袁河北堤渗流稳定分析及堤基处理设计

付 鹏

(江西省宜春市水利水电工程监理有限公司，江西 宜春 336000)

1 工程概况

袁河北堤位于袁河北岸，起于袁河拦河坝下游200m，止于罗坊镇钱家村，全长30km。圩堤保护面积27km2，耕地3.10×104亩，人口2.8×104人，保护水西镇18个村，罗坊镇13个村，沪瑞高速、浙赣铁路、樟宜公路、清萍公路等公共设施的防洪安全。

袁河北堤罗坊段，起于罗坊镇新长陇村，止于陈家河汇合口，整治范围：袁河桩号K18+974-K34+980、支流马洪河桩号BK0+000-BK1+430、支流湖头水桩号HK0+000-HK0+650，总长约18.086km。袁河北岸现状大部分无堤，仅局部有逐年填筑的低矮的小堤，沿岸高程一般为36.03-39.54m，大部分岸顶高程低于10a一遇设计洪水位39.70m-36.35m，防洪标准低，岸坡存在迎流顶冲、淘刷，汛期漫岸现象。

2 堤防工程

工程新建土堤长9.086km，现状堤防加高培厚长0.57km，见表1。

表1 袁河北堤加固情况汇总表

3 堤身稳定分析

3.1 堤身渗流稳定分析

1)计算断面：

根据圩堤险段险情分布地质情况，本次选取具有代表性4个断面进行渗流稳定计算分析；此4个地质剖面桩号分别为K19+000、K21+800、K27+800、BK0+600。

2)渗透指标：

渗流计算渗透系数取值采用地质建议值。典型断面分区的渗透系数取值见表2。

表2 堤段渗流计算各渗透分区渗透系数取值表

3)计算模型与程序说明：

根据堤身填土及历年出险情况，选取典型断面进行渗流计算与分析。计算模型选择《堤防工程设计规范》中E.2.1 下游坡无排水设备或有贴坡式排水时进行渗流计算。计算工况为临水侧设计洪水位，计算程序采用有限元分析软件进行建模分析计算。

4)计算成果：

为分析比较堤身与堤基加固效果，对各计算断面均进行了加固前和加固后的渗流计算。各计算断面的渗流等势线及浸润线图详见图1-图4，渗流计算主要成果见表3。

图1 桩号K19+000 渗流分析总水头计算成果图(设计洪水位：39.69m)

图2 桩号K21+800 渗流分析总水头计算成果图(设计洪水位：39.16m)

图3 桩号K27+800 渗流分析总水头计算成果图(设计洪水位：37.36m)

图4 桩号BK0+600 渗流分析总水头计算成果图(设计洪水位：38.34m)

表3 堤身最大渗透坡降Jmax计算成果表

5)计算成果分析：

根据地质资料，现状堤身黏土允许渗透坡降为0.35，新筑堤身填土渗透系数1×10-4cm/s，堤身背水坡渗流出逸比降计算结果详见表3。

计算结果表明，现状堤身断面渗透稳定不满足要求，当堤身加高培厚后计算出的渗透坡降小于允许渗透坡降，堤身渗透稳定可满足渗透要求[1-2]。

3.2 堤身抗滑稳定计算

3.2.1 计算断面与计算参数

堤坡稳定计算断面选取同渗流计算。各(岩)土层计算参数主要依据本阶段进行的钻孔勘察质检及室内土工试验成果选取，设计采用地质建议值，有效应力指标根据总应力指标进行适当调整。堤坡稳定计算主要物理力学指标见表4。

表4 堤段及临袁河堤坡稳定计算参数表

本次设计堤坡稳定计算选取相应渗流计算断面，各断面稳定参数值具体详见表3。

计算工况为：

1)设计水位下背水侧堤坡的稳定(稳定渗流期)，外河水位取P=10%的设计洪水位，堤内水位取内堤脚高程或堤脚池塘最高水位；

2)设计洪水位降至堤脚时，迎水侧堤坡的稳定(非稳定渗流期)。

各典型断面堤坡稳定计算成果见表6。

表6 堤坡抗滑稳定计算成果表

3.2.2 计算方法和计算工况

堤坡静力稳定计算按刚体极限平衡理论采用瑞典圆弧法计算。稳定渗流期堤坡抗滑稳定计算抗剪强度指标采用有效应力指标，非稳定渗流期堤坡抗滑稳定计算抗剪强度指标采用总应力指标。堤坡抗滑稳定安全系数正常运用条件下取1.10，非常运用条件下取1.05。

