南城县芦河水黄狮渡河段土堤加固与护岸设计分析

曹新福

（南城县株良镇农业农村工作局,江西 南城 344703）

1 工程概况

南城县芦河水黄狮渡河段位于沙洲镇,涉及新村、车田、黄狮渡、李家、后车、水合等村庄,圩区人口密集、村庄沿河而建,总人口1.57 万人,耕地面积1.1 万亩。南城县芦河水黄狮渡河段河道治理包括芦河水、支流邓坊水、后车水两岸及石峡水右岸等河段,其中芦河河段治理范围起点位于芦河与济广高速桥相交处,沿水流向下游延伸,途径新村、车田、黄狮渡、李家等村庄,终于芦河与后车水汇合口处,河道长度6.94 km；支流邓坊水治理河道全4.92 km,支流后车水治理河道全长5.02 km,支流石峡水治理河段位于沙洲镇水合村前,全长0.63 km。该河段现状由土堤、少量挡土墙及天然河岸组成,多年来未进行统一规划整治,仅部分段落进行过治理,其余河道仍然存在着一定问题。主要表现在：堤身低矮、防洪标准低,低于10 年一遇防洪标准,易遭受洪、涝灾害；芦河及其支流邓坊水、后车水、石峡水部分河段由于无滩地或滩地较窄,河水直冲河岸,河岸被水流淘蚀现象严重,常造成崩岸、塌坡等险情。

2 土堤加固与护岸设计

2.1 土堤加固设计

根据工程现状、险情、地形条件、防洪规划,以保护村庄、农田、公路等建筑物为目标,芦河左岸黄狮渡段采用土堤加高加固的方式,形成封闭防洪圈。具体设计如下：

（1）堤身断面

南城县芦河水黄狮渡河段治理工程土堤段堤身均采用粘性土防渗。加固土堤设计断面为堤顶宽3.5 m,临水坡为1∶2.0,背水坡为1∶2.0,堤顶设厚度0.04 m 彩色沥青路面,路基为厚度0.2 m 水泥稳定层。粘性土压实度不小于0.91。堤顶临水侧设花岗岩栏杆。

图1 堤身横断面图

（2）堤顶高程计算

堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定,根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013,以下简称《规范》）,堤顶超高按以下公式计算：

波浪按《规范》附录C 公式计算：

式中：Y为堤顶超高,m；R为设计波浪爬高,按《规范》附录C 公式确定,m；e为设计风壅增水高度,按《规范》附录C 公式确定,m；A为安全加高,对5 级堤防A=0.5 m；K为综合摩阻系数,可取K=3.6×10-6； 为风向与垂直于堤线的法线的夹角,（°）；H为平均波高,m；T为平均波周期,s；L为波长,m；V为计算风速,取历年汛期最大风速平均值的1.5 倍,本区域汛期多年平均最大风速为12.0 m/s；F为风区长度,F=55 m；d为水域的平均水深,d=2.1 m；g为重力加速度,取9.81 m/s2；KΔ为斜坡的糙率及渗透性系数,根据护面类型按表C.3.1-1 确定；Kp为爬高累计频率换算系数,可按表C.3.1-3 确定；KΔ为经验系数,可根据风速V、堤前水深d、重力加速度g组成的无维量,按表C.3.1-2 确定；m为斜坡坡率,m=ctga,a为斜坡坡角,（°）。

堤顶超高计算成果详见表1。经计算结果分析,参照相关工程经验,土堤堤顶超高设计洪水位0.5 m,堤顶设花岗岩栏杆挡水（允许越浪）,挡水顶高程超高设计洪水位0.8 m。

表1 堤顶高程计算成果表 单位：m

2.2 堤身稳定分析

（1）堤身渗流稳定分析

选取加固土堤典型断面按临水侧设计洪水位、背水侧无水工况,计算采用北京理正软件设计研究院开发的“理正岩土工程计算分析软件”中的“渗流分析计算”模块[1]。具体计算参数见表2,堤身背水坡渗流出逸比降计算结果见表3。

