陳權(quán)浩

(廣東河海工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510000)

1 河堤岸工程地質(zhì)問(wèn)題分析

(1)堤基滲透與滲透變形。治理河段堤基巖土層滲透及低洼地帶堤基滲透變形是主要的工程地質(zhì)問(wèn)題，建議堤岸做好堤身防滲、抗沖措施，并對(duì)堤內(nèi)近堤分布坑、塘及原始地形低洼地帶的堤段進(jìn)行滲透穩(wěn)定計(jì)算，對(duì)不滿足滲透穩(wěn)定要求的堤段進(jìn)行壓滲回填及堤內(nèi)反濾排水處理措施[1]。

(2)堤基穩(wěn)定。依據(jù)堤基巖土層物理力學(xué)性質(zhì)，結(jié)合建基面高程要求及堤基開(kāi)挖，北市水大部分基礎(chǔ)可置于砂礫卵石、含礫粉質(zhì)黏土(殘坡積層)及基巖(全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、弱風(fēng)化花崗巖)上，地基承載力、抗滑穩(wěn)定均能滿足要求，整體來(lái)看，在滿足地基抗沖刷要求下，地基的穩(wěn)定性較好[1]。

(3)特殊土的工程地質(zhì)?？碧缴疃确秶鷥?nèi)，沿線堤基大部分地段由人工填土、砂質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土(沖積層)、卵礫質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、中粗砂和砂礫卵石及粉質(zhì)黏土(坡殘積層)及含礫粉質(zhì)黏土(坡殘積層)巖土體組成[1]，未發(fā)現(xiàn)有淤泥土等特殊土層，因此，沿線堤基無(wú)特殊土層引起的不均勻沉降變形和抗滑穩(wěn)定的問(wèn)題。

(4)堤基抗沖刷。本工程堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為人人工填土、砂質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土(沖積層)、卵礫質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂、中粗砂和砂礫卵石及粉質(zhì)黏土(坡殘積層)及含礫粉質(zhì)黏土(坡殘積層)組成的多層結(jié)構(gòu)及雙層結(jié)構(gòu)，作為持力層的粉質(zhì)黏土(坡殘積層)、含礫粉質(zhì)黏土(坡殘積層)及砂礫卵石巖土體抗沖能力較差[1]，所以需抗沖設(shè)防才能滿足抗沖刷要求。

2 治理方案

2.1 護(hù)岸形式選擇原則

北市鎮(zhèn)主干流治理工程主要通過(guò)工程措施改善行洪條件，僅對(duì)河道進(jìn)行本清淤疏浚和護(hù)岸，不改變現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)，河道兩側(cè)大部分為農(nóng)田、林地，因此本次河道護(hù)岸頂高程的確定原則為與現(xiàn)狀地面高程基本上保持一致，河道護(hù)腳防護(hù)高程的確定原則為根據(jù)本次所計(jì)算的河床最大沖刷深度來(lái)確定

2.2 岸坡整治形式的比選

河道護(hù)岸主要分為墻式護(hù)岸和坡式護(hù)岸。

(1)墻式護(hù)岸。 墻式護(hù)岸是指順堤岸修筑豎直陡坡式擋墻，這種形式多用于城區(qū)河流或海岸防護(hù)。在河道狹窄，堤外無(wú)灘且易受水沖刷，受地形條件或已建建筑物限制的重要堤段，常采用墻式護(hù)岸[2-3]。

堤防護(hù)岸應(yīng)根據(jù)每段護(hù)岸所處河道位置，河道沿岸分布的農(nóng)田、村莊等情況，結(jié)合上下游護(hù)坡形式，逐段分析，盡量采用生態(tài)護(hù)岸和利用當(dāng)?shù)夭牧蠟樵瓌t，綜合考慮投資造價(jià)，通過(guò)比選確定各段堤坡護(hù)岸型式[3]。墻式護(hù)岸多適用于抗沖刷要求較高，并且岸坡較陡的河段。

