李 松
(遼寧省東港市河道管理處,遼寧 東港 118300)
柳林河是鴨綠江下游右岸的一級支流,發(fā)源于東港市長安鎮(zhèn)與鳳城市分界的油盤嶺山區(qū),流經(jīng)鐵甲水庫、前陽鎮(zhèn),在丹東市主城區(qū)下游的海龍村匯入鴨綠江。柳林河全長39.4km,流域面積314km2。由于柳林河多年未經(jīng)治理,目前未形成完整的防洪排澇體系,防洪標(biāo)準(zhǔn)低,河道淤積嚴(yán)重,安全承泄能力不足200m3/s;排水工程老化失修,部分穿堤建筑物破損嚴(yán)重,柳林河兩岸部分村屯和耕地,每到汛期經(jīng)常遭受洪水上漲威脅,淹沒農(nóng)田,周圍大棚、房屋進(jìn)水,嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚敭a(chǎn)安全。柳林河治理工程的主要任務(wù)是完善河道防洪體系,加高培厚堤防,清淤疏浚河道,改擴(kuò)建配套建筑物,提高流域整體防洪能力。柳林河治理工程治理段河道總長9.09km,清淤長度9.09km,加高培厚堤防總長18.2km,新建穿堤涵閘2個,拆除重建涵閘16個。通過治理后防洪標(biāo)準(zhǔn)可以提高到10~20年一遇。
2016年5月2日20時至5月3日10時,柳林河流域普降大暴雨,平均降雨量128mm,造成柳林河水暴漲,堤壩兩側(cè)耕地積水嚴(yán)重。當(dāng)時正值施工期,人員及設(shè)備全部暫停施工。5月5日,施工單位發(fā)現(xiàn),在河道樁號6+760、6+944、7+180、7+235、7+448處,土質(zhì)堤壩迎水坡壩基深部發(fā)生剪切滑動破壞。由于工程尚未結(jié)束,局部壩段干砌石護(hù)砌、堤壩種植草皮護(hù)坡等措施尚未組織實(shí)施。經(jīng)現(xiàn)場查看,論證分析,認(rèn)為堤壩局部出現(xiàn)滑坡主要有以下原因:
(1)壩基土壤為粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂組成,地勘報告表明,其物理力學(xué)性質(zhì)較差,滲透變形類型為流土型。抗剪強(qiáng)度較低,堤岸岸坡及壩基土質(zhì)抗滑穩(wěn)定性較差。抗沖能力較差,在水流長期作用下,土壤中細(xì)顆粒容易被帶走,會對堤基造成破壞。堤基土壤有較高的壓縮性,會出現(xiàn)一定程度的沉陷和沉降變形。
(2)本次降雨強(qiáng)度較大,導(dǎo)致土壤入滲率加大,含水量較高。本次降雨歷時14h,春季的土壤干燥,吸收水份能力增強(qiáng),土壤達(dá)到飽和狀態(tài),造成土壤容重增加,抗滑能力降低。
(3)堤壩背水坡低洼處積水嚴(yán)重,在堤壩迎水坡滑坡處可以看出有少量清水滲出。表明壩基透水性差,背水坡土壤在積水長時間浸泡后,極易出現(xiàn)滲漏,造成堤壩土壤飽和,穩(wěn)定性降低。
(4)河底清淤厚度0.6~1.2m,淤積多年的土壤被清除后,底部土壤被擾動,地基承載力降低?;绿幍虊渭痈吆穸?.8~1.5m,對下部的土壤造成擠壓,表層土經(jīng)洪水浸泡達(dá)到飽和,抗滑穩(wěn)定性降低。
(5)本次降雨強(qiáng)度較大,洪水暴漲,流速加大,對河道轉(zhuǎn)彎段堤壩造成沖刷,迎水側(cè)新填筑的筑壩土掏蝕嚴(yán)重,加劇滑坡。
柳林河治理工程分以下4種工況復(fù)核計算堤壩滲流穩(wěn)定:一是臨水側(cè)設(shè)計洪水位,背水側(cè)相應(yīng)水位;二是臨水側(cè)設(shè)計洪水位,背水側(cè)為低水位或無水;三是洪水降落;四是背水側(cè)水位與堤頂齊平,臨水側(cè)為相應(yīng)水位。柳林河治理工程堤基均屬于透水地基,滲流量計算按透水堤基均質(zhì)土堤考慮,采用GB50286- 2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》公式計算:
按透水堤基均質(zhì)土堤考慮。
修建在透水堤基上的均質(zhì)土堤,滲流量計算方法是將堤身和堤基滲流量分開計算,總單位寬度滲流量為兩者之和,計算公式如下:
浸潤線計算公式如下:當(dāng)k≤k0時,
式中,q—總單位寬度滲流量,m3/(s·m);qD—不透水地基上求得的相同排水型式的均質(zhì)土堤單位寬度滲流量;K—堤身土滲透系數(shù);k0—堤基滲透系數(shù);H1—上游水深,m;H2—下游水深,m;h0—下游逸出點(diǎn)高度;m1—上游坡坡率;m2—下游坡坡率。
