呂石源

（福建省周寧縣水利局，福建 周寧 355400）

1 工程概況

某電站工程壩址位于某渡河段，主要建筑物由非溢流壩、沖砂、泄洪和進水閘、廠房、船閘和防洪堤等組成。為配合某電站工程發(fā)揮效益，保障水工建筑物的安全，需沿河修建防洪堤，庫區(qū)防洪堤和庫區(qū)排澇工程共布置堤防總長30km。

根據(jù)GB50201—2014《防洪標準》相關(guān)規(guī)定，對兩段堤防的防洪標準（洪水重現(xiàn)期）采用50年一遇，對該區(qū)其他堤防的防洪標準為20年一遇。根據(jù)GB50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》相關(guān)規(guī)定[1]，兩段堤防按2級堤防設計，城郊的其他堤防按4級堤防設計。

近期對主要的堤身填筑料場進行了實地調(diào)查和復核，發(fā)現(xiàn)可研階段選定的砂礫石料場不適合堤防開采，而兩段堤防位于堤防保護范圍，同樣不適合開采。因此，需對原設計的堤防結(jié)構(gòu)設計進行變更，同時，根據(jù)要求需對原初設方案變更后的各段堤防結(jié)構(gòu)進行滲流穩(wěn)定計算分析，以滿足工程設計和施工的要求。

2 變更方案

2.1 ①號堤防變更

①號堤采用土工膜心墻斜坡堤，設計防洪標準仍采用50年一遇（P=2%），500年一遇洪水不翻堤，頂高程按照GB50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》相關(guān)要求計算，特征水位采用庫區(qū)回水計算結(jié)果。堤頂高程291.74～292.50m，最大堤高26.0m，堤頂寬6.0m，堤頂路面為25cm厚的C20混凝土路面，路面設1%坡度傾向兩側(cè)，以利排水[2-4]。

結(jié)合航道規(guī)劃及景觀水線布置，為便于堤防馬道與副壩段馬道相接，馬道高程286.50m。樁號左永防0+200～左永防1+000段馬道寬3.0m，馬道以上坡比1∶1.6，砂卵石碾壓填筑，坡面采用植草護坡，設計洪水位以下采用土工格柵防沖，馬道以下坡比1∶1.6，采用0.30m厚漿砌卵石護坡，坡腳置于寬0.9m，厚0.6m的C25混凝土趾板上，趾板埋置深度為4m，滿足沖刷深度要求，基礎面層采用1.0m厚格賓網(wǎng)防沖護面，下游坡坡比1∶1.6，采用石渣填筑。坡面采用框格梁草皮護坡，耕植土厚30cm，坡腳設漿砌卵石排水溝，采用梯形斷面，底寬0.5m，邊坡1∶1.5。

根據(jù)概念方案設計景觀水線的布置，樁號左永防1+000～左永防3+008段高程286.50m 處設一馬道，寬度3～100m。對防洪堤堤身填筑進行分區(qū)設計；從迎水面至背坡分別為30cm厚的M7.5漿砌卵石面板、頂寬2.0m的砂卵石料填筑區(qū)、泥巖石渣料填筑區(qū)，迎水面坡比1∶1.0、細粒徑砂卵石保護區(qū)、泥巖石渣料填筑區(qū)。馬道以上坡比1∶1.75，坡面采用植草護坡，設計洪水位以下采用土工格柵防沖。馬道以下坡比1∶1.6，采用30cm厚M7.5漿砌卵石面板護坡，坡腳置于寬0.9m，厚0.6m的C25混凝土趾板上，趾板埋置深度為4m，滿足沖刷深度要求，基礎面層采用1.0m厚格賓網(wǎng)防沖護面，下游坡坡比1∶1.6，坡面采用框格梁草皮護坡，耕植土厚30cm，坡腳設漿砌卵石排水溝，采用梯形斷面，底寬0.5m，邊坡1∶1.5。某電站工程庫區(qū)正常蓄水位285.50m，堤后地面低于正常蓄水位，需對堤身進行防滲處理。堤身防滲采用復合土工膜+防滲墻的方式。復合土工膜采用兩布一膜，土工布采用300g/m2，土工膜厚度1.5mm，兩側(cè)各設1.5m寬的細粒徑砂卵石保護層。土工膜底部與防滲墻相接。防滲墻采用C25混凝土，厚0.6m，貫穿砂卵石覆蓋層至巖土分界線以下0.5m。

2.2 ②號堤防變更

②號堤采用土工膜心墻斜坡堤。堤頂高程高程292.50～294.54m，最大堤高17.6m，堤頂寬6.0m，堤頂路面為25cm厚的C20混凝土路面，路面設1%坡度傾向兩側(cè)，以利排水。

