張萬能

（華池縣水務(wù)局，甘肅 慶陽 745600）

0 引言

華池縣葫蘆河山莊段護(hù)岸工程地處葫蘆河流域，地形西北高、東南低，工程治理段地形破碎，梁峁密布，溝壑縱橫，河谷深切，部分基巖出露，為黃土丘陵溝壑區(qū)，植被良好[1]。由于現(xiàn)狀河道坡岸為天然狀態(tài)，無明顯的設(shè)防措施，防洪標(biāo)準(zhǔn)低，夏季強(qiáng)降雨時(shí)，行洪對松散坡岸的沖掏會造成岸坡的水毀和崩塌。由于缺乏管理，未能形成河道防洪統(tǒng)一的防御系統(tǒng)，河道兩岸村民在河灘開墾種地也嚴(yán)重影響了河道行洪，因此一遇到洪水，周邊居民和良田就會受到嚴(yán)重危害[2]。

1 工程概況

華池縣葫蘆河山莊段護(hù)岸工程涉及山莊鄉(xiāng)1 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個(gè)行政村（大莊村、雷圪嶗村和山莊村）、5 個(gè)自然村（大莊、廟洼、雷圪嶗、車砭和東溝門）、1 個(gè)林場（山莊林場），共1205 戶，4813 人，耕地3.8 km2。為了確保防護(hù)區(qū)內(nèi)5 個(gè)村組4800 多人的安全，3.8 km2川臺地不被洪水淹沒，該文針對現(xiàn)有河道過流能力不足的問題，合理疏浚河道，以期達(dá)到防澇減災(zāi)的目的。為了保證上述任務(wù)的完成，本次治理河道總長為9.854km，修建防洪堤總長11.631km，其中新建生態(tài)防洪堤總長11.466km，重力式護(hù)岸0.165km。左岸防洪堤共6.558km（坡式堤防4807m，坡式護(hù)岸1586m，重力式護(hù)岸165m），右岸防洪堤5.073km（坡式堤防4422m，坡式護(hù)岸651m）。

2 場區(qū)工程地質(zhì)條件

工程區(qū)位于甘肅省東部，地勢總體上由西北向東南傾斜，為黃土梁峁丘陵地貌。工程區(qū)內(nèi)的河流下切較深，已切穿黃土至基巖[3]。區(qū)內(nèi)除老爺嶺段植被稍差外，大部分植被覆蓋較好。

工程建在葫蘆河上游二將川，治導(dǎo)線沿河道自然走向的I、Ⅱ級階地布置。該工程從廟拐溝（樁號0+000）開始，到山莊鄉(xiāng)山莊村（樁號9+854）止，治理段河道蜿蜒曲折。此次整治采取順彎就勢的方法，因此新建河堤大致沿原河床及階地布設(shè)。根據(jù)治導(dǎo)線通過的地形地貌條件，可將治導(dǎo)線通過地段分為9 段。護(hù)岸基礎(chǔ)覆蓋層中與工程密切相關(guān)的主要有第四系全新統(tǒng)沖、洪積物，地質(zhì)勘查在第四系全新統(tǒng)沖、洪積物層取土樣進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)，試驗(yàn)成果見表1。

表1 砂礫（碎）石顆粒級配試驗(yàn)成果

堤基巖性主要為洪積砂礫石層，其允許承載力建議采用0.3~0.35，變形模量為30MPa~40MPa，與混凝土的摩擦系數(shù)為0.45~0.50。下部基巖為下白堊砂頁巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚約0.3m~1.0m。基巖巖體較完整，屬較完整的厚層~塊狀結(jié)構(gòu)，其物理力學(xué)指標(biāo)為相對密度2.74~2.75，天然密度2.50g/cm3~2.51g/cm3，彈性模量540MPa~650MPa，變形模量260MPa~370MPa，泊松比0.32~0.33，單軸飽和抗壓強(qiáng)度1.0MPa~1.5MPa，抗剪（斷）摩擦系數(shù)0.40~0.45，弱風(fēng)化層的允許承載力基巖采用0.5MPa~0.8MPa，巖石允許不沖流速V允平均值取2.0m/s。

3 坡式堤防工程穩(wěn)定性分析

華池縣葫蘆河山莊段護(hù)岸工程治理采用鉸鏈?zhǔn)缴鷳B(tài)護(hù)坡和C15 細(xì)粒砼漿砌石重力式2 種形式。

坡式護(hù)岸堤頂寬度為3m，設(shè)0.5m 寬、0.2m 厚C20 混凝土壓頂。堤線基礎(chǔ)需要滿足計(jì)算沖刷深度要求，堤坡采用鉸接式生態(tài)護(hù)坡，厚度為0.15m，采用鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡砌塊鋪設(shè)，護(hù)坡坡比1 ∶1.5。鉸鏈?zhǔn)狡鰤K的規(guī)格為420mm×400mm×150mm，由絞索穿孔連接?；A(chǔ)埋深在河槽深泓線以下1.5m，基礎(chǔ)采用C20 砼澆灌處理連接，基礎(chǔ)底寬50cm，高50cm，每50m利用C20 混凝土澆灌處理連接，寬30cm。

