小青龙河堤防型式与稳定分析

宋来春，李 桢

（1.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，武汉 430000；2.四川水利职业技术学院，成都 610000）

河道堤防的型式多样，其稳定性直接影响到河道的防洪安全。汤万龙等[1]分别采用瑞典条分法、毕肖普法、简布法和摩根斯坦-普莱斯法计算了堤防边坡的稳定安全系数。李俊艳[2]针对清水河河道的特点，综合分析比较了浆砌石重力式岸墙、斜坡式铅丝笼石护堤、钢筋混凝土悬臂式岸墙3种护岸型式。王绪彬等[3]针对河道防洪现状及目前存在的问题对防洪堤设计，对不同型式河堤、护岸进行方案比选，并对防洪堤堤岸及护岸挡墙进行抗滑稳定分析计算。臧玉燚等[4]采用Autobank有限元分析软件，对营口大辽河左岸堤防进行了稳定性计算，并对堤防稳定敏感性进行了分析。

小青龙河堤防工程是小青龙河绿地建设项目的一部分，堤线布置在满足行洪要求的基础上，以提升城市形象、打造宜居环境为目的，景观优先，堤线布置与堤身结构以景观设计为基础，适配自然宜居、人文休闲、活力滨水城市形象的生态景观河道设计。本文针对小青龙河的特点，对不同河道的堤型进行选择与布置，并对其结构稳定性进行分析。

1 堤防型式分析

根据景观规划设计布置，沿河堤型分为以下几种。

1.1 护岸

将岸坡削为1∶2.5的稳定边坡，然后采用30 cm厚雷诺护垫衬护，雷诺护垫下垫一层土工布反滤，底端伸入基岩不小于0.5 m，以满足防冲要求；为使常水位315.00 m以上不裸露衬护材料，也便于为上部景观衬护留有空间，雷诺护垫顶部高程取为314.80 m。雷诺护垫垂直高度5.5～6.5 m。

1.2 仰斜式挡墙

仰斜式挡墙采用C20砼浇筑，墙顶高程314.80 m，墙顶宽0.5 m，背坡1∶1.0，面坡1∶1.25，墙脚设置趾板，趾板宽1.0 m，厚1.0 m，埋入基岩深度不小于0.5 m。墙身设置D50PVC排水孔，间、排距1.5 m，孔后采用400 g/m2土工布反滤。仰斜式挡墙垂直高度5.5～6.5 m。

1.3 抗滑桩加格宾石笼

部分堤段有污水管顺水流方向埋设于岸坡内，而岸坡较陡，为使污水管不间断正常运行，又不裸露于地表之外，不能采用削坡的方式进行岸坡处理，为达到固坡和防冲的目的，采用抗滑桩加格宾石笼的处理措施，抗滑桩用于固坡，格宾石笼用于防冲。抗滑桩采用C25钢筋砼桩，桩径0.5 m，置于边坡中下部，单排布置，间距3.0 m，桩体伸入岩基不小于桩长的1/3，桩顶距离处理后的地表1.0 m。格宾石笼置于坡脚，截面尺寸1.0 m×1.0 m。根据堤坡收坡点位置的不同，格宾石笼竖向箱体数量为2～4个，箱体自身坡度1∶0.5，箱体顶部以上的堤坡为1∶2.5，其中，314.80 m以下的堤坡采用30 cm厚雷诺护垫衬护，雷诺护垫下垫一层土工布反滤。

1.4 抗滑桩

区别于抗滑桩加格宾石笼的是，纯抗滑桩方案用于埋设有污水管而堤坡较缓的堤段。经抗滑桩固坡后，在314.80 m以下采用雷诺护垫护坡。抗滑桩采用C25钢筋砼桩，桩径0.5 m，置于边坡中下部，布置三排，间排距3.0 m，桩体伸入岩基不小于1/3桩长，桩顶距离处理后的地表1.0 m。314.80 m以下的岸坡削为1∶2.5，采用30 cm厚雷诺护垫衬护，雷诺护垫下垫一层土工布反滤，底端伸入基岩不小于0.5 m。