結(jié)合景觀規(guī)劃及水線布置，增加平臺上親水性植物的種植，及不影響后期改造，故水邊線處設置格賓石籠擋墻，擋墻頂高程285.50m，石籠擋墻基礎埋置深度4m，滿足沖刷深度要求，墻后采用棄渣回填。堤身采用石渣填筑，上游坡比1∶3，采用植草護坡，設計洪水位以下采用土工格柵防沖，下游坡邊坡1∶1.6，采用框格梁草皮護坡，耕植土厚30cm，坡腳設漿砌卵石排水溝，采用梯形斷面，底寬0.5m。某電站工程庫區(qū)正常蓄水位285.50m，堤后地面低于正常蓄水位，需對堤身進行防滲處理。堤身防滲采用復合土工膜+防滲墻的方式。復合土工膜采用兩布一膜，土工布采用300g/m2，土工膜厚度1.5mm，兩側(cè)各設1.5m寬的細粒徑砂卵石保護層。土工膜底部與防滲墻相接。防滲墻采用C25混凝土，厚0.6m，貫穿砂卵石覆蓋層至巖土分界線以下0.5m。

3 計算參數(shù)

根據(jù)初步設計報告、現(xiàn)場勘查及室內(nèi)試驗結(jié)果，得到了該電站工程堤防邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)，詳細計算參數(shù)如表1，滲流計算參數(shù)如表2，本次穩(wěn)定計算主要采用河海大學工程力學實驗室Autobank7.07（水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)）軟件[5]，對堤體采用二維滲流有限元法[6-10]進行分析計算，坡體穩(wěn)定計算工況包括正常運行工況和非正常運行工況，正常運行工況包括正常蓄水位工況和設計洪水位工況，非正常運行工況為水位驟降工況。

表1 電站工程堤防邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)

表2 工程堤防滲流計算參數(shù)

4 滲流穩(wěn)定計算結(jié)果及分析

4.1 滲流計算

表3為該電站工程各段堤防的滲流計算結(jié)果，主要包含允許坡降和滲流量。分析可知，本工程的兩段防洪堤兩段堤防的滲流出口最大坡降分別為0.051和0.033，均在允許坡降范圍內(nèi)，而各段防洪堤的最大單寬滲流量和累計滲流量均很小，不會影響庫區(qū)蓄水。

表3 工程堤防滲流計算成果

4.2 堤防穩(wěn)定計算

4.2.1 ①號防洪堤

①號堤防穩(wěn)定計算選取堤軸線上最大斷面（樁號1+098.33m）進行分析，計算方法選用目前常用的簡化畢肖普法[11-13]，其穩(wěn)定計算成果如表4和圖1。

表4 ①號堤防邊坡穩(wěn)定計算成果

圖1 ①號堤防邊坡穩(wěn)定計算

分析可知：在3種運行工況下，①號堤防迎水面和背水面的安全系數(shù)均大于規(guī)范最小允許值，其中，最不利工況為非正常運行工況（水位從286.52m驟降至277.52m）時的迎水面邊坡，此時最小安全系數(shù)僅為1.26，略大于規(guī)范最小值1.25。說明變更后的①號堤防邊坡穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

4.2.2 ②號防洪堤

該電站工程②號堤防穩(wěn)定計算選取堤軸線上最大斷面（樁號1+369m）進行分析，計算方法同樣采用簡化畢肖普法，②號堤防穩(wěn)定計算成果如表5和圖2。

表5 ②號堤防邊坡穩(wěn)定計算成果

圖2 ②號堤防邊坡穩(wěn)定計算

分析可知：在3種運行工況下，②號堤防迎水面和背水面的安全系數(shù)均大于規(guī)范最小允許值，其中，最不利工況為非正常運行工況（水位從286.42m驟降至281.58m）時的背水面邊坡，此時的最小安全系數(shù)為1.47，大于規(guī)范最小值1.25。進一步分析各工況的危險滑裂面，可知在正常運行工況時滑裂面分別位于堤防的兩側(cè)，而在非正常運行工況時（水位驟降），迎水面的滑裂面位于格賓石籠擋墻處，這是由于②號堤防迎水面坡比為1∶3，坡度非常緩造成的。穩(wěn)定計算結(jié)果說明變更后的②號堤防邊坡穩(wěn)定性同樣滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

（1）對某電站工程防洪堤設計變更方案進行了分析闡述，采用簡化畢肖普法對變更后的兩段2級堤防①號堤和②號堤進行滲流穩(wěn)定分析。

（2）兩段堤防的滲流出口坡降分別為0.051和0.033，均在允許坡降范圍內(nèi)，防洪堤的單寬滲流量和累計滲流量均很小，對庫區(qū)蓄水沒有影響。

（3）兩段堤防在3種不同運行工況下的邊坡安全系數(shù)均滿足GB50286—2013《堤防工程設計規(guī)范》相關(guān)要求，說明本次兩段堤防的結(jié)構(gòu)變更設計是合理可行的。