本地區(qū)下臥層為透水地基,則透水地基均質(zhì)土堤坡面滲流比降可采用GB50286- 2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》公式如下:
沿滲出段:
沿地基段:
堤身填土滲透變形為流土,參照參SL274- 2001《碾壓土石壩設(shè)計規(guī)范》,滲透破壞的允許滲透坡降計算公式:
J破壞=(GS-1)(1-n1)
相應(yīng)的允許坡降可按下式計算:
式中,Gs—土粒比重,堤身2.67;n1—土的孔隙率,堤身0.49;J—滲透比降;KB—安全系數(shù),取2.0。
經(jīng)計算可得滲流比降成果見表1。
表1 滲流比降成果表
根據(jù)滲流比降成果表可以看出,堤基滲透比降J大于J允許,不滿足要求。
土堤抗滑穩(wěn)定復(fù)核計算采用GB50286- 2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》瑞典圓弧法計算公式,分為總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法。計算時不考慮條塊間的作用力,各土條濕容重及飽和容重均按照土層變化,分別計算。計算工況分為以下幾種情況:一是設(shè)計洪水位下穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡;二是設(shè)計洪水位驟降期的迎水側(cè)堤坡;三是設(shè)計洪水位下穩(wěn)定滲流期的迎水側(cè)堤坡。計算成果見表2。
表2 土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表
通過計算可知,在設(shè)計洪水位下穩(wěn)定滲流期的迎水側(cè)堤坡,求得的安全系數(shù)小于允許值,不滿足抗滑穩(wěn)定要求。
由于堤壩出現(xiàn)滑坡情況正值施工期間,工程尚未結(jié)束,新筑堤防壩后低洼處排水溝道尚未開挖疏通,造成積水嚴(yán)重,壩體產(chǎn)生滲流。局部干砌石護(hù)砌尚未實(shí)施,造成滑坡面積增加。根據(jù)地質(zhì)報告勘察成果,滲流和穩(wěn)定復(fù)核計算結(jié)果,本次應(yīng)急處理方案經(jīng)比較后確定,對迎水側(cè)堤腳采取排水和壓重處理。一是壩后低洼處開挖排水溝,將積水導(dǎo)入兩側(cè)排水閘,降低壩體入滲水量。二是將塌岸土方用機(jī)械推運(yùn)修整成圍堰,滑坡面修整成臺階狀。三是坡腳開挖深基槽,深度1.5m,底部寬度4.0m,開挖土方補(bǔ)充圍堰筑堤土,水泵及時抽水,開挖槽內(nèi)不得積水。四是基槽開挖后,基槽外部采取挖掘機(jī)夯壓直徑0.15m落葉松木樁,深度4.0m,增加拋石整體穩(wěn)定性。五是基槽拋填大塊毛石,單塊質(zhì)量50kg以上,采用挖掘機(jī)鏟背夯實(shí)整平,回填筑壩土下部碎石填縫整平,上部鋪設(shè)400g/m2土工布。六是外運(yùn)粘土筑堤,分層碾壓夯實(shí),削坡成1∶2設(shè)計坡度。七是筑堤土外側(cè)填筑天然級配砂礫混合料,厚度0.2m,灑水夯實(shí)。八是砂礫料外側(cè)人工鋪設(shè)干砌石,厚度0.4m,石塊質(zhì)量采用30~50kg以上規(guī)格,挖掘機(jī)壓實(shí),凈高2.0m(柳林河為納潮河道,護(hù)砌至潮水位以下)。九是木樁外側(cè)填筑拋石,減輕木樁壓力,防止折斷。十是修筑圍堰土方考慮含水率較高,而且大部分為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,不能作為筑堤材料,須清理外運(yùn)至壩后周圍低洼處,整平壓實(shí)?;绿幚矸桨冈斠妶D1。
圖1
本工程采取的應(yīng)急處理方案,汛期經(jīng)歷兩次洪水,堤壩均未出現(xiàn)堤壩裂縫、滲水和滑坡險情。壩上經(jīng)過車輛、機(jī)械多次振動碾壓,滑坡段也未出現(xiàn)沉降、位移等變形。結(jié)合后期種植的草皮護(hù)坡,防沖能力提高,穩(wěn)定性增加,減少了汛后重新拆除重建的費(fèi)用,保證了堤壩防洪安全。在平原地區(qū)河道治理工程設(shè)計過程中,要考慮河道兩側(cè)坡腳處淤積的土質(zhì)和水流沖刷情況。河底較寬的河段,可以采取復(fù)式斷面;河底較窄的河段,坡腳處要采取工程措施進(jìn)行防護(hù)。堤壩填筑過程中,壩后低洼處要開挖排水溝,及時排除積水,避免雨水匯集滲入堤壩。
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