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        袁河北堤滲流穩(wěn)定分析及堤基處理設計

        2022-08-12 08:16:24
        黑龍江水利科技 2022年7期
        關鍵詞:分析設計

        付 鵬

        (江西省宜春市水利水電工程監(jiān)理有限公司,江西 宜春 336000)

        1 工程概況

        袁河北堤位于袁河北岸,起于袁河攔河壩下游200m,止于羅坊鎮(zhèn)錢家村,全長30km。圩堤保護面積27km2,耕地3.10×104畝,人口2.8×104人,保護水西鎮(zhèn)18個村,羅坊鎮(zhèn)13個村,滬瑞高速、浙贛鐵路、樟宜公路、清萍公路等公共設施的防洪安全。

        袁河北堤羅坊段,起于羅坊鎮(zhèn)新長隴村,止于陳家河匯合口,整治范圍:袁河樁號K18+974-K34+980、支流馬洪河樁號BK0+000-BK1+430、支流湖頭水樁號HK0+000-HK0+650,總長約18.086km。袁河北岸現(xiàn)狀大部分無堤,僅局部有逐年填筑的低矮的小堤,沿岸高程一般為36.03-39.54m,大部分岸頂高程低于10a一遇設計洪水位39.70m-36.35m,防洪標準低,岸坡存在迎流頂沖、淘刷,汛期漫岸現(xiàn)象。

        2 堤防工程

        工程新建土堤長9.086km,現(xiàn)狀堤防加高培厚長0.57km,見表1。

        表1 袁河北堤加固情況匯總表

        3 堤身穩(wěn)定分析

        3.1 堤身滲流穩(wěn)定分析

        1)計算斷面:

        根據(jù)圩堤險段險情分布地質情況,本次選取具有代表性4個斷面進行滲流穩(wěn)定計算分析;此4個地質剖面樁號分別為K19+000、K21+800、K27+800、BK0+600。

        2)滲透指標:

        滲流計算滲透系數(shù)取值采用地質建議值。典型斷面分區(qū)的滲透系數(shù)取值見表2。

        表2 堤段滲流計算各滲透分區(qū)滲透系數(shù)取值表

        3)計算模型與程序說明:

        根據(jù)堤身填土及歷年出險情況,選取典型斷面進行滲流計算與分析。計算模型選擇《堤防工程設計規(guī)范》中E.2.1 下游坡無排水設備或有貼坡式排水時進行滲流計算。計算工況為臨水側設計洪水位,計算程序采用有限元分析軟件進行建模分析計算。

        4)計算成果:

        為分析比較堤身與堤基加固效果,對各計算斷面均進行了加固前和加固后的滲流計算。各計算斷面的滲流等勢線及浸潤線圖詳見圖1-圖4,滲流計算主要成果見表3。

        圖1 樁號K19+000 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位:39.69m)

        圖2 樁號K21+800 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位:39.16m)

        圖3 樁號K27+800 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位:37.36m)

        圖4 樁號BK0+600 滲流分析總水頭計算成果圖(設計洪水位:38.34m)

        表3 堤身最大滲透坡降Jmax計算成果表

        5)計算成果分析:

        根據(jù)地質資料,現(xiàn)狀堤身黏土允許滲透坡降為0.35,新筑堤身填土滲透系數(shù)1×10-4cm/s,堤身背水坡滲流出逸比降計算結果詳見表3。

        計算結果表明,現(xiàn)狀堤身斷面滲透穩(wěn)定不滿足要求,當?shù)躺砑痈吲嗪窈笥嬎愠龅臐B透坡降小于允許滲透坡降,堤身滲透穩(wěn)定可滿足滲透要求[1-2]。

        3.2 堤身抗滑穩(wěn)定計算

        3.2.1 計算斷面與計算參數(shù)

        堤坡穩(wěn)定計算斷面選取同滲流計算。各(巖)土層計算參數(shù)主要依據(jù)本階段進行的鉆孔勘察質檢及室內土工試驗成果選取,設計采用地質建議值,有效應力指標根據(jù)總應力指標進行適當調整。堤坡穩(wěn)定計算主要物理力學指標見表4。

        表4 堤段及臨袁河堤坡穩(wěn)定計算參數(shù)表

        本次設計堤坡穩(wěn)定計算選取相應滲流計算斷面,各斷面穩(wěn)定參數(shù)值具體詳見表3。

        計算工況為:

        1)設計水位下背水側堤坡的穩(wěn)定(穩(wěn)定滲流期),外河水位取P=10%的設計洪水位,堤內水位取內堤腳高程或堤腳池塘最高水位;