表3 堤身最大渗透坡降Jmax 计算成果表

计算结果表明,各计算断面Jmax＜J允,设计堤身断面满足堤身渗流稳定要求。

（2）堤身稳定计算

土堤稳定计算取正常情况进行,计算工况：

① 设计洪水位下的稳定渗流期背水侧的稳定；

② 设计洪水位降落至枯水位时的临水侧堤坡稳定。

根据堤身土质、地质条件及堤身断面情况,选取堤身高度大、地质条件差（堤基有粉细砂等）典型断面进行分析计算。计算断面各土层物理力学参数根据地质报告中提供的成果选取。

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《边坡稳定设计软件3.0 版》进行计算。计算采用简化毕肖普法[2]。计算成果见表5 及附图2～图5,计算结果表明,堤身稳定安全系数均大于规范规定允许安全系数,满足要求。

图5 典型断面背水坡稳定计算成果图（桩号5+000）

表4 各典型断面稳定计算参数指标表

表5 堤坡稳定计算成果表

图2 典型断面迎水坡稳定计算成果图（桩号4+480）

图3 典型断面背水坡稳定计算成果图（桩号4+480）

图4 典型断面迎水坡稳定计算成果图（桩号5+000）

2.3 护岸设计

（1）护岸形式

对于农田保护区,主要以稳定河势为主,对河岸进行防护,防止河岸倒塌,毁坏农田。

综合考虑,防洪工程土堤临水坡采用砼预制框格草皮护坡,背水坡均采用草皮护坡。设计护岸主要采用抛（干砌）石固脚和干砌块石型式护岸；局部采用砼仿木桩固脚和生态挡墙砖防护。

1）芦河护岸工程

主要采用抛（干砌）石固脚对河岸进行防护,固脚总长4.015 km。芦河水桩号Z5+116 处有排洪渠, 桩号为P0+000～P0+200,排洪渠岸坡局部倒塌,排洪渠右岸修建道路与堤顶公路连接,方便当地村民出行,因此排洪渠两岸采用生态挡墙砖防护,护岸总长0.38 km。

2）邓坊水工程布置

主要采用干砌石护岸,以稳定河势。其中,左岸干砌石护岸长度为3.51 km；右岸干砌石护岸长度为3.02 km。邓坊水干砌石护岸总长6.53 km。

3）后车水工程布置

农田保护区主要采用干砌石护岸,以稳定河势。后车村为古村落,为与当地人文环境相结合,采用生态治理方案,底部砼仿木桩固脚,岸坡整治后采用草皮护坡。后车水左岸干砌石护岸长度为3.12 km；右岸干砌石护岸长度为2.795 km。

后车村为古村落,古村落前河段采用生态治理方案,底部砼仿木桩固脚,岸坡整治后采用草皮护坡。砼仿木桩左岸长0.52 km；右岸长0.52 km。干砌石护岸总长5.915 km；砼仿木桩固脚总长1.04 km。

4）石峡水工程布置

支流石峡水治理河段位于沙洲镇水合村右岸采用砼预制框格护坡,全长0.63 km。

表6 芦河水黄狮渡河段治理工程土堤加固情况表

表7 芦河水黄狮渡河段治理工程固脚护岸加固情况表

（2）抛石护岸设计

考虑抗冲、级配及石料来源等影响因素,经计算,斜坡上块石最小粒径d=0.13 m,平缓底坡上块石最小粒d=0.16 m。考虑到枯水期的风浪影响和工程实际施工条件及参照我省其它堤防工程经验,水平底坡和斜坡上抛石粒径取不小于0.25 m～0.30 m,相应块石重量为22 kg～38 kg[3]。

3 结语

为彻底摆脱洪涝灾害的威胁,提高河道堤防防洪标准,改善原有生产生活条件,保障居民的生命财产安全,提升圩堤内人民的幸福指数,迫切需要对现有防护区堤防进行加固。通过对南城县芦河水黄狮渡河段进行治理,设计采用加高加固土堤,抛（干砌）石固脚、干砌块石护岸、砼仿木桩固脚、生态挡墙砖防护等护岸方案,通过复核计算分析了堤防的稳定性,证明土堤加固和护岸设计方案合理。南城县芦河水黄狮渡河段加固后,有力提高了圩区内河道两岸的防洪能力,减少了保护区的洪、涝灾害,为圩区提供安定的生产环境,促进地方经济的发展。