江西赤田港堤稳定分析及除险加固方案设计

施佳敏，丛 野

（江西省赣西土木工程勘测设计院，江西 宜春 336000）

赤田港堤自建成以来，遭受了多次洪水袭击，经过多年加固建设，工程面貌得到改观，防洪能力有一定提高，但现有堤防单薄，堤身变形沉陷，大部分堤脚紧贴河岸，河岸冲刷、塌岸严重。为确保保护区人民生命财产和重要设施的安全，尽快完善防洪治涝工程体系，提高抗洪及排涝能力，尽快实施高沙堤除险加固工程是非常必要的。本文结合赤田港堤实际情况对其防护堤展开设计分析。

1 工程概况

奉新县赤田港堤地处奉新县宋埠镇境内，位于潦河右岸及支流石鼻河下游左岸，圩堤起于宋埠镇堂庄村岗前老屋，止于宋埠镇中保村车头，全长7.27 km。圩堤防护面积7.25 km2，保护耕地1.05万亩，保护人口1.45万人，保护宋埠镇的堂庄、天宝和中保等3个村、S40高速公路、S226省道、X063乡道的防洪安全。

随着时间的推移，圩堤局部堤身边坡陡，堤身变形沉陷，河岸冲刷、塌岸严重；长期以来，防护区内受洪水影响，洪涝灾害频发，给当地人民生活带来许多困难、工农业生产带来较大损失，严重制约着当地国民经济的发展和人民生活水平的进一步提高。

2 加固前堤身稳定分析

2.1 加固前堤身渗流稳定分析

赤田港堤现状主要险段均无任何渗流观测资料，本次渗流安全分析以地质勘探成果和运行管理中出现的问题为基础，结合施工回忆等有关资料，采用有限单元法进行渗流安全分析评价[1]。

2.1.1 计算断面确定

根据赤田港堤险段地质剖面图中堤身堤基的地质情况，本次渗流计算选取桩号:堂1+326、2+613作为典型断面进行分析。

2.1.2 渗透指标确定

本次计算断面渗流分析以近期室内外土工试验成果为基础，综合施工回忆及运行期出现的问题后确定。断面分区的渗流系数是综合考虑本次地质勘察资料的室内外土工试验成果，采用地勘建议值。典型断面分区的渗透系数取值见表1。

表1 加固前各典型断面渗透分区表

2.1.3 允许坡降

1）堤坡出逸点允许渗透坡降

堤坡出逸坡降临界值按下式计算:

式中：Jc为堤坡出逸临界渗透坡降；γ1'为土料浮容重，kN/m3；γ为水容重，10 kN/m3；φ为土料内摩擦角；β为下游堤坡坡角；C为土料凝聚力；Kc为安全折减系数，Kc=3.5。

计算可得，壤土为主的填筑土堤坡出逸点允许渗透坡降J允＝0.43。

2）堤基覆盖层水平允许渗透坡降

根据地勘资料，堤基壤土J允=0.40，细砂J允=0.10，中粗砂J允=0.12。

2.1.4 稳定渗流复核计算

根据规范《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）结合本工程实际情况，渗流分析计算考虑迎水侧设计洪水与背水侧相应水位组合情况。按上述工况组合进行计算，各典型断面渗透坡降值及单宽流量值见表2。

表2 加固前各典型断面稳定渗流期渗流计算成果表

2.1.5 程序说明

本次渗流计算分析采用北京理正软件设计研究所编制的土石坝二维渗流计算程序，程序的求解方法是基于三角形单元的有限元法，用改进平方根法直接求解线性代数方程组。

2.1.6 渗流计算结果分析

1）整体安全性分析

根据典型断面有限元法计算分析，稳定渗流期渗流性态符合均质堤防渗流场分布规律，各断面背水坡最大出逸坡降小于其允许值。

2）局部渗透分析

由表3可以看出，在设计洪水期的稳定渗流期，桩号：堂1+326堤基为细砂，桩号：堂2+613堤基为壤土，由于赤田港堤段填塘压浸已列入其他项目实施，经计算填塘压浸后其最大水平渗透坡降均小于其允许值，堤基不存在渗透破坏问题，故本项目不再需要采取措施防止堤基破坏。

2.2 加固前堤坡稳定分析

本次设计堤坡稳定计算选取2个典型断面，与渗流计算相同，各断面稳定参数采用近期地勘试验成果值具体见表3。

两种工况计算方法采用北京理正软件研究所开发的岩土工程系列软件进行计算。计算采用简化毕肖普法。各典型断面堤坡稳定计算成果见表4。

表3 加固前各典型断面稳定计算参数指标表

表4 加固前各典型断面堤坡稳定计算成果表

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定，正常运用条件下5级堤防抗滑稳定系数Kc≥1.20，由表5可知，迎水侧、背水侧堤坡安全系数均大于1.20，满足规范抗滑稳定要求。

由于本工程堤身仅在小范围进行培厚，同时结合堤防抗滑稳定计算成果，现状堤防已满足抗滑稳定要求，故加固后不再需要进行抗滑稳定计算。

3 防洪堤加固方案

现状防洪堤防洪标准均高于10年一遇水位，加固后堤顶高程基本维持现状堤顶高程，堤顶宽2.6 m～5.7 m，堤防边坡较陡本次设计拟对桩号:堂 0+000～4+955（4955 m）、5+580～7+270（1690 m），总长6645 m，进行堤身达标、加固培厚处理。

3.1 堤身设计断面拟定

根据圩堤现状、设计导则，本次设计堤线基本维持现状，土堤标准断面为堤顶宽4.0 m，迎水坡坡比不陡于1∶2.5，背水坡坡比不陡于1∶2.0。堤顶高程与现状堤顶基本相同，且不低于所在河段设计洪水位加1.2 m。

对于现状堤顶宽度大于上述设计值的、高度大于设计值的，基本维持原堤宽、堤高不变，对于坡度不陡于设计值的，基本维持原坡度不变。应挖除深根系灌乔木，凹凸部位整坡处理。

3.2 沟渠设计

赤田港堤现有堤脚沟渠由灌溉沟渠及排涝沟渠组成，对堤防保护区内的农业生产有较大影响。堤脚部分沟渠已为砼衬砌，部分土质沟渠坍塌严重，局部已阻塞。本次加固以“保护堤身安全，保证灌溉用水渠道畅通”为原则，对桩号:堂1+625～1+877（长 252 m）、2+259～2+477（长 218 m）、2+712～2+812（长 100 m），总长570 m。沟渠均采用U型槽衬护，结构形式UD100型。

4 结语

赤田港堤除险加固工程的实施，可使防洪堤能够防御10年一遇（P=10%）的洪水标准。不仅可以保护工农业生产的正常进行和镇郊农作物丰收，以及乡镇基础设施建设，也可以解决圩堤局部堤身边坡陡，迎流顶冲段河岸冲刷、塌岸，穿堤建筑物破损、砼老化等问题，对维护保护区内的生态系统平衡，加速乡镇经济社会发展，保护区内社会经济发展和居民生命财产安全具有重要意义。