李 園

（山西省晉中市水利建筑工程總公司，晉中 榆次 030600）

1 概況

汾河流域自然資源豐富，生產(chǎn)條件得天獨(dú)厚，汾河中下游地區(qū)是山西省糧棉經(jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)，歷來就是防洪減災(zāi)的重點(diǎn)保護(hù)區(qū)。

新絳縣地處汾河下游，是汾河流經(jīng)運(yùn)城的第一站，汾河在新絳縣境內(nèi)總流程45.90km，自東向西橫穿4鎮(zhèn)（龍興鎮(zhèn)、萬安鎮(zhèn)、古交鎮(zhèn)、橫橋鎮(zhèn)）。2021年10月發(fā)生秋汛洪水，108國道橋下游澮河入汾口以下至新絳稷山縣界段，現(xiàn)有舊堤防多處堤段發(fā)生水毀，致使兩岸大片農(nóng)田被淹沒，對(duì)兩岸人民造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水毀堤防共36處，總長度2.068km。

2 汾河新絳段存在的問題

本河道治理段汾河左右岸大部分筑有防洪堤，主要由低液限粘（粉）土組成，局部為級(jí)配不良砂，局部段為生活及建筑垃圾，土質(zhì)不均，干密度偏低。其次，部分河段沒有修筑防洪堤，或是防洪堤斷面不滿足要求。

2.1 部分河段堤防工程不完善

現(xiàn)有部分河段堤防存在高度、強(qiáng)度不夠等問題。2021年10月洪水的洪峰流量超過1000m3/s，現(xiàn)有舊堤防多處地段發(fā)生水毀，個(gè)別部位出現(xiàn)裂縫。部分河段防洪堤的土質(zhì)不均勻、干密度偏低，總體質(zhì)量較差；局部防洪堤存在缺口、低洼處以及改線段等問題，甚至部分段無防洪堤，堤防缺失、不連續(xù)。根據(jù)本次防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，建設(shè)范圍內(nèi)部分堤防工程達(dá)不到設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 部分河道過流能力不足

部分河段存在行洪寬度不夠、堤線不順、過流能力不足的情況。根據(jù)本次防洪標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，約有5.838km河道的堤防需要拆除退建。

2.3 部分河段主槽距離堤防較近

現(xiàn)有河道內(nèi)控導(dǎo)工程，控制河勢(shì)的能力不足，使部分堤防處于主流直接頂沖的位置，河道主槽距離堤防過近，沖刷嚴(yán)重，造成多處險(xiǎn)工險(xiǎn)段，一旦發(fā)生大洪水，將難以防守。

2.4 河道內(nèi)存在建筑垃圾堆放問題

從現(xiàn)場(chǎng)查勘的情況來看，河道沿岸的公路建設(shè)，將大量的建筑垃圾傾倒在河道內(nèi)，使河道行洪斷面變窄，行洪嚴(yán)重受阻，如萬安鎮(zhèn)東馬村段河道左岸位置，大量建筑垃圾已將堤防覆蓋。垃圾堆放妨礙行洪現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，河道天然調(diào)蓄功能嚴(yán)重萎縮。

3 工程治理方案

根據(jù)治導(dǎo)線規(guī)劃及《汾河干流防洪治理規(guī)劃》，結(jié)合河道現(xiàn)狀，按20年一遇標(biāo)準(zhǔn)加高培厚現(xiàn)有不達(dá)標(biāo)堤防；充分利用現(xiàn)有岸堤，按照堤距寬滿足300m的要求進(jìn)行位置調(diào)整，堤防退建；對(duì)有防護(hù)對(duì)象的無堤防河段進(jìn)行堤防興建。本次設(shè)計(jì)加固改造堤防23.366km，其中：其中新建堤防2.576km，退建堤防5.838km，加高培厚堤防14.952km；

3.1 堤防形式設(shè)計(jì)

3.1.1 新建土堤

根據(jù)治導(dǎo)線規(guī)劃，結(jié)合河道現(xiàn)狀，按20年一遇標(biāo)準(zhǔn)及堤距寬滿足300m的要求進(jìn)行堤防新建。本次設(shè)計(jì)加固改造堤防總長度23.4km，其中：新建堤防2.6km，退建堤防5.8km。退建堤防段需進(jìn)行舊堤防拆除，重新修建。新建堤防斷面采用梯形斷面，堤頂寬6m，臨水側(cè)邊坡為1∶2，背水側(cè)邊坡為1∶2。堤防填筑時(shí)需對(duì)基礎(chǔ)及現(xiàn)有壩面進(jìn)行清基處理，清基深度0.5m，見圖1所示。

