腰口隔堤加固施工抗滑稳定安全分析

潘永胆，邹朋成

（西藏集为建设工程有限公司，拉萨 850000）

项目起于洪湖市乌林镇水府村附近，与赤壁长江公路大桥北岸接线对接，路线向北跨G351，于乌林镇水府村设乌林枢纽互通与武汉至监利高速公路交叉，经双河村、朝阳村，上跨下内荆河，过小港管理区，上跨黄观公路至汊河镇沿湖村，设汊河互通接S214后下穿800 kV超高压电力线，过汊河镇红三村、搓头村、新墩村，上跨洪排河，过南昌村后上跨S214，经董河村、小河村，于洪中村设戴家场服务区，上跨峰瞿公路，过戴家场镇南侧，于螺滩设连接线，后向西南布线，过刘家湾进入监利县，途径渡口、青龙村，下穿800 kV超高压电力线，过杨家台、前途村、土地村、姜油村、官马湖村，终点与监利至江陵高速公路分盐枢纽互通对接，线路全长62.535 km[1]。

乌林枢纽互通跨越腰口隔堤，跨度为40 m，大桥与堤防斜交，堤顶与桥底板间净空约为8.9 m。堤内近堤桥墩（G3#桥墩）距堤脚最近约2.5 m，堤外近堤桥墩（G4#桥墩）距堤脚最近约5.0 m；右岸无明显堤防[2]。

1 工程地质与水文

勘察设计研究院采用地质测绘、钻探、原位测试和室内岩土试验等综合勘察手段对工程河段进行了工程地质勘察工作，乌林枢纽互通工程河段周边工程地质勘察成果如下。

1.1 地形地貌

桥址区属冲积平原地貌区，地势平坦开阔，桥梁主要跨越沟渠而建设，沟渠内地表水较丰富，地面标高介于22.9～23.6 m之间。桥位区仅有乡村小路、机耕路通过，交通条件较差。

1.2 地质构造

项目区位于两湖断坳的沔阳坳陷二级构造单元。加里东-印支运动区内表现为不均匀升降运动，未形成褶皱、断裂构造形迹[3]。燕山运动为区内主要构造运动，其构造形迹构成了区内主体构造格局，喜马拉雅运动表现为不均匀差异升降运动，形成了现代地貌景观。桥址区被第四系覆盖，勘探深度范围内未见基岩。

1.3 地层岩性

根据地质调绘和钻探资料，桥址区勘探深度范围内地层主要由第四系湖冲积成因（Q4l+al）的黏性土、粉土及砂层组成。

1.4 水文地质条件

桥址区地表水系较发育，主要为沟渠内流水及鱼塘内积水，主要接受大气降水补给，水位受雨水控制。项目区地下水主要有3种类型，分别是上层滞水、孔隙潜水、孔隙承压水。

上层滞水为毛细水和薄膜水，近地表分布广泛。孔隙潜水水量小、水位不稳定。孔隙承压水勘察的承压水静止水位埋深为0.0～0.5 m。根据文献资料，承压水位变化幅度约8.5 m[4]。

1.5 地震及区域稳定性

本区抗震设防烈度为6°，设计地震分组为第1组，地震动峰值加速度为0.05 g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。乌林枢纽互通桥梁属重大工程，按7°设防。

桥位区地势平坦开阔，桥址区未见滑坡、崩塌和泥石流等不良地质现象，新构造运动不强烈，断裂构造不发育，属相对稳定地块，地基稳定[5]。

1.6 不良地质和特殊性岩土

乌林枢纽互通桥址区现状未见滑坡、崩塌和泥石流等不良地质现象。

2 腰口隔堤

2.1 堤防现状

腰口隔堤位于洪湖分蓄洪区内部，蓄洪期间防御东分块蓄洪区洪水，蓄洪设计水位30.48 m。堤基为多层结构，地表为Q4al-l2粉质粘土，厚1.40～4.60 m，局部沟塘处，下部淤泥质粘土出露；向下依次为淤泥质粘土、粉质粘土、淤泥质壤土，厚度分别为1.60～3.80 m、1.00～4.00 m、3.00～9.40 m；底部主要为Q4al-l1粘土、粉质壤土和粉砂层。桩号18+898～19+133段有粉砂透镜体分布，厚2.00 m，地面以下埋深6.60 m。堤基分段类型为C类，存在沉降变形、抗滑稳定问题，局部可能存在渗透破坏问题，工程地质条件较差[6]。

2.2 加固措施

腰口隔堤25.574 km，腰口隔堤堤防级别为2级。堤顶高程为蓄洪水位30.48 m以上2.0 m，即32.48 m；堤顶宽度为8.0 m；内外边坡均为1∶3；在隔堤背水坡高程28.48 m处设置宽度为3 m的戗台。

3 抗滑稳定计算

3.1 计算原理

根据GB 50286—2013《堤防工程设计规范》规定，堤坡稳定采用瑞典圆弧法进行计算[7]。

3.2 计算工况和参数

根据GB 50286—2013《堤防工程设计规范》规定，堤防抗滑稳定计算分正常运用条件和非正常运用条件，结合本工程实际情况，选取最不利工况进行复核计算，确定计算内容如下：

1）正常运用条件。设计洪水位下稳定渗流期的背水侧堤坡稳定计算。

2）非正常运用条件。设计洪水位骤降期的临水侧堤坡稳定计算。

本次抗滑稳定安全计算选取乌林互通大桥涉水桥墩跨越的腰口隔堤，分别进行工程建设前、施工期、工程建设后堤防抗滑稳定分析计算[8]。

本次计算堤身、堤基各土层物理力学参数指标选用勘察设计公司提供的工程地质成果见表1。

表1 土层物理力学指标

3.3 计算模型

采用有限元软件对腰口隔堤进行模型简化，建立三维数值模型，模拟乌林互通大桥涉水桥墩对腰口隔堤抗滑稳定的影响，剖分模型形成计算网格，建立计算模型。腰口隔堤三维有限元模型网格，如图1所示。

图1 腰口隔堤剖面三维有限元模型网格

3.4 计算结果及分析

工程建设前、施工期、工程建设后抗滑稳定计算结果如表2、图2—图5所示。工程前稳定渗流期背水侧抗滑稳定安全系数计算值为2.61，骤降期临水侧2.77；工程后稳定渗流期背水侧抗滑稳定安全系数计算值为2.58，骤降期临水侧2.73；工程前后变化不大，工程前后腰口隔堤抗滑稳定安全系数均大于允许值1.15。计算结果表明，工程前后腰口隔堤抗滑稳定满足规范要求。

图5 工程后腰口隔堤剖面堤外侧稳定计算结果（水位骤降）

表2 工程前后堤防抗滑稳定计算成果表

图2 工程前腰口隔堤剖面堤内侧稳定计算结果（稳定渗流）

图3 工程前腰口隔堤剖面堤外侧稳定计算结果（水位骤降）

图4 工程后腰口隔堤剖面堤内侧稳定计算结果（稳定渗流）

4 结论

综上所述，水利工程的建设关系到周围居民的生命安全，所以必须做好相关工程的加固措施，其中腰口隔堤是水利工程的基础部分必须加以重视，增强其稳固性。文章通过三维有限元软件对乌林互通大桥涉水桥墩跨越的腰口隔堤，建立抗滑稳定计算模型，计算分析工程前、后腰口隔堤稳定安全系数，能够更加精准地对腰口隔堤的抗滑稳定性进行分析，为相关的工作人员提供借鉴，同时为后期的加固施工提供数据。