(2)坡式護(hù)岸。坡式護(hù)岸是采用抗沖材料直接鋪設(shè)在堤坡，對(duì)河床邊界形態(tài)改變較小，坡式護(hù)岸型式種類(lèi)較多，各有優(yōu)缺點(diǎn)，坡式護(hù)岸大樣圖如圖1所示。

圖1 坡式護(hù)岸比選(單位：mm)

砌塊石及石籠護(hù)坡整體性好，強(qiáng)度高，抗沖流速大，但無(wú)法生長(zhǎng)植被，投資造價(jià)較高；草皮護(hù)坡對(duì)生態(tài)景觀有利，投資造價(jià)較低，但抗沖刷性差。

坡式護(hù)岸多適用于有一定抗沖刷要求較高，并且岸坡較緩的河段[3]。

北市鎮(zhèn)主干流治理工程范圍大部分位于村莊及農(nóng)田附近，部分河道相對(duì)較窄，且岸頂附近布置有村道(砼路面)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形同時(shí)考慮盡量減少工程占地和節(jié)省工程投資等因素。

經(jīng)過(guò)比選，本次北市鎮(zhèn)主干流治理工程護(hù)岸長(zhǎng)度為5.36 km，治理分布如表1所示。

表1 北市鎮(zhèn)主干流護(hù)岸固腳布置情況

2.3 護(hù)岸設(shè)計(jì)

(1)階梯型生態(tài)框擋土墻+草皮護(hù)坡段。

對(duì)左岸樁號(hào)BSS0+000～BSS1+405、BSS2+600～BSS2+975；右岸樁號(hào)BSS0+252～2+600進(jìn)行護(hù)岸固腳，此段樁號(hào)范圍內(nèi)的河道兩岸居民點(diǎn)分布較密集，且岸坡較陡，考慮到工程建設(shè)后的景觀視覺(jué)效果，因此，本次設(shè)計(jì)采用階梯型生態(tài)框擋土墻+草皮護(hù)坡的形式對(duì)該段進(jìn)行護(hù)岸固腳，長(zhǎng)度為2128 m。

生態(tài)框的規(guī)格為2000 mm×1000 mm×500 mm，考慮北市水干流的水深情況及施工后的景觀效果，本次設(shè)計(jì)生態(tài)框采用2層，共鋪設(shè)2128個(gè)；框體背后依次鋪設(shè)反濾土工布和300 mm厚的碎石反濾層(布置于框跟框之間間隙墻后，長(zhǎng)度1.0 m)，基礎(chǔ)采用500 mm厚C20混凝土基礎(chǔ)；生態(tài)框內(nèi)部分層回填土料，每塊框格內(nèi)填筑塊石方量為0.56 m3，頂層框格在表面覆10 cm種植土并鋪種草皮。

護(hù)坡的放坡段均采用草皮護(hù)坡，坡比為1∶1.5。

(2)混凝土預(yù)制仿木樁+草皮護(hù)坡段。

對(duì)左岸樁號(hào)BSS4+166～4+256、BSS5+485～5+576，右岸樁號(hào)BSS0+941～1+405、BSS1+750～2+200、BSS7+656～7+818進(jìn)行護(hù)岸固腳，此段樁號(hào)范圍內(nèi)的河道兩岸居民點(diǎn)分布較密集，岸邊靠近鄉(xiāng)道且岸坡較陡，考慮到工程征地困難以及建設(shè)后的景觀視覺(jué)效果，因此，本次設(shè)計(jì)采用混凝土預(yù)制仿木樁+草皮護(hù)坡的形式對(duì)該段進(jìn)行護(hù)岸固腳，長(zhǎng)度1257 m。

仿木樁的規(guī)格為φ300×70A，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，樁頂填芯段長(zhǎng)100 mm。結(jié)合該段的現(xiàn)場(chǎng)地形情況，本次設(shè)計(jì)的仿木樁地面以上部分為1.5 m，地面以下部分為3.0 m，樁頂未達(dá)原地面高程的，向堤頂方向放坡至原地面高程，坡比為1∶1.5。