圖1 新建土堤剖面圖

3.1.2 舊土堤加高培厚

根據(jù)20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核結(jié)果，對(duì)不達(dá)標(biāo)舊堤防進(jìn)行加高培厚，本次設(shè)計(jì)加高培厚堤防總長度14.952km。舊堤防加高培厚型式與新建堤防斷面保持一致，采用梯形斷面，臨水側(cè)邊坡為1∶2，背水側(cè)邊坡為1∶2，堤頂寬6m。舊堤防加高培厚前除需進(jìn)行清基外，清基厚度0.5m，見圖2所示。

圖2 舊堤防加高培厚剖面圖

3.1.3 水毀段土堤修復(fù)

108國道橋下游澮河入汾口以下至新絳稷山縣界段，現(xiàn)有舊堤防水毀共36處，總長度2.068km，對(duì)水毀段堤防進(jìn)行重建，堤防型式同新建土堤。

同時(shí)水毀導(dǎo)致現(xiàn)有堤防部分位置產(chǎn)生裂縫。對(duì)出現(xiàn)細(xì)小裂縫堤段進(jìn)行壓實(shí)后再施工；對(duì)較大裂縫局部進(jìn)行開挖，重新回填。根據(jù)查明隱患情況，決定開挖范圍。開挖中發(fā)現(xiàn)新情況，必須跟蹤開挖，直至全部除盡，但不得掏挖。開挖時(shí)預(yù)留邊坡和臺(tái)階，以免崩塌。回填土不得使用開挖土料，且開挖槽內(nèi)不得有積水、樹根等雜質(zhì)。新舊土結(jié)合處應(yīng)刨毛壓實(shí)，以保證緊密結(jié)合。

3.2 堤防滲流及滲透穩(wěn)定分析

3.2.1 計(jì)算工況及方法

本次工程堤防屬4級(jí)堤防。根據(jù)地質(zhì)資料，本次堤防滲流穩(wěn)定計(jì)算，選擇了新建堤防及堤防加高、培厚兩種斷面作為典型斷面進(jìn)行分析計(jì)算。

滲流計(jì)算采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所編制的水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AutoBANK）。該程序內(nèi)部采用有限元技術(shù)，可對(duì)土石壩、堤防、涵洞、水閘等水工建筑物進(jìn)行詳細(xì)的分析計(jì)算。AutoBANK使用四邊形八節(jié)點(diǎn)等參元求解。目前滲流分析包括的功能有穩(wěn)定滲流分析輸出等勢(shì)線、滲流量、浸潤線、水力坡降、任意點(diǎn)的流場(chǎng)數(shù)據(jù)、任意斷面的流場(chǎng)數(shù)據(jù)分布圖。計(jì)算工況：①設(shè)計(jì)最高水位，穩(wěn)定滲流期；②水位降落期。

3.2.2 土層力學(xué)參數(shù)選定

根據(jù)《工程地質(zhì)勘察報(bào)告》中建議及采用的土層物理力學(xué)指標(biāo)。

表1 工程段土層物理力學(xué)指標(biāo)采用表

3.2.3 滲流計(jì)算結(jié)果成果分析

本次共計(jì)算了2個(gè)斷面2種工況下滲流情況。滲流計(jì)算成果見表2，滲流計(jì)算等勢(shì)線圖見滲流計(jì)算附圖3～圖6。

圖3 左岸新建堤防斷面穩(wěn)定滲流期滲流圖

圖6 左岸舊堤加高培厚斷面水位降落期滲流算圖

表2 滲流穩(wěn)定計(jì)算分析成果表

滲流計(jì)算包括兩種工況：一是高水位滲流穩(wěn)定期，滲流水從背水坡逸出，這種工況體現(xiàn)背水坡的滲流穩(wěn)定情況；二是水位降落期，滲流水從迎水坡的逸出情況，這種工況反映迎水坡滲流穩(wěn)定情況。

由圖3可見，左岸新建堤防在滲流穩(wěn)定期，背水坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。浸潤線逸出點(diǎn)處于背水側(cè)坡腳處。出逸比降0.265小于允許出逸比降0.45。

由圖4可見，左岸新建堤防在滲流穩(wěn)定期，背水坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。出逸比降0.231小于允許出逸比降0.45。

圖4 左岸新建堤防斷面水位降落期滲流計(jì)算圖

由圖5可見，左岸加高培厚舊堤防在滲流穩(wěn)定期，背水坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。浸潤線逸出點(diǎn)處于背水側(cè)坡腳處。出逸比降0.234小于允許出逸比降0.45。

