某护岸工程整体稳定性验算分析

魏军扬，张静华，郑澄锋

(1.中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200000；2.南京水利科学研究院 岩土工程研究所，江苏 南京 210024；3.江苏天健工程管理咨询有限公司，江苏 南通 226007)

某护岸工程包括桥梁两侧沿河道两边各30 m范围。护岸工程边坡级别为三级，环境类别为Ⅰ类，堤防工程级别为三级。护岸形式采用复式护岸，临河坡度比1∶3，断面长度8.68 m，中间设4.94 m平台；临路侧坡度比1∶1.5，断面长度2.4 m。护岸类型为常规浆砌块石护岸，由于该护岸为一生态公园建设中的部分工程，考虑到景观要求，部分护岸也可采用生态景观护岸砌块形式或抗酸碱绿色生态袋护岸形式。该文根据地质勘探资料及规范要求，参考文献[1-15]对该护岸断面进行稳定性分析验算，为相关工程计算提供指导和借鉴。

1 土层物理力学性质

经野外钻探、原位测试及室内土工试验，测得各层土的物理力学指标和原位测试数据，其中计算所需部分物理力学性质指标见表1。

表1 地基土承载力建议值

2 边坡稳定性验算方法

2.1 计算公式

根据GB 50286—2013《堤防工程设计规范》，该护岸稳定性验算采用瑞典圆弧法(见图1)。

i为土条编号；l 为单个土条的滑动面长度(m)，l=bsecθi；θi为条块的重力线与通过该条块底面中点半径之间的夹角(度)；Wi为条块重力(kN)，浸润线以上取重度，以下取饱和重度；ci、φi为土的抗剪强度指标，分别为黏聚力、内摩擦角，采用总应力法时取总应力指标，采

2.1.1 通用方法(瑞典条分法)

瑞典条分法是条分法中最古老、简单的方法，该方法由于忽略了条间力的作用，不能满足所有静力平衡条件，计算所得安全系数一般比其他较严格的计算方法所得安全系数低。出于对工程边坡稳定安全的保守考量，中国规范建议土坡稳定性分析采用该方法。该方法适用于使用工况和施工工况。计算公式如下：

(1)

式中：K为由整个滑体剩余下滑力计算的安全系数。

2.1.2 通用方法(瑞典条分法)考虑地震作用

该方法适用于地震工况。依据JTG B02—2013《公路工程抗震规范》，该工程建筑场地类别为Ⅲ类，抗震设防烈度为Ⅶ度，可不用考虑竖向地震作用，只需考虑水平向地震作用。水平地震力为：

Esi=CiCzKhφiWWi

(2)

式中：Esi为作用于第i个土条的水平地震力(kN)；Ci为重要性修正系数；Cz为综合影响系数，一般取0.25；Kh为水平地震系数，取0.1；φiW为水平地震荷载沿墙高的分布系数，该工程水平加速度类型为矩形，φiW取1.0；Wi为第i个土条的重力(kN)，有地下水时包括地下水的重力。

（1）完善科技人才评价体系。探索人才评价标准的多样化和个性化，根据人才工作性质和从事岗位进行分类评价，对应用技术研究人才、科技成果转化人才以及科技创新服务人才进行分类评价，完善相应的评价指标体系，改善以往简单量化评价科技人才产出的做法。

水平地震力对抗滑力的贡献(分子)为：

ΔTi=-Esisinθitgφi

(3)

式中：ΔT为水平地震力对滑弧的抗滑作用(kN)，作用方向为滑动反方向。

水平地震力(作用于土条质心处)对下滑力的贡献(分母)为：

(4)

(5)

式中：ΔP为水平地震力对滑弧的下滑作用(kN)，作用方向为滑动方向；Mc为地震力矩(kN·m)；R为滑弧半径；yc为圆心的y坐标(m)；yE为地震力作用位置的y坐标(m)。

该工程在水平地震作用下的安全稳定系数为：

(6)

2.2 计算说明

边坡整体稳定性计算方法采用瑞典条分法，选择所有护岸类型进行验算。使用工况和地震工况，按圆弧滑动面计算。根据地质资料，河道两岸地层起伏较平缓，选择一个最不利地质断面进行计算；坡顶超载按5 kN/m计算。假设坡脚标高为零，各工况组合标高见表2。

表2 工况组合

3 护岸边坡稳定性验算过程

3.1 施工工况验算

施工工况下稳定性验算计算模型见图2。

图2 施工工况计算模型(单位：m)

采用通用方法即瑞典条分法，滑裂面形状采用圆弧滑动法，暂时不考虑振动作用。计算目标为安全系数，指定圆心范围搜索最危险滑裂面。坡面信息见表3，土层信息见表4。水面信息采用总应力法，考虑渗透力作用，不考虑边坡外侧静水压力。土条重切向分力与滑动方向反向时，当下滑力对待；条分法的土条宽度为 0.5 m；搜索范围最小为X=0.0 m、Y=5.0 m，最大为X=12.0 m、Y=20.0 m；搜索时圆心步长为0.5 m，半径步长为0.5 m。以坡脚处为坐标原点(X=0，Y=0)。

表3 坡面信息

表4 土层信息

根据式(1)计算，施工工况下边坡稳定安全系数K=686.357/404.848=1.695。

若以计算模型坡脚为原点，最不利滑动面滑动圆心坐标为 (6.50 m，12.26 m)，滑动半径=15.161 m。根据GB 50286—2013，施工工况下允许最小安全系数为1.10，而计算结果为1.695，该工程施工工况下稳定性满足要求。

3.2 使用工况验算

使用工况计算模型、控制参数、坡面信息、土层信息、水面信息、计算条件等与施工工况相似，验算过程也基本相同。使用工况下边坡稳定安全系数K=661.887/329.769=2.007。若以计算模型坡脚为原点，最不利滑动面滑动圆心坐标为 (7.38 m，14.26 m)，滑动半径=16.634 m。根据GB 50286—2013，使用工况下允许最小安全系数为1.20，而计算结果为2.007，该工程使用工况下稳定性满足要求。

3.3 地震工况验算

地震工况计算模型、控制参数、坡面信息、土层信息、水面信息、计算条件等与施工工况相似，主要区别为考虑地震作用。地震烈度7 度，水平地震系数 0.100，地震作用综合系数 0.250，地震作用重要性系数1.000，地震力作用位置为质心处，水平加速度分布类型为矩形。验算过程与施工工况基本相同。根据式(6)，地震工况下边坡稳定安全系数K=666.489/349.448=1.907。若以计算模型坡脚为原点，最不利滑动面滑动圆心坐标为 (7.14 m，14.36 m)，滑动半径=16.821 m。根据GB 50286—2013，地震工况下允许最小安全系数为1.05，而计算结果为1.907，该工程地震工况下稳定性满足要求。

各工况下该工程稳定性验算结果见表5。

表5 河道边坡整体稳定性计算结果

4 结论

(1)按照设计断面的放坡坡率进行护岸，施工工况、使用工况、地震工况下护岸的整体稳定性系数均满足规范要求。

(2)安全系数使用工况大于地震工况，地震工况大于施工工况，施工中需加强护岸挡墙等构筑物的抗滑能力，如在一些挡墙下部增设抗滑凸隼，甚至可增设方桩等，以增强护岸的稳定性。在保证护岸稳定性的前提下，加强临河护岸的防冲刷性能。建议护岸类型除采用常规浆砌块石护岸外，也可采用生态景观护岸砌块形式或抗酸碱绿色生态袋护岸形式，以获得更好的生态景观效果。