西梧海堤除险加固的堤防稳定性分析

张国尧

（诏安县东溪流域西潭水利工作中心站福建诏安363500）

西梧海堤除险加固的堤防稳定性分析

张国尧

（诏安县东溪流域西潭水利工作中心站福建诏安363500）

诏安县西梧海堤保护着东西梧村经济的稳定发展，是第一道安全防线。本文针对该段海堤存在的风险进行了分析，对边坡抗滑稳定性进行计算。采用瑞典圆弧滑动法，结果表明海堤满足抗滑要求，加固后的海堤能长久安全运行，社会效益和经济效益是显著。

堤防工程；除险加固；稳定性分析

1　概况

诏安县西梧海堤位于诏安湾海域，四都镇境内，东靠东梧海堤，西至金星乡田朴村地界，从1991年至1996年11月，四都镇进行西梧海堤一期加固达标建设，1996年前海堤达标建设时限于当时经济、地方财力等原因，只进行迎潮面护砌及堤身加高培厚，堤顶和背水坡没有进行护砌，而且水闸没有列入加固计划。为确保海堤加固达标成果，进一步提高海堤水闸防潮、抗台风标准，保障海堤水闸的安全，西梧海堤除险加固（二期）项目由此展开。西梧海堤是东西梧村经济稳定发展的第一道安全防线，由于台风、大潮、洪水灾害十分频繁，海堤安全与人民生命、财产的安全密切相关，特别是在当前经济建设迅速发展的新形势下，区域内大量的海产养殖，经济效益突出，是当地村民的主要经济来源。新一轮海堤除险加固二期项目诏安县西梧海堤工程主要任务是：对桩号0+000～1+800海堤进行加固，使其达到20年一遇的防潮标准。本文就西梧海堤除险加固（二期）项目中的堤防稳定性进行分析，评估堤防的稳定性。

2　堤防稳定性计算与分析方法

堤防工程是长距离线型、多点面工程，堤防破坏的原因具有多样性。全县大部分堤防受限于建设时的施工条件和技术要求，施工质量不能满足规范要求，也没有施工时的质量检测和竣工报告，以及受历次洪水、加固、日常维护等多种因素的影响。堤防破坏中，以堤防边坡滑塌最为常见，究其原因有：渗流、水流冲刷浸袭、地基强度及截水设施失效和建造质量等，按滑动类型形式可分为浅层滑动和深层滑动，按危害程度分为轻微的局部滑动和危害性极大的整体滑动以及按滑动位置分为临水面滑坡、背水面滑坡和崩岸。堤防边坡稳定性分析理论包含极限平衡理论、塑性极限分析、模糊极值理论和有限单元法四个大部分，主要含瑞典圆弧滑动法、简化毕肖普法、简化普遍条分法、塑性极限分析、模糊极值计算、有限单元法模拟等具体方法。

边坡稳定性分析分为粘性土边坡分析和无粘性土边坡分析。粘性土边坡从以下三个方面进行分析：（1）确定边坡滑动面的位置；（2）反算滑动面抗剪强度参数；（3）复核堤防稳定安全。堤防在洪水期容易发生的滑坡，滑坡应立即处理并注意观察。处理时应确定滑动面位置、深度和长度尺寸。实际运用可采用目测法确定堤防滑坡的、情况，现场确定滑动面的位置，由边坡所处的稳定状态确定其安全系数，然后代入安全系数定义公式，求出抗剪强度的凝聚力和摩擦角。清楚产生滑坡的原因和产生滑坡时的荷载条工况，恢复边坡滑动前的原断面，可采用极限平衡状态方法进行反算，求得滑面的抗剪参数。在反算滑动带抗剪强度指标时，要兼顾坡体上出现的其它变形特征。当坡体是由不同土质筑成的土坡，由于上覆土重不同引起的法向力不同，造成滑动面上抗剪强度不均匀而出现裂缝现象时，需要通过合理划分条块来消除影响，使得反算结果符合实际情况。滑坡的整治措施主要有：拦截、旁引地表水和设置盲沟排引地下水，排除减轻或消除水的危害；削坡减重改善坡体外形，提高坡体稳定性；抛石压脚或设置石垛、抗滑挡土墙、抗滑桩等支挡构筑物，增加重力平衡条件；采用注浆改变土体性质；做好坡面绿化等措施。滑坡整治后，应采用不同工况下的强度指标和计算方法对堤防的边坡安全稳定进行复核。