        2)設計洪水位降至堤腳時,迎水側堤坡的穩(wěn)定(非穩(wěn)定滲流期)。

        各典型斷面堤坡穩(wěn)定計算成果見表6。

        表6 堤坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

        3.2.2 計算方法和計算工況

        堤坡靜力穩(wěn)定計算按剛體極限平衡理論采用瑞典圓弧法計算。穩(wěn)定滲流期堤坡抗滑穩(wěn)定計算抗剪強度指標采用有效應力指標,非穩(wěn)定滲流期堤坡抗滑穩(wěn)定計算抗剪強度指標采用總應力指標。堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運用條件下取1.10,非常運用條件下取1.05。

        1)計算方法:

        根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》,堤防整體抗滑穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧滑動法。土堤堤坡穩(wěn)定計算方法由于對土體抗剪強度計算方法的不同,分為總應力法和有效應力法。穩(wěn)定滲流期采用有效應力法,施工期采用總應力法,外水位驟降期采用有效應力法或總應力法,并以較小值為準。

        本次設計主要是對現(xiàn)有圩堤加高培厚,現(xiàn)狀堤防加高培厚圩堤計算外河設計洪水位及驟降水位,穩(wěn)定滲流期內坡的滑動穩(wěn)定。靜力穩(wěn)定分析采用剛體極限平衡法,按均質土壩簡化計算,計算程序采用有限元分析軟件模擬計算。根據(jù)堤身地質斷面,選取堤身高度大,地質條件差的斷面進行計算[3-4]。

        2)計算工況:

        堤坡抗滑穩(wěn)定分析計算在滲流計算成果的基礎上進行。根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》,結合本工程實際情況,堤坡穩(wěn)定計算考慮以下三種計算內容:

        表5 堤坡抗混穩(wěn)定計算內容表

        3)計算成果及分析:

        計算結果表明堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均>規(guī)范規(guī)定允許安全系數(shù),抗滑穩(wěn)定滿足要求,計算成果見表6。

        由表6可知,經(jīng)計算,各工況下,加固后該斷面迎、背水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均>1.10,滿足規(guī)范要求。

        4 堤基滲流穩(wěn)定分析及處理

        4.1 概述

        堤基表層腐植土、雜填土和建筑垃圾均應清除,對位于堤基范圍內的房基、坑塘、洞穴、構筑物等隱患均要清除,清除堤基淤泥,不良堤基清除后及堤基開挖后,必須壓實方可填筑土堤。

        堤基土為第四系全新統(tǒng)沖積層,堤基地質結構類型主要為雙層結構Ⅱ1 亞類及Ⅱ2 亞類。堤基主要為工程地質條件較好(B)及工程地質條件較差(C)二種工程地質類別。

        針對堤基滲流險情,根據(jù)地形地質條件,結合江西省類似圩堤堤基防滲治理經(jīng)驗,主要采用填塘固基(水平壓蓋)的處理措施,根據(jù)地質勘察資料、險情情況和堤基滲流計算結果,需填塘堤段長0.976km,對堤后30m 范圍的塘填平至地面高程。共需填塘固基土方4.92×104m3。

        樁號K33+100-K33+750 段靠河岸灘地上有歷年來村民自建的低矮的小堤,該段低矮小堤并不能達到防洪要求,且現(xiàn)狀堤內側靠近村莊段有防洪路堤保護村莊;考慮到對行洪安全的影響,本次設計對該段低矮小堤進行清障平整處理,開挖土方堆填到該處堤后的低洼地,土方清障量為3.0×104m3。

        4.2 堤基滲流穩(wěn)定分析

        根據(jù)地質橫剖面和縱斷面資料,選擇堤基基礎較差的典型斷面樁號K27+800進行計算。計算參數(shù)見表7。計算結果見表8。

        表7 堤防土層滲流計算參數(shù)表

        表8 堤防土層最大滲透坡降Jmax計算成果表

        計算結果表明,在填塘之前,樁號K27+800 斷面Jmax>J 允下限值,堤基滲透穩(wěn)定均不滿足防滲要求,當?shù)袒捎玫毯髩航r,堤基滲透穩(wěn)定滿足要求。根據(jù)地質資料,現(xiàn)狀堤基黏(壤)土允許滲透坡降為0.35。

        4.3 填塘設計

        參照其它堤防工程填塘實踐經(jīng)驗,結合工程管理范圍和滲流計算成果,設計填塘將堤內距堤腳30m 以內的取土坑、水塘填平至原地面高程。對出現(xiàn)堤基滲流險情的堤段,填塘所用土料采用開挖利用料。

        5 結 語

        文章通過選取典型斷面,對袁河北堤進行堤身、堤基滲流穩(wěn)定計算分析,計算結果表明,加固前,堤身、堤基滲流穩(wěn)定均不滿足要求。經(jīng)過對堤身加高培厚以及堤基采取填塘固基的處理措施后,堤身、堤基滲流穩(wěn)定計算均滿足相關規(guī)范要求,防滲效果較好,且投資相對較低,說明本工程設計方案合理。

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