沈志平

(江門市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

江門市潭江河流治理工程是納入《全國(guó)中小河流治理和病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固、山洪地質(zhì)災(zāi)害防御和綜合治理總體規(guī)劃》的江河主要支流及獨(dú)流入海河流治理項(xiàng)目，治理范圍為潭江上游恩城至下游銀洲湖出?？冢ǘ髌?、開平、臺(tái)山、新會(huì)4段。臺(tái)山市地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，夏季以東南季候風(fēng)為主，冬季以東北季候風(fēng)為主；據(jù)臺(tái)山氣象站51年資料統(tǒng)計(jì)，臺(tái)山市多年平均氣溫22℃，歷史最高氣溫38.3℃(2005年7月19日)，最低氣溫-0.1℃(1957年2月11日)；多年平均日照時(shí)間1841.7h，多年平均相對(duì)濕度80%。臺(tái)山市多年平均蒸發(fā)量1080.4mm，干旱指數(shù)為0.56。此外，臺(tái)山市境內(nèi)年徑流也具有年際變化較大和年內(nèi)分配不均的特點(diǎn)。臺(tái)山市境內(nèi)堤段普遍存在防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)低、堤身低矮單薄、穿堤水閘及涵閘結(jié)構(gòu)老化、設(shè)備殘舊等問題，同時(shí)本河段由于深槽迫岸，堤防迎流頂沖等多次出現(xiàn)險(xiǎn)情，急需治理，本文主要討論4段中的臺(tái)山段治理工程。

2 防洪堤線布置

2.1 布置原則

防洪堤堤線布置的優(yōu)劣，直接關(guān)系到整個(gè)工程的合理性和建成后所發(fā)揮的功用，尤其對(duì)工程投資大小影響重大[1]。堤線布置時(shí)，應(yīng)根據(jù)防洪規(guī)劃，以及地形、地勢(shì)、地貌和地質(zhì)條件，結(jié)合現(xiàn)有及擬建建筑物的位置、型式、施工條件和河流歷史演變，充分估計(jì)下伏層地質(zhì)狀況，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比評(píng)后綜合分析確定[2- 4]。本次潭江河流治理工程(臺(tái)山段)堤線布置原則如下：

(1)維持原潭江河勢(shì)流向，并與大洪水的主流線大致平行，修整局部不順暢之處，以利行洪。

(2)堤線力求平順，各堤段平緩連接，并盡可能利用現(xiàn)有堤防。

(3)堤線盡量布置在占地及拆遷房屋少的地帶，以利于防汛搶險(xiǎn)和工程管理，同時(shí)降低工程投資，減少施工難度。

2.2 堤線布置

經(jīng)過對(duì)工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘，并結(jié)合當(dāng)?shù)厮姓鞴懿块T對(duì)本工程建設(shè)的建議和要求，確定潭江河流治理工程臺(tái)山段的治理范圍為大江段、水步段及白沙段，全長(zhǎng)23165m。其中大江段治理長(zhǎng)度14190m，水步段治理長(zhǎng)度4285m，白沙段治理長(zhǎng)度4690m，共保護(hù)耕地12.64萬畝，保護(hù)人口16.14萬人。

(1)大江段

該段堤防位于潭江右岸，起于林沖口水閘(潭江臺(tái)山段與新會(huì)段分界處)，止于漁業(yè)水閘(大江段與水步段分界處)。林沖口水閘至公益自來水廠段沿岸多為工廠、碼頭、學(xué)校及居民房等建筑，沿岸險(xiǎn)工險(xiǎn)段較多，曾多次出現(xiàn)險(xiǎn)情；公益自來水廠至拆船廠段沿岸多為魚塘及農(nóng)田，現(xiàn)有堤防堤身低矮單薄，堤坡較陡，堤身填土欠壓實(shí)，質(zhì)量差；拆船廠段至漁業(yè)水閘段沿岸多為農(nóng)田，分布有少量魚塘，堤頂路面大部分為綠道，但損壞較嚴(yán)重。經(jīng)過工程布置，本段堤防治理堤線樁號(hào)為0+000～14+190，治理長(zhǎng)度14190m。其中0+233～0+455及1+921～2+000段已進(jìn)行了加固，采用的直墻+平臺(tái)混合式的均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)。根據(jù)堤防沿岸現(xiàn)狀，0+000～0+233段采用直墻+平臺(tái)混合式的均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)，以便與已加固堤段平順連接。1+426～1+500、1+634.3～1+921、4+350～4+500、5+394.8～5+477、11+665～12+300及12+395～12+957段采用斜坡式結(jié)構(gòu)。3+834～3+934及12+300～12+395段為造船廠，考慮到船廠的運(yùn)行管理需求，本段采用防洪墻結(jié)構(gòu)，并預(yù)留旱閘。4+500～5+100段為公益港及中國(guó)石化臺(tái)山油庫，本段外江側(cè)建有圍墻，考慮到占地及施工期的影響，本階段暫不處理。