(3)生態(tài)自鎖砌塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡段。

對(duì)左岸樁號(hào)BSS3+252～3+490、BSS3+600～3+700、BSS5+000～5+300，右岸樁號(hào)BSS2+975～3+352、BSS4+327～5+000、BSS5+300～5+485、BSS7+452～7+656進(jìn)行護(hù)岸固腳，這些樁號(hào)范圍內(nèi)的河道兩岸居民點(diǎn)分布較密集，且岸坡較緩，考慮到工程建設(shè)后的景觀視覺(jué)效果，因此，本次設(shè)計(jì)采用生態(tài)自鎖砌塊護(hù)坡+草皮護(hù)坡的形式對(duì)該段進(jìn)行護(hù)岸固腳，長(zhǎng)度為1977 m。

生態(tài)自鎖砌塊護(hù)坡單塊尺寸為390 mm×300 mm×100 mm(長(zhǎng)×寬×厚)，砌塊內(nèi)回填土后進(jìn)行植草，考慮水深情況及施工后的景觀效果，設(shè)計(jì)鋪設(shè)砌塊的坡面寬度為2200 mm，范圍為自清淤后的堤角向上鋪設(shè)，坡比為1∶1.5，生態(tài)自鎖砌塊底部鋪設(shè)100 mm厚碎石墊層和一層反濾土工布，砌塊上下側(cè)分別采用100 mm厚C20混凝土作為壓頂、壓腳，堤角處設(shè)置20 mm0×500 mm的C20混凝土護(hù)腳。

草皮護(hù)坡的范圍為自砌塊壓頂上部向堤頂方向的全段護(hù)坡，坡比為1∶1.5。

3 護(hù)坡穩(wěn)定性影響分析

3.1 護(hù)岸工程沖刷深度分析

新建護(hù)岸護(hù)腳應(yīng)滿足河床最大沖刷深度的要求。采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)中D.2.2及《水力計(jì)算手冊(cè)》中的有關(guān)公式，對(duì)河岸平順護(hù)岸的局部沖刷深度進(jìn)行計(jì)算。如式(1)～式(2)：

(1)

(2)

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/5；Uc為泥沙起動(dòng)流速，m/s；U為行近流速，m/s；η為水流流速不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α查表D.2.2采用。

對(duì)于黏性與砂質(zhì)河床的泥沙起動(dòng)流速比可采用張瑞瑾公式計(jì)算，見(jiàn)式(3)：

Uc=

(3)

式中：d50為床沙的中值粒徑，m；γs為泥沙的容重，kN/m3；γ為水的容重，kN/m3。

沖刷計(jì)算的水位采用各計(jì)算斷面相應(yīng)的5年一遇設(shè)計(jì)洪水位，計(jì)算數(shù)據(jù)及成果見(jiàn)下表2。

表2 北市鎮(zhèn)主干流沖刷深度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，北市鎮(zhèn)主干流設(shè)計(jì)護(hù)岸護(hù)腳埋深滿足計(jì)算沖刷深度的要求。

3.2 岸坡穩(wěn)定分析

本工程滲流穩(wěn)定計(jì)算采用滲流計(jì)算有限元法，本次計(jì)算采用的軟件為AutoBank7.7軟件中的滲流分析程序。整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算參考規(guī)范GB 50286—2013的計(jì)算公式，采用圓弧滑動(dòng)法中的畢肖普法。

本次北市鎮(zhèn)主干流治理工程的護(hù)岸措施主要為生態(tài)自鎖砌塊護(hù)坡、階梯型生態(tài)框護(hù)岸、仿木樁護(hù)岸，具體措施范圍見(jiàn)表3。滲流與抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表4。

表3 北市鎮(zhèn)主干流岸坡穩(wěn)定計(jì)算工況

表4 北市鎮(zhèn)主干流岸坡滲流與抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，北市鎮(zhèn)主干流新建護(hù)岸的岸坡在各工況下的滲流出口水力坡降均滿足規(guī)范要求，岸坡不會(huì)出現(xiàn)滲流破壞；新建護(hù)岸的岸坡在各工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3.3 護(hù)岸工程擋墻穩(wěn)定分析