1.5 衡重式挡墙

衡重式挡墙墙顶与规划道路齐平，墙高8.0～16.0 m，顶宽1.0～1.5 m，上墙背坡坡度为1∶0.45，下墙背坡坡度为1∶0.25，衡重平台宽1.5～3.0 m，上墙与下墙高度比为4∶6。基础置于弱风化泥岩，要求地基承载力不小于0.45 MPa。墙背采用石渣碾压填筑，墙前采用大块石回填护脚，基础埋深不小于0.5 m，墙身设置D50PVC排水孔，间排距1.5 m，孔后采用400 g/m2土工布反滤。

根据景观规划设计布置和河道的特点，沿河堤型选择如下：①建设红线紧临道路，例如自然宜居段右岸中部，水边线、红线、道路边线几乎重叠，地形狭窄，无景观布置，须采用占地小、与道路能充分结合的堤型，即采用衡重式挡墙，墙顶留出道路垫层及路面铺筑空间。②活力滨水段左岸，目前河岸边坡较陡，边坡内埋设有污水管道，污水管顶离地面厚度较小，不能采取开挖放缓边坡的措施，否则污水管会露出地面，影响美观，且有施工可能挖断管道，发生污水泄漏的风险。因此，该段需直接对边坡进行加固处理，采用抗滑桩加固边坡，坡脚采用格宾石笼护脚防冲。③在河岸边坡较缓、景观布置有铺装的情况下，采用仰斜式挡墙堤型，无铺装的情况下，采用护岸堤。

2 典型堤型的稳定性分析

2.1 护岸堤

护岸堤稳定计算方法采用简化毕肖普法，计算软件采用河海大学工程力学研究所研制的土石坝边坡稳定分析系统（HH-SlopeR1.0)。稳定计算包括局部和连同堤基的整体稳定计算。

河道堤身填料及堤基土物理力学指标见表1和表2。

表1 河道库岸覆盖层物理力学指标建议值

表2 河道库岸岩体力学指标建议值

计算工况包括：①正常水位稳定渗流期时临水侧堤坡——正常情况；②设计洪水位骤降2.5 m时临水侧堤坡——正常情况；③施工期临水侧堤坡——非常情况。

根据地勘资料选取堤防高度最大的断面进行计算，堤坡稳定计算采用河海大学工程力学研究所研制的土石坝边坡稳定分析系统（HH-Slope R1.0）及条块间作用力毕肖普法进行计算。计算简图如图1所示。护岸堤稳定计算成果见表3。

图1 堤坡稳定计算简图

表3 护岸稳定计算成果表

由表3可知，护岸稳定计算各工况安全系数均满足规范要求。

2.2 衡重式堤

考虑3种工况情况：①施工期——非常情况；②正常水位形成的稳定渗流期——正常情况；③设计洪水位降2.5 m——非常情况。

该工程为4级堤防工程。挡土墙按4级设计，按照SL 379—2007《水工挡土墙设计规范》，对岩基和土基分别采取抗剪断公式和抗剪公式来计算其稳定性。

分别截取15 m高的置于岩基的断面和8.0 m高置于岩基的断面进行计算，结果见表4。

由表4可知，挡墙稳定计算各工况安全系数均满足规范要求。

表4 挡墙稳定计算成果表

2.3 抗滑桩加固堤

计算采用Slide软件，毕肖普圆弧法，考虑3种工况情况：①施工期——非常情况；②正常水位形成的稳定渗流期——正常情况；③设计洪水位降2.5 m——非常情况。计算简图如图2所示。抗滑桩加固堤坡稳定计算成果见表5。

图2 抗滑桩力加固堤坡稳定计算简图

由表5可知，护岸稳定计算各工况安全系数均满足规范要求。

格宾石笼处理的堤防，是基于抗滑桩加固的，不再单独评价其稳定性。

表5 抗滑桩加固堤坡稳定计算成果表

2.4 仰斜式堤

仰斜式计算的理论与工况同衡重式，计算成果见表6。

表6 仰斜式挡墙稳定计算成果表

由表6可知，挡墙稳定计算各工况安全系数均满足规范要求。

3 结论

本文针对小青龙河不同河段的特点对几种典型的堤防型式进行了选择与布置，采用边坡稳定分析软件，对各堤型进行了抗滑和抗倾覆稳定性分析。分析结果表明，各堤防的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。