河道治理防洪堤工程堤身结构设计探讨

2020-05-08修建辉中交广州水运工程设计研究院有限公司

珠江水运 2020年7期

修建辉中交广州水运工程设计研究院有限公司

陈琦中交广州航道局有限公司

1.工程概况

本次治理段为闽江北港洪山桥至解放大桥段（MK33+471～MK38+471），治理河长5km，河床宽浅，主河槽蜿蜒型河段摇摆不定，河床多滩，河曲发育，河床以侧向侵蚀和冲刷破坏为主，河床既有淤积也有冲刷。工程区地下水为第四系松散岩类孔隙性潜水，含水层岩性为圆砾、砾砂及中粗砂等，地下水位埋深0.3～0.5m，水位变幅0.5m左右。经水质化学分析试验判定，地表河水对普通砼无硫酸盐腐蚀性；而地下水则对普通砼具硫酸盐弱腐蚀性，防洪堤基础设计中应采取相应处理措施。

2.堤身结构设计

2.1 刚性结构防洪堤

2.1.1 新建防洪堤

MK33+471～MK35+471段刚性结构防洪堤采用C15砼现浇坡式结构型式，堤身采用砂砾石夯填，护坡厚度自上而下由0.15m渐变为0.25m，临水坡坡比1:1.5，背边坡坡比1:1.5，基础埋深深泓线以下2.5m；坡底设深0.4m、宽0.5m基座，封顶宽50 cm，厚15cm，河床内砂砾石开挖边坡为1:0.75。堤顶宽3m，堤身由河床砂砾石填筑，压实相对密度不小于0.60。河堤护面沿纵向每4m设置一道伸缩缝，缝宽3cm，采用闭孔泡沫板填缝和聚氯乙烯胶泥止水。护坡体砼强度标号为C15，砼抗冻标号F100，针对地下水对普通砼具有硫酸盐弱腐蚀性，采用提高砼抗渗标号解决，即砼抗渗标号为W6。

2.1.2 加固加高防洪堤

加固加高段MK35+471～MK38+471段已建防洪堤经过多年运行，块石或铅丝笼块石护坡均已被洪水冲刷淘蚀，破损严重，因此对该段堤防，拆除原有块石护坡，利用完好的砂砾堤身，加固加高原堤身。防洪堤断面结构型式采用C15砼现浇梯形断面坡式结构型式，利用原砂砾石堤身，对原防洪堤加固加高，护坡厚度自上而下由0.15渐变0.25m，临水坡坡比1:1.5，背边坡坡比1:1.5，基础埋深深泓线以下2.5m；坡底设深0.4m、宽0.5m基座，封顶宽50cm，厚15 cm，河床内砂砾石开挖边坡1:0.75。堤顶宽3m，堤身由河床砂砾石填筑，压实相对密度不小于0.60。河堤护面沿纵向每4m设置一道伸缩缝，缝宽3cm，采用闭孔泡沫板填缝和聚氯乙烯胶泥止水。护坡体砼强度标号为C15，砼抗冻标号F100，针对地下水对普通砼具有硫酸盐弱腐蚀性，采用提高砼抗渗标号解决，即砼抗渗标号为W6。

2.2 柔性结构防洪堤

2.2.1 新建防洪堤

MK33+471～MK35+471段新建柔性结构防洪堤采用铅丝笼块石坡式结构型式，堤身采用砂砾石夯填，堤顶宽3m，堤身由河床砂砾石填筑，压实相对密度不小于0.60，背水坡坡比为1:1.75，河床以上铅丝笼块石护坡衬砌厚度为0.3m，铅丝笼块石下面铺设（d=5～40mm）0.3m厚的砾石垫层，临水坡坡比为1:2；河床以下基础护坡采用铅丝笼块石自沉式结构，开挖临时边坡为1:1，铅丝笼块石厚度0.6m，基础埋深为深泓线以下2.5m，施工时河床以下1.0m处铅丝笼块石护坡基础变为水平护坡基础，运行时水平护坡基础随着冲刷深度加深而加深，满足护岸基础埋深深泓线以下2.5m的要求。

2.2.2 加固加高防洪堤

加固加高段MK35+471～MK38+471段，该段河岸为农机道兼防洪堤，砂砾石堤身，其中有间断的60m堤面用砼预制块进行了护砌，其余堤面没有进行防护，经过多年的洪水冲刷，多处砼预制块护坡被冲塌，因此，对该段利用原砂砾石堤身，加固加高防洪堤。

加固加高段防洪堤也采用铅丝笼块石结构型式，为梯形断面，利用原砂砾石堤身，对原防洪堤进行加固加高，设计堤顶宽3m，堤身由河床砂砾石填筑，压实相对密度不小于0.60，背水坡坡比为1:1.75，河床以上铅丝笼块石护坡衬砌厚度为0.3 m，铅丝笼块石下面铺设（d=5～40mm）0.3m厚的砾石垫层，临水坡坡比为1:2；河床以下基础护坡采用铅丝笼块石自沉式结构，开挖临时边坡为1:1，铅丝笼块石厚度0.6 m，基础埋深为深泓线以下2.5m，施工时河床以下1.0m处铅丝笼块石护坡基础变为水平护坡基础，运行时水平护坡基础随着冲刷深度加深而加深，满足护岸基础埋深深泓线以下2.5m的要求。

表1 堤身砂砾石填筑设计指标

表2 堤防抗滑稳定成果

表3 闽江北港洪山桥至解放大桥段堤防渗透稳定成果

3.堤身填筑及稳定性分析

3.1 堤身填筑标准

本工程所计算堤身填筑材料填筑标准不同，故分别计算：堤身填筑材料均为砂砾石，本次设计砂砾石填筑相对密度不低于0.60。MK33+471～MK35+471段及MK35+471～MK38+471段砂砾石堤身干容重按以下步骤确定：

式中：D r——相对密实度；emax——最大孔隙比；emin——最小孔隙比；e——天然孔隙比；γmax——最大单位重，分别取2.20g/c3和2.22g/cm3；γmin——最小单位重，分别取1.97g/c3和1.96g/cm3。填筑料物理力学设计指标详见表1。

3.2 抗滑稳定分析

根据地质资料，堤防的堤身均为河床砂砾石，根据地质资料，治理河段堤防堤身填筑料根据物理力学指标变化计算。设计采用北京理正岩土软件边坡稳定计算程序计算堤防坡稳定安全系数，河道治理防洪堤工程堤防抗滑稳定结果详见表2。

由表2成果可知，所选典型断面在各种工况下堤防上、下游坡抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

3.3 渗流稳定分析

堤防的堤身均为砂砾石，在堤防迎水面用砼衬砌，护坡基础也为砼结构，护坡及护坡基础为弱透水性材料，具有较好的防渗效果，防洪堤可按不稳定渗流计算。设计采用北京理正岩土软件渗流分析计算程序用公式法计算堤防渗透参数，用来判断堤防的渗透稳定性，黑甘38+902～黑甘43+471段渗流稳定成果见表3。

从表3可以看出，护坡堤防在稳定渗流时浸润线在背水坡出溢，背水坡坡面出溢比降小于容许渗透坡降，堤身渗透稳定，堤基计算出溢比降小于地基容许渗透坡降，地基渗透稳定，另外由于防洪堤堤身采用河床砂砾石填筑，属于混合反滤层，渗流途径较长，堤防地基属强透水的砂砾石层，计算中为无限深，加之水头较小，洪水期历时较短，难以形成稳定渗流。