圖5 左岸舊堤加高培厚斷面穩(wěn)定滲流期滲流計(jì)算圖

由圖6可見，左岸加高培厚舊堤防在滲流穩(wěn)定期，背水坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。浸潤線逸出點(diǎn)處于背水側(cè)坡腳處。出逸比降0.221小于允許出逸比降0.45。

由以上計(jì)算結(jié)果和圖形分析可以看出，各種斷面形式的背水坡、迎水坡滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)，均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 堤坡穩(wěn)定計(jì)算分析

4.1 計(jì)算工況及方法

本次設(shè)計(jì)的堤防屬4級(jí)堤防。根據(jù)地質(zhì)資料，本次堤坡穩(wěn)定計(jì)算選擇了最高新建堤防、最低新建堤防及堤防加高培厚三種斷面作為典型斷面進(jìn)行分析計(jì)算。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）要求，堤防抗滑穩(wěn)定應(yīng)包括正常情況和非常情況，結(jié)合本工程具體情況，其與水位組合、計(jì)算方法及要求的安全系數(shù)見下表3。

表3 計(jì)算工況、計(jì)算方法及要求的安全系數(shù)

4.2 荷載組合

堤防穩(wěn)定計(jì)算作用荷載主要有自重、水壓力和堤壩車輛及人群荷載。堤壩車輛及人群荷載按8kPa考慮，分布寬度4.5m。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），在進(jìn)行堤防圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定分析時(shí)，對(duì)土體容重的選取根據(jù)浮力和滲透力對(duì)抗滑穩(wěn)定的影響性質(zhì)不同，按以下原則確定：

①外坡水位以下的土體取浮容重；②浸潤線以上的土體取天然容重；③浸潤線與外坡水位之間的土體，在計(jì)算滑動(dòng)力矩時(shí)采用飽和容重，在計(jì)算抗滑力矩時(shí)采用浮容量。

4.3 左岸堤防邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果分析

左岸土堤的邊坡穩(wěn)定計(jì)算，采用黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司與河海大學(xué)工程力學(xué)研究所共同研究院編制的《土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)HH-Slope》進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 左岸土堤邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果匯總表

通過《土石壩邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)HH-Slope》計(jì)算，可知兩種斷面的三種工況下，求得的左岸邊坡穩(wěn)定系數(shù)K，均大于設(shè)計(jì)要求的安全值，符合設(shè)計(jì)要求，根據(jù)計(jì)算值進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性模擬，見圖7。

圖7 左岸新建堤防斷面邊坡穩(wěn)定計(jì)算圖

由圖7可見，左岸新建堤防正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用的安全系數(shù)均高于設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)，滑弧未從背水坡和迎水坡滑出，滑弧落在基礎(chǔ)上。

左岸舊堤加高培厚堤防正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用的安全系數(shù)均高于設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)，滑弧均從背水坡和迎水坡滑出，滑弧落在基礎(chǔ)上，詳見圖8。

圖8 左岸舊堤加高培厚斷面邊坡穩(wěn)定計(jì)算圖

4.4 右岸堤防邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果分析

本次共計(jì)算了2個(gè)斷面、3種工況。邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析成果見表5，計(jì)算滑弧見穩(wěn)定模擬圖計(jì)算見圖9～圖10。

圖10 右岸舊堤加高培厚斷面邊坡穩(wěn)定計(jì)算圖

表5 右岸堤防邊坡穩(wěn)定系數(shù)成果匯總表

圖9 右岸新建堤防斷面邊坡穩(wěn)定計(jì)算圖

由圖可見，右岸新建堤防正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用的安全系數(shù)均高于設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)?；【鶑谋乘潞陀禄觯÷湓诨A(chǔ)上。

由圖可見，右岸舊堤加高培后堤防正常運(yùn)用和非正常運(yùn)用的安全系數(shù)均高于設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)。滑弧均從背水坡和迎水坡滑出，滑弧落在基礎(chǔ)上。

綜上，各種工況下，滑弧均未從背水坡和迎水坡滑出，滑弧落在基礎(chǔ)上。在正常應(yīng)用和非常應(yīng)用兩種情況下計(jì)算的各種工況安全系數(shù)均大于設(shè)計(jì)要求的安全系數(shù)，故邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語

河道治理工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，工程措施應(yīng)與生物措施相結(jié)合。同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)河道治理段上游區(qū)域的環(huán)境保護(hù)和水土保持，上、下游生態(tài)環(huán)境才會(huì)相得益彰，和諧發(fā)展。河道治理工程也不是一勞永逸的，需要加強(qiáng)管理、適時(shí)觀測(cè)，根據(jù)河勢(shì)的變化逐年投入資金用于維護(hù)，使其發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。