5+477～6+227段外江側(cè)已建有防洪墻，且較為完好，路面均已硬化，排水條件通暢，本次僅局部加高防洪墻，并進(jìn)行防護(hù)欄桿改造，使其滿足本工程的防洪要求。其余堤段均采用直墻+斜坡混合式的均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整石墻與斜坡之間的平臺(tái)寬度，以使堤軸線順直。

(2)水步段

該段堤防位于潭江右岸，大江段上游，起于漁業(yè)水閘，止于岡寧村，沿岸多為農(nóng)田及魚塘。堤外坡度陡，石墻質(zhì)量較差，大部分堤頂路面為已建的綠道，但路面損壞較為嚴(yán)重，且寬度不足3.0m，兩側(cè)為綠化樹木。經(jīng)工程布置，本段堤防治理堤線樁號(hào)為14+190～18+475，堤軸線長(zhǎng)度4285m，其中17+820～17+880段為岡寧碉樓，不處理，故本段治理長(zhǎng)度為4225m。堤防基本沿已有舊堤位置進(jìn)行布置，主要采用直墻+斜坡混合式的均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)。

(3)白沙段

該段堤防位于潭江右岸，水步段上游，起于良新水閘，止于高咀村，沿岸多為農(nóng)田、連片魚塘或排水溝，“兩水夾一堤”；堤外坡度陡，絕大部分堤身矮小單薄，堤身填土質(zhì)量差，堤頂長(zhǎng)滿雜樹，無法通行。經(jīng)工程布置，本段堤防治理堤線樁號(hào)為白0+000～白4+690，治理長(zhǎng)度4690m，堤防基本沿已有舊堤位置進(jìn)行布置。白2+990～白3+185段外江灘地上有漁民居住，本次設(shè)計(jì)采用防洪墻加固；其余堤段主要采用直墻+斜坡混合式的均質(zhì)土堤結(jié)構(gòu)。

3 堤型選擇

工程防洪堤斷面型式一般可選擇直墻式斷面型式、斜坡式梯形斷面型式以及直墻+斜坡混合式斷面型式等[5]。表1展示了其優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 堤防型式對(duì)比表

本工程治理堤線較長(zhǎng)，堤防型式選擇應(yīng)根據(jù)潭江沿岸現(xiàn)有防洪堤的實(shí)際情況，從控制工程投資、減少工程占地及房屋拆遷、降低工程施工難度、生態(tài)及美觀效果好等方面綜合考慮確定[6- 8]。結(jié)合本工程實(shí)際，堤防斷面型式通過不同基礎(chǔ)形式組合從而形成復(fù)合式斷面堤防型式，如圖1所示，具有綜合優(yōu)勢(shì)以更大程度減少洪澇災(zāi)害。各分段加固堤型形式見表2，由于河段太長(zhǎng)，此處只選取其中典型的斷面作為展示。

圖1 各斷面堤型大樣圖(單位：mm)

表2 堤防分段堤型(提取部分)

4 擋墻計(jì)算與分析

4.1 穩(wěn)定性計(jì)算

(1)抗滑移穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)SL 379—2007《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，土質(zhì)地基上擋土墻沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，應(yīng)用下列公式計(jì)算：

(1)

式中，Kc—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣG—作用于擋墻上全部豎向荷載；ΣH—作用于擋墻上全部水平向荷載；f—擋墻基底面與地基之間的摩擦系數(shù)。

(2)抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計(jì)算：

(2)

式中，K0—抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；∑Mv—對(duì)擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH—對(duì)擋土墻基底前趾的傾覆力矩，kN·m。

(3)基底應(yīng)力計(jì)算

擋墻基底壓應(yīng)力按下式計(jì)算：

(3)

(4)安全系數(shù)