重力式護(hù)坡采用C15 細(xì)粒砼漿砌石現(xiàn)澆，迎水坡為直墻，背水坡1 ∶0.3，堤頂厚0.5m，高5.73m~5.89m，平均高度5.81m，基礎(chǔ)高度為0.5m。墻后填筑材料選用河床開挖的砂礫石，填筑壓實(shí)系數(shù)不小于0.65。護(hù)坡頂以上高邊坡削坡比采用1 ∶0.75。每8m 設(shè)伸縮縫一道，縫寬2cm，采用聚乙烯泡沫閉孔板填縫。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB5286—2013）附錄D1.1-1，護(hù)坡的穩(wěn)定計(jì)算包括整體穩(wěn)定和邊坡內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算2種情況。計(jì)算時(shí)，華池縣葫蘆河山莊段護(hù)岸工程屬于5 級堤防，進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，基本組合系數(shù)取1.10，特殊荷載組合系數(shù)取1.05。

3.1 整體穩(wěn)定計(jì)算

邊坡的整體穩(wěn)定安全性系數(shù)是評價(jià)堤防工程穩(wěn)定性的重要參數(shù)，這是因?yàn)榈谭拦こ痰奶钪牧显谧灾鼗蛘咄夂奢d作用下，主要產(chǎn)生的是土體的抗剪變形。當(dāng)外力產(chǎn)生的抗剪應(yīng)力大于土體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，堤防工程壩體產(chǎn)生相應(yīng)的塑性變形和穩(wěn)定性失衡，導(dǎo)致壩體的滑移和坍塌，這種現(xiàn)象極易導(dǎo)致堤防工程的攔水失效。一般而言，由于壩體工程是長條形的構(gòu)筑物，其整體穩(wěn)定安全系數(shù)與壩體材料的碾軋密實(shí)度、土體性能的均勻性以及外荷載的分布有關(guān)，因此在一個(gè)計(jì)算斷面上，其結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)抗剪強(qiáng)度最小的包絡(luò)線會被破壞，需要按極限平衡法求出滑動安全系數(shù)搜索最危險(xiǎn)的滑動面。坡式堤防穩(wěn)定安全系數(shù)可按公式（1）~公式（3）計(jì)算[4-5]。

式中：f1為護(hù)坡與土坡的摩擦系數(shù)；φ為基礎(chǔ)土的摩擦角，°；c為基礎(chǔ)土的凝聚力，kN/m2；t為滑動深度，m；W1為護(hù)坡體質(zhì)量，kN；W2為基礎(chǔ)滑動體ABC 質(zhì)量，kN；W3為基礎(chǔ)滑動體BCD 質(zhì)量，kN。

根據(jù)治導(dǎo)線通過的地形地貌條件，可將治導(dǎo)線通過地段分為9 段，其分段中心樁號范圍以及不同分段范圍內(nèi)的護(hù)岸工程整體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2 和圖1 所示，表2 中v1為不沖刷水流速度，k1為護(hù)岸工程整體穩(wěn)定系數(shù)，k2為坡式護(hù)岸邊坡內(nèi)部穩(wěn)定性安全系數(shù)。從圖1 可以看出，隨著分段號的增加，護(hù)岸工程整體穩(wěn)定系數(shù)k1呈不同程度的波動，其最大值出現(xiàn)在第4 段（3+845~4+510 段），為1.48；最小值出現(xiàn)在第3 段（2+220~3+845 段），為1.23；平均值為1.33＞1.15，滿足規(guī)范要求，護(hù)坡穩(wěn)定。

圖1 護(hù)岸工程不同里程分段處的整體穩(wěn)定性曲線

表2 護(hù)岸工程整體穩(wěn)定性系數(shù)k1 和內(nèi)部穩(wěn)定性安全系數(shù)k2 計(jì)算結(jié)果

3.2 邊坡內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算

進(jìn)行邊坡內(nèi)部穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，維持極限平衡所需的護(hù)坡體內(nèi)部的摩擦系數(shù)f2值按公式（4）~公式（7）計(jì)算[6-8]。

