新田镇防洪工程圩堤除险加固分析

2015-07-25邓君承

陕西水利 2015年3期

邓君承丛野

（江西省赣西土木工程勘测设计院江西宜春 336000）

1 新田镇防洪工程圩堤现状

宜春市袁州区新田镇防洪工程位于宜春市袁州区新田镇境内袁河支流金瑞河中下游两岸，防护面积5km2，保护耕地0.5万亩，保护人口0.3万人。新田镇防洪工程河道宽约30m～50m，现状河道均为天然河道。

圩堤现状内、外坡基本为草皮护坡，堤外滩地宽窄不一，局部地带河岸紧贴堤脚，迎流顶冲严重。1973年发生特大洪水，倒塌居民住房5幢，冲毁河岸700余m。1975年发生特大洪水，倒塌居民住房7幢，冲毁河岸500余m。2005年发生洪水，造成新田金瑞河河岸倒塌130余m。2010年发生洪水，造成新田镇上、下街头河岸塌陷。

2 地质概况

区内地层主要为第四系全新统覆盖层、白垩系上统南雄组砂砾岩、二叠系乐平组砂岩、粉砂岩、二叠系小江边组炭质页岩夹灰岩及二叠系茅口组灰岩。本区大地构造单元位于扬子准地台、江南台隆、萍乡～乐平台陷、萍乡～高安凹褶断束。据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001）的界定，区内动峰值加速度小于0.05g，区域稳定性较好。

防洪工程在河道左岸1+122.480～1+282.040拟建防洪墙基础持力层可选用砂砾石层、河道右岸0+908.250～1+293.600拟建防洪墙基础持力层可选用砂砾石及强风化炭质页岩夹灰岩。河道右岸2+390.310～2+649.000拟建防洪墙基础持力层可选用弱风化灰岩。

防洪工程沿线左岸1+832.250～2+127.880、右岸2+390.310～2+649.000堤岸表层基本为轻粉质壤土（局部表层为重壤土），中部为砂壤土及中细砂，下为砂砾石，河岸临河陡岸、迎流顶冲，且各土层抗冲刷能力较差，河岸稳定性差，存在崩岸、塌岸等不良物理地质现象。建议对其进行护岸或固脚处理。

3 防洪墙布置

针对工程现状条件，对迎流顶冲和严重风浪淘刷的圩堤险段进行护坡、护岸、固脚处理，设计采用砼挡墙固脚，对穿越集镇、村庄等地形受限地段，采用砼挡土墙方案。对无险情的迎水坡及背水坡仍采用草皮护坡。

防洪墙布置在桩号新左1+122.480～1+282.040、新右 0+908.25～1+293.600、新右2+390.310～2+649.000，总长 803.60m。

3.1 防洪墙结构型式的选定

由于两岸受公路、房屋等公共设施的限制，空间有限，防洪墙只能选择直墙型式，通过计算，该段防洪墙高约为7.6m～8.2m。根据类比工程，一般采用的结构型式有：C15砼重力式防洪墙、C15砼衡重式防洪墙等。方案比较选取桩号新左1+150为典型断面，单位长度为工程量计算进行，下面针对以上几种结构型式进行方案比较分述如下：

3.1.1 方案分析

方案Ⅰ：重力式防洪墙方案。防洪墙C15砼结构，墙高8.2m，顶宽0.6m，墙趾、墙踵宽0.8m，高 1.0m，迎水面 1∶0.45，背水面 1∶0.10，防洪墙下设0.10m厚的C10砼垫层，基础座落于砂砾石层上。

方案Ⅱ：衡重式防洪墙方案。防洪墙为C15砼结构，墙高8.2m，顶宽0.6m，墙趾宽0.8m，高1.0m，迎水面1∶0.15，背水面从上而下坡比分别为 1∶0.3、1∶0.4，平台宽3.28m，平台至墙底高3.69m，防洪墙下设0.10m厚的C10砼垫层，基础座落于砂砾石层上。

表1 两种方案防洪墙典型断面稳定及地基应力计算成果表

表2 两种方案主要工程量及工程造价比较表

3.1.2 防洪墙稳定及地基应力计算

本次考虑最不利工况：防洪墙墙前无水、墙后土体为天然容重情况，此时防洪墙所受荷载有自重、土压力等。

（1）抗滑稳定计算

防洪墙的抗滑稳定采用下式公式计算：

式中，Kc——抗滑稳定系数；

F——防洪墙基础与砂砾石基础摩擦系数，取 f=0.45；

∑G——作用防洪墙上所有垂直力的合力，kN；

∑P——作用防洪墙上所有水平力的合力，kN。

（2）抗倾稳定计算

防洪墙的抗倾稳定采用下式公式计算：

式中，Ko——抗倾稳定系数

∑My——所有垂直合力对防洪墙的抗倾覆力矩，kN·m；

∑Mo——所有水平合力对防洪墙抗倾覆力矩，kN·m。

（3）地基应力计算

防洪墙地基应力采用下式公式计算

A——防洪墙地基底面的面积，m2；

B——防洪墙地基底面宽度，m；

其他符号意义同前。

两种运行情况下，两种方案防洪墙典型断面稳定及地基应力计算成果表见表1。

由表1计算成果可以看出，拟定的两种结构型式的防洪墙的抗滑、抗倾均满足规范要求。

3.2 方案选取

两种方案工程量及工程造价比较表见表2（表中仅列出主要工程量，计算长度为1m）。

由表2可知，从材料选择上分析，衡重式防洪墙方案（方案Ⅱ）造价更低，比方案Ⅰ省209元/米，且方案Ⅱ开挖量少，占地更少，结合工程实际情况，本工程择优选择C15砼衡重式防洪墙方案（方案Ⅱ）。

4 防洪墙结构设计

防洪墙为衡重式C15砼结构，顶宽0.6m，墙趾宽0.8m，高 1.0m，迎水面1∶0.15，背水面从上而下坡比分别为1∶0.3、1∶0.4，平台宽3.28m～3.04m，平台至墙底高3.69m～3.42m，墙高8.2m～7.6m（其中新左1+122.480～1+282.040、新右 0+908.25～1+293.600墙高 8.2m，新右 2+390.310～2+649.000墙高7.6m），防洪墙下设0.10m厚的C10砼垫层。

防洪墙上设有C20钢筋砼底梁，尺寸0.20m×0.6m（高×宽），底梁上设有0.7m钢筋砼防浪板；墙后设有4.0m宽的泥结石公路。

防洪墙分缝距为10m，沥青杉板嵌缝，墙身排水管采用φ50PVC管，梅花形布置，孔距2m，排距2m，设置砂卵石反滤料(200mm×600mm×600mm)。

新左1+122.480～1+282.040防洪墙基础坐落于砂砾石层、新右0+908.25～1+293.600防洪墙基础坐落于砂砾石及强风化炭质页岩夹灰岩，承载力均可满足要求。新右2+390.310～2+649.000防洪墙基础坐落于重粉质壤土上，层厚为0.9m～3.5m，下卧弱风化灰岩。由于重粉质壤土为软卧层，承载力只有80 kPa，不满足要求，本次设计采取砂砾石换填法对重粉质壤土进行置换。要求填筑砂砾石最大粒径为200mm～300mm。小于0.1mm粒径含量应≤5%，小于5mm粒径含量应控制在20%～30%之间。压实后的设计干容重不小于2.1t/m3。