潭江干流沿岸堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，屬3級(jí)堤防，主要建筑物級(jí)別為3級(jí)。擋土墻及防洪墻屬于主要建筑物。在各種計(jì)算工況下，擋墻平均基底應(yīng)力不大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力不大于地基允許承載力的1.2倍。擋墻基底應(yīng)力不均勻系數(shù)：松軟地基，基本組合小于1.5，特殊組合小于2.0；中等堅(jiān)實(shí)地基，基本組合小于2.0，特殊組合小于2.5。根據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，土基上3、4級(jí)防洪墻穩(wěn)定安全系數(shù)規(guī)定見表3。

表3 土基上擋土墻各種安全系數(shù)

4.2 擋墻斷面計(jì)算

臺(tái)山段擋土墻型式主要有重力式擋土墻及懸臂式擋土墻，典型設(shè)計(jì)斷面如圖2—3所示。

圖2 典型斷面1(單位：mm)

圖3 典型斷面2(單位：mm)

4.2.1計(jì)算參數(shù)

土壓力采用庫倫公式計(jì)算。采用粘性土回填堤身時(shí)，通過加大土內(nèi)摩擦角，采用等值內(nèi)摩擦角φD將粘聚力c包括進(jìn)去，依據(jù)GB 50286—2013公式D.1.2-15計(jì)算：

(4)

依據(jù)地質(zhì)報(bào)告，填筑土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)[9- 11]：凝聚力c為16.2kPa，內(nèi)摩擦角φ為22.2°。按照上述公式和擋土墻高度H計(jì)算等值內(nèi)摩擦角φD，但最后選取用于計(jì)算的等效摩擦角不超過φ=35°。地基土與擋土墻底的摩擦系數(shù)f，依據(jù)各擋土墻所座落的土層不同而選擇不同的土層力學(xué)指標(biāo)，f值依據(jù)SL 379—2007條文說明6.3.5表4選取，具體見表4。

表4 擋土墻計(jì)算參數(shù)表

表5 擋土墻計(jì)算參數(shù)表

4.2.2計(jì)算工況及結(jié)果

根據(jù)GB 50286—2013、SL 379—2007的荷載組合規(guī)定，結(jié)合該堤防可能遇見的水位，各擋土墻分別按基本組合和特殊組合進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算[12]。

(1)完建期：墻前墻后無水，屬基本組合。

(2)設(shè)計(jì)洪水位：按墻前墻后都是設(shè)計(jì)洪水位，屬基本組合。

(3)設(shè)計(jì)洪水位降落：按設(shè)計(jì)洪水位驟降0.5m計(jì)算，屬特殊組合。

采用理正擋土墻軟件進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表5。由表5可知：

(1)斷面1，即防洪墻在施工完建期及設(shè)計(jì)洪水位降落的時(shí)候，抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，其余均滿足規(guī)范要求。

(2)斷面2，即迎水坡坡腳矮墻在各工況下的抗滑穩(wěn)定不滿足規(guī)范要求，其余均滿足規(guī)范要求。

標(biāo)準(zhǔn)斷面1，即懸臂擋土墻方案的堤段淤泥深厚，根據(jù)ZK70可知，淤泥層厚達(dá)16.2m，層頂高程0.5m，層頂高程-15.7m，本段擋墻墻底高程0.2m。結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較采用AB型預(yù)制管樁，樁外徑D=500mm，壁厚125mm，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)18.0m，樁端持力層為粉細(xì)砂。此處采用地基處理修改2種工況下的抗滑穩(wěn)定性，地基處理后抗滑系數(shù)工況1和工況3的抗滑系數(shù)分別為Kc1=127/52.7=2.4>1.25，Kc3=1.2>1.10，二者均達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。斷面2墻身較矮，從安全經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)采用拋填塊石方式處理，處理后施工完建期、設(shè)計(jì)洪水期及水位降落工況的抗滑穩(wěn)定系數(shù)分別2.26、2.21及1.27，滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語

潭江干流臺(tái)山段的治理，作為江門市潭江干流治理的重要組成部分，是廣東水利“十二五”規(guī)劃的要求?，F(xiàn)正值“十四五”規(guī)劃開局之年，全國(guó)各省水利工作面臨新形勢(shì)、新矛盾、新挑戰(zhàn)，本文所述工程案例可為相似工程提供有益的實(shí)踐基礎(chǔ)和先例，為相似工程建設(shè)或改造提供參考。