2.1基本资料

诏安县四都镇西梧海堤位于四都镇西梧村南侧，在多年强台风的袭击下，海堤堤身破坏损毁严重。多年平均风速为2.9m/s，瞬间最大风速为39m/s。据东山站多年最大平均风速资料，诏安县东梧海堤设计风速采用15.3m/s，重现期为20年一遇。区内的地层岩性为三叠系——侏罗系的变质火山岩，混合岩。根据《中国地震动参数区划图》GB18036-2001中的附件，《中国地震动峰值加速度区划图》福建省区划一览表，新一轮海堤除险加固各堤段位于抗震设防烈度7度区，地震动峰值加速度为0.15g。填筑土渗透系数1.399×10-3～8.962×10-3cm/s，属中等透水性。根据填筑土颗粒含量及其比重、孔隙率，判定填筑土渗透变形为流土型为主，其临界水力比降为0.76，允许渗透比降为0.50。根据钻孔注水试验，堤基渗透性能：粉砂的渗透系数为1.433×10-6cm/s，属微透水。依地区经验；淤泥具微透水；粉质粘土具弱～微透水；粉砂具中等透水；全风化粉砂岩具弱透水；强风化粉砂岩具弱～中等透水。受昼夜两次涨退潮的影响，地下水位具有不稳定因素，本次勘察区间测得地下水位埋深为1.50m～2.00m（标高2.71m～3.10m）。经勘查，堤身填筑土的物理力学性质指标见表1。

2.2计算方法与工况

（1）计算方法

本文采用瑞典圆弧滑动法计算抗滑稳定性安全系数。瑞典条分法首先假定可能的剪切滑动面为圆弧面，对事先假定好的滑动面对应的滑动体进行条分，并对条块进行受力分析并列出对应的平衡方程，在这个过程中忽略土条间的相互作用力。定义安全系数K为滑裂面上绕圆心的抗滑力矩与滑裂面以上土体的滑动力矩之比，解用总应力法列出的平衡方程:组可得：

表1　堤身填筑土物理力学性质指标

表2　边坡稳定性计算三种工况

表3　堤防抗滑稳定安全系数计算结果

表4　规范要求最小抗滑稳定安全系数

式中：K——抗滑稳定安全系数；i——土条编号；ci、Qi——土体的凝聚力和摩擦角；bi——土条宽度；ai——土条滑动面中点的切线与水平线的夹角；R——滑弧半径；Wai、Wsi——分别为产生抗滑力矩和滑动力矩的土条自重；Tj——被滑弧面所切割的土工织物的强度。

（2）工况

根据堤防内外水位情况，设计了三种工况，见表2。

2.3结果分析

根据地质勘探报告的结果，并结合地形条件和不同堤身断面的情况，各海堤分别选择不同的典型断面进行计算。最小安全系数计算成果见表3。

本项目涉及加固的海堤工程级别为4级，根据规范规定，工程不考虑地震力影响，正常运用条件下抗滑稳定安全系数要求见表4。

从表2、3可知，海堤在各种工况下最小抗滑安全系数均能满足规范要求，因此，海堤加固后断面稳定性均可满足安全要求。

3　加固措施

本工程为海堤加固工程，为了节省投资和方便工程施工，同时考虑堤身安全稳定的前提下，海堤断面型式尽量在原有的断面基础上进行加固。堤顶及内外坡按照“三面砌”加固的要求进行砌筑护砌，石料要求抗风化性能好，外形为有砌面的长方体，边长比小于4.0。外坡砌筑选用干砌条石或现浇砼，厚度根据护坡校核计算的成果选用。内坡在堤后坡表土清理、杂草清除后，采用亚粘土夯实至设计断面，而后进行碎石垫层及干砌条石或砼预制板的砌筑。

迎水坡：堤坡坡比1∶2.5，下坡竖砌条石厚度50cm，上坡20cmC20砼，下铺土工布及碎石垫层，堤脚进行干砌块石平台及抛石护脚。背水坡：坡比1∶1.5，杂草清除后，按原标准对损坏、塌陷部分重新安装C20砼板预制块8cm厚，下铺土工布及碎石垫层，重新充填M10水泥砂浆，在原背水坡条浆砌条石挡土墙顶增设M10水泥砂浆抹面3cm厚，对局部受冲刷塌陷处进行修复并干砌块石护脚。堤顶：1.堤面局部不够高的坑洼处夯填黄粘土加高整平，压实后浇筑C30砼厚20cm；2.在海堤上设置堤身沉降、位移观测设施。陕西水利

（责任编辑：唐红云）

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