式中：m1為枯水位以上護(hù)坡內(nèi)坡的坡率；m2為枯水位以下護(hù)坡內(nèi)坡的坡率；W1、W2為護(hù)坡體質(zhì)量。

護(hù)坡穩(wěn)定安全系數(shù)按公式（8）計(jì)算。

式中：f為護(hù)坡體內(nèi)摩擦角，度。

經(jīng)試算可得不同分段范圍內(nèi)的護(hù)岸工程內(nèi)部穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果，如圖2 所示。從圖2 可以看出，隨著分段號的增加，護(hù)岸工程內(nèi)部穩(wěn)定系數(shù)k2呈不同程度的波動，其最大值出現(xiàn)在第5 段（4+515~6+120 段），為1.46；最小值出現(xiàn)在第6 段（6+480~7+500 段），為1.24；平均值為1.35＞1.15，滿足規(guī)范要求，護(hù)坡穩(wěn)定。

圖2 護(hù)岸工程不同里程分段處的內(nèi)部穩(wěn)定性安全系數(shù)曲線

4 坡式堤防工程施工控制技術(shù)

工程采取機(jī)械作業(yè)與人工作業(yè)相結(jié)合的填筑方式，分區(qū)分段施工、分層填筑和碾軋。施工時(shí)，按照基礎(chǔ)開挖→大堤填筑和碾軋→壩體坡砌筑→基坑回填和場地恢復(fù)的流程。進(jìn)行堤壩碾軋時(shí)，砂礫土料碾軋后要求相對密度不小0.65；基坑回填時(shí)，砂礫土相對密度不小于0.60。

土方明挖以機(jī)械開挖為主，人工修整為輔。土方填筑采用裝載機(jī)配合推土機(jī)推運(yùn)、攤鋪和平整，由壓路機(jī)進(jìn)行碾軋。采用1m3挖掘機(jī)翻土，由7t~9t 羊腳碾配蛙式打夯機(jī)分層碾軋。對無條件的地段，用蛙式打夯機(jī)分層夯實(shí)，其余均由人工翻土，配蛙式打夯機(jī)分層夯實(shí)。在土方開挖過程中，為了避免對原狀土體的擾動，需要對機(jī)械設(shè)備采取一定的減振隔振措施。在壩體的填筑過程中，有必要對機(jī)械設(shè)備的施工能力和碾軋動力參數(shù)做個(gè)必要的現(xiàn)場試驗(yàn)，以確保機(jī)械設(shè)備能夠滿足現(xiàn)場實(shí)際的碾軋要求。對機(jī)械設(shè)備難以達(dá)到的邊角線和不規(guī)則轉(zhuǎn)角位置，需要采用人工方法進(jìn)行土體夯實(shí)。對施工碾軋密實(shí)后的壩體，需要對碾軋土體進(jìn)行取樣和壓實(shí)度監(jiān)測，以保證其壓實(shí)性能夠達(dá)到堤防工程的工作性能要求。

混凝土澆筑施工程序：1）需要保持交通、水、電線路暢通，混凝土拌和站建成，拌和機(jī)械安裝調(diào)試完畢，儲備砂石骨料、水泥、鋼筋以及模板等材料。2）建筑物地基按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖和處理，經(jīng)相關(guān)部門檢查驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行模板的組裝和鋼筋綁扎工作。3）合理制定工程施工計(jì)劃，力求混凝土澆筑工作連續(xù)均衡。4）做好砼的養(yǎng)護(hù)工作。本工程岸線長，建筑物多而分散，但各建筑物均較小，混凝土澆筑完成后進(jìn)行灑水或蓋濕草簾（袋）養(yǎng)護(hù)，以加強(qiáng)保護(hù)措施。

鉸鏈?zhǔn)阶o(hù)坡安裝施工的工藝：1）護(hù)坡基礎(chǔ)面施工。對護(hù)坡基面進(jìn)行整平處理。2）鉸鏈?zhǔn)筋A(yù)制塊鋼絞絲固定施工。先施工底部格埂，將鋼絞絲錨固在底部格埂中，待安裝好鉸接式預(yù)制塊后，將鋼絞絲拉緊錨固在頂部混凝土中。

5 結(jié)論

該文以華池縣葫蘆河山莊段坡式堤防工程為研究對象，采用理論計(jì)算的方法分析了整體穩(wěn)定性和邊坡內(nèi)部穩(wěn)定性，并提出相應(yīng)的施工控制技術(shù)。結(jié)果表明，坡式堤防工程整體穩(wěn)定系數(shù)k1=1.22＞1.15，坡式護(hù)岸邊坡內(nèi)部穩(wěn)定性安全系數(shù)k2=1.39＞1.15。提出的施工控制技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，有效確保了坡式堤防工程的順利施工，而堤防工程的順利建成可有效提高區(qū)域的防洪減災(zāi)能力。