1)计算方法：

根据《堤防工程设计规范》，堤防整体抗滑稳定计算采用瑞典圆弧滑动法。土堤堤坡稳定计算方法由于对土体抗剪强度计算方法的不同，分为总应力法和有效应力法。稳定渗流期采用有效应力法，施工期采用总应力法，外水位骤降期采用有效应力法或总应力法，并以较小值为准。

本次设计主要是对现有圩堤加高培厚，现状堤防加高培厚圩堤计算外河设计洪水位及骤降水位，稳定渗流期内坡的滑动稳定。静力稳定分析采用刚体极限平衡法，按均质土坝简化计算，计算程序采用有限元分析软件模拟计算。根据堤身地质断面，选取堤身高度大，地质条件差的断面进行计算[3-4]。

2)计算工况：

堤坡抗滑稳定分析计算在渗流计算成果的基础上进行。根据《堤防工程设计规范》，结合本工程实际情况，堤坡稳定计算考虑以下三种计算内容：

表5 堤坡抗混稳定计算内容表

3)计算成果及分析：

计算结果表明堤身抗滑稳定安全系数均>规范规定允许安全系数，抗滑稳定满足要求，计算成果见表6。

由表6可知，经计算，各工况下，加固后该断面迎、背水坡抗滑稳定安全系数均>1.10，满足规范要求。

4 堤基渗流稳定分析及处理

4.1 概述

堤基表层腐植土、杂填土和建筑垃圾均应清除，对位于堤基范围内的房基、坑塘、洞穴、构筑物等隐患均要清除，清除堤基淤泥，不良堤基清除后及堤基开挖后，必须压实方可填筑土堤。

堤基土为第四系全新统冲积层，堤基地质结构类型主要为双层结构Ⅱ1 亚类及Ⅱ2 亚类。堤基主要为工程地质条件较好(B)及工程地质条件较差(C)二种工程地质类别。

针对堤基渗流险情，根据地形地质条件，结合江西省类似圩堤堤基防渗治理经验，主要采用填塘固基(水平压盖)的处理措施，根据地质勘察资料、险情情况和堤基渗流计算结果，需填塘堤段长0.976km，对堤后30m 范围的塘填平至地面高程。共需填塘固基土方4.92×104m3。

桩号K33+100-K33+750 段靠河岸滩地上有历年来村民自建的低矮的小堤，该段低矮小堤并不能达到防洪要求，且现状堤内侧靠近村庄段有防洪路堤保护村庄；考虑到对行洪安全的影响，本次设计对该段低矮小堤进行清障平整处理，开挖土方堆填到该处堤后的低洼地，土方清障量为3.0×104m3。

4.2 堤基渗流稳定分析

根据地质横剖面和纵断面资料，选择堤基基础较差的典型断面桩号K27+800进行计算。计算参数见表7。计算结果见表8。

表7 堤防土层渗流计算参数表

表8 堤防土层最大渗透坡降Jmax计算成果表

计算结果表明，在填塘之前，桩号K27+800 断面Jmax>J 允下限值，堤基渗透稳定均不满足防渗要求，当堤基采用堤后压浸时，堤基渗透稳定满足要求。根据地质资料，现状堤基黏(壤)土允许渗透坡降为0.35。

4.3 填塘设计

参照其它堤防工程填塘实践经验，结合工程管理范围和渗流计算成果，设计填塘将堤内距堤脚30m 以内的取土坑、水塘填平至原地面高程。对出现堤基渗流险情的堤段，填塘所用土料采用开挖利用料。

5 结 语

文章通过选取典型断面，对袁河北堤进行堤身、堤基渗流稳定计算分析，计算结果表明，加固前，堤身、堤基渗流稳定均不满足要求。经过对堤身加高培厚以及堤基采取填塘固基的处理措施后，堤身、堤基渗流稳定计算均满足相关规范要求，防渗效果较好，且投资相对较低，说明本工程设计方案合理。