本次北市鎮(zhèn)主干流治理工程的護(hù)岸措施工程中新建墻式護(hù)岸的范圍為左岸樁號(hào)BSS0+000～BSS1+405、BSS2+600～BSS2+975，右岸樁號(hào)BSS0+252～2+600。根據(jù)護(hù)岸設(shè)計(jì)情況，此段護(hù)岸采用階梯型生態(tài)框擋土墻+草皮護(hù)坡的形式，以下選取相關(guān)斷面對(duì)擋墻穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，本次北市水干流擋墻穩(wěn)定計(jì)算采用南京庫(kù)倫軟件GEO5中的“加筋土式擋土墻設(shè)計(jì)”計(jì)算程序[4-5]。

(1)計(jì)算斷面選取。 在北市水干流新建的墻式護(hù)岸中選取斷面樁號(hào)BSS0+700左岸進(jìn)行擋墻穩(wěn)定計(jì)算。

(2)計(jì)算工況如表5、結(jié)果如表6所示。

表6 干流護(hù)岸工程擋墻穩(wěn)定計(jì)算工況

表7 干流護(hù)岸工程擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果

由計(jì)算結(jié)果可知，在完建期、正常運(yùn)行情況、驟降工況三種工況下，新建擋土墻抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)及基底應(yīng)力均滿足規(guī)范要求[6]。

3.4 護(hù)岸工程抗滑樁穩(wěn)定分析

土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)結(jié)合規(guī)范GB 50286—2013規(guī)定進(jìn)行選用。堤基材料物理力學(xué)參數(shù)采用本階段的工程地質(zhì)勘察報(bào)告提供的資料[7]。

本次治理工程的護(hù)岸措施工程中，本次抗滑樁計(jì)算采用南京庫(kù)倫軟件GEO5中的“抗滑樁設(shè)計(jì)”計(jì)算程序[8]。

計(jì)算范圍北市水干流：左岸樁號(hào)BSS4+166～4+256、BSS5+485～5+576，右岸樁號(hào)BSS0+941～1+405、BSS1+750～2+200、BSS7+656～7+818擬采用仿木樁的護(hù)岸形式。

(1)計(jì)算參數(shù)、斷面選取。 在北市水干流新建的仿木樁護(hù)岸中選取斷面樁號(hào)BSS1+200右岸進(jìn)行仿木樁設(shè)計(jì)計(jì)算。

本次設(shè)計(jì)仿木樁采用φ300×70A，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60，樁長(zhǎng)4.5 m，地面以上樁長(zhǎng)1.5 m，地面以下樁長(zhǎng)3.0 m。

(2)計(jì)算成果。 根據(jù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果顯示，本次抗滑樁的計(jì)算所得樁截面配筋率ρ>最小配筋率ρmin(0.333%>0.254%)，抗彎截面配筋情況為6×φ10@200，保護(hù)層厚度取40 mm，樁截面配筋滿足要求。截面受剪承載力設(shè)計(jì)值Vu>V(101.15 kN>8.06 kN)，截面抗剪強(qiáng)度滿足要求。

綜合上述驗(yàn)算情況可知，本次設(shè)計(jì)的仿木樁截面滿足要求。

4 結(jié) 論

本項(xiàng)目是一項(xiàng)公益性的社會(huì)系統(tǒng)工程，規(guī)劃實(shí)施后將會(huì)取得較好的防洪效益、社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境效益。實(shí)施方案確定的治理項(xiàng)目實(shí)施后，提高河流沿岸城鎮(zhèn)、村莊及農(nóng)田行洪過(guò)流能力，重要防護(hù)區(qū)防洪能力有較大提高，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。可減少洪澇災(zāi)害造成的不穩(wěn)定因素和不利的政治影響，維持正常的生活與生產(chǎn)秩序，支撐地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康可持續(xù)地發(fā)展。