3%內(nèi)。

3.3 基礎(chǔ)處理

本工程最大堤高13.5m，屬低壩，根據(jù)堤基、壩肩地層巖性、巖石的風(fēng)化深度和透水性，考慮到生態(tài)堤基礎(chǔ)為原關(guān)莊水庫庫區(qū)，淤泥較厚，清挖的施工難度大，故堤基礎(chǔ)處理主要考慮采用塊石置換基礎(chǔ)。

4 設(shè)計計算

4.1 堤頂高程確定

根據(jù)SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，堤頂超高Y=R+e+A。

式中：A-安全超高，正常運用情況為A=0.5m，非常運用情況為0.3m。

正常運用條件I(常年水位828.00m)：Y=0.986m。

正常運用條件II(設(shè)計洪水位829.63m)：Y=0.986m。

非常運用條件(校核洪水位830.20m)：Y=0.571m。

堤頂高程確定根據(jù)前述洪水成果及堤頂超高成果。計算成果見表2。

表2 堤頂高程計算成果表 m

綜合考慮堤頂高程與左岸公路順暢連接以及景觀設(shè)計要求，因此，確定堤頂高程為832.50m，與左岸公路齊平。

4.2 堤頂構(gòu)造

堤頂結(jié)構(gòu)要結(jié)合景觀打造，但因景觀設(shè)計具體方案尚未確定，方案暫時定為采用瀝青混凝土鋪筑，上下游各設(shè)斷面尺寸為0.5m×0.6m的C20混凝土路肩，上游側(cè)采用青石欄桿防護(hù)。后期施工時可根據(jù)景觀設(shè)計要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.3 上游護(hù)坡

生態(tài)堤上游面堤頂至829.50m高程，壩坡坡比為1:2.5，壩坡采用卵石自然堆砌護(hù)坡，石縫間植草綠化；829.50m高程至上游壩坡坡腳采用C20混凝土預(yù)制塊護(hù)坡，壩體采用黏土料填筑至設(shè)計壩坡后，再依次鋪設(shè)0.1m厚細(xì)砂墊層、0.15m厚碎石墊層、混凝土預(yù)制塊，混凝土預(yù)制塊為正六邊形，邊長30cm，厚10cm。壩體與岸坡邊界接觸帶采用斷面為0.5m×0.5m的C20混凝土固邊。大壩上游后期施工時可根據(jù)景觀設(shè)計要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4.4 堤坡穩(wěn)定計算

本工程生態(tài)堤為5級水工建筑物，根據(jù)SL189-2013《小型水利水電工程碾壓式土石堤設(shè)計規(guī)范》之規(guī)定，確定壩坡穩(wěn)定計算考慮計算工況及相應(yīng)最小安全系數(shù)。生態(tài)堤為均質(zhì)土堤，根據(jù)SL274-2001《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，壩坡抗滑穩(wěn)定計算應(yīng)采用剛體極限平衡法。計算采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的《理正邊坡穩(wěn)定分析軟件》進(jìn)行計算。通過計算，五種計算工況的計算成果見表3。

表3 壩坡穩(wěn)定計算成果

可知，生態(tài)堤穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，生態(tài)堤壩坡穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

綜上所述關(guān)莊湖生態(tài)堤總水體為25.6萬m3，工程規(guī)模為小(2)型，工程等別為Ⅴ等。根據(jù)選定堤線工程地形地質(zhì)條件，結(jié)合樞紐總體布置，選擇的堤型為均質(zhì)土堤。在設(shè)計過程中，必須綜合水文、地質(zhì)等各種因素，結(jié)合實際情況，嚴(yán)格按照設(shè)計規(guī)范，做好設(shè)計計算，從而為確保均質(zhì)土提設(shè)計的合理性。

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1007-7596(2017)10-0038-03

TV871

B

2017-09-16

梁春騰(1991-)，男，貴州從江人，助理工程師；從事水工設(shè)計工作。