堤防工程施工技术探讨

赵延政

(山西省滹沱河坪上水利工程管理局，山西 五台 034000)



堤防工程施工技术探讨

赵延政

(山西省滹沱河坪上水利工程管理局，山西 五台 034000)

堤防工程是我国社会主义现代化建设的重要课题，关乎到人民群众的安危，事关国家防洪事业的发展。为了保证堤防工程的质量，本文以入河道堤防为实例，进行该工程施工技术模拟分析，以及堤防加固技术，提高坝体稳定性与可靠性。

堤防工程；施工技术；模型；防洪工程；数值模拟

0 引 言

我国防洪工程体系的重要组成部分之一为堤防，在堤防的数值模拟的关键技术上，不同的稳定处理机制与分析模式，为堤防风险预防提供了丰富的经验与基础。伴随着长达多年的经济的不断发展与进步，堤防面临着诸多破坏与影响，堤防的使用功能严重的受到影响，直接的影响着人们的生命以及财产安全。堤防事业工程的好坏直接与人们的切身利益相关联。

如今，堤防的多种防护机制应用在护坡结构中，不同的结构模式产生不同的特性。但是由于技术的不全面以及技术的适宜性不高，一个合理的堤防施工机制难以满足当前的需求[1-2]。

为此，研究堤防施工技术的研究与数值模拟分析，对提高堤防的可靠性与安全性至关重要。本文结合徐州地区某堤防为研究对象，构建该工程的数值模拟模型，采取AutoBank 土坝与堤防分析系统对该地区3个断面的数值分析，在此基础上，针对数值结果，提出相应的加固措施与方法，实证表明该模型切实可行。

1 工程概况

堤防作为我国防洪工程体系的重要组成部分，经过多年的发展，形成了对施工机具、填筑标准、基础处理、渗流、堤体稳定性、堤体分区以及筑堤材料等统一的技术体系。

由于在河道修筑河岸时面临的最大难题是施工后河道的不均匀沉降问题。由于多数提防工程基础为淤泥软基，土基中含水量较高、透水性差、压缩性较大、稳定性差，同时又受到河道水流的冲击，导致堤坡结构出现不均匀沉降现象。

为了能够对堤防施工技术进行分析，本文基于淮河入海口某河道工程在深厚软淤土上筑堤，该河道的整体堤坝长度为48km，地基中淤泥质粉质黏土层厚度在5～30m不等,堤身填筑高度8～9m，在该地区河道工程具备较差的地质环境，淤泥质粉质黏土(3-1层)的位置在于地面2m左右分布，整个表层的黏聚力范围[13,15]MPa,[3°，6°]为该地区的内摩擦角，整个堤坝具有较差的抗剪强度值。

由于该地区工程的复杂性与软土特性的特殊性，为了能够在软土地基上进行筑堤是该工程考虑的重点内容。该护岸设计按照20a一遇洪水标准进行方案设计。

河道土质共分3个土质层，7个工程地质亚层，其物理特性如表1所示。

表1 工程物理特性

为控制河道堤岸施工速度，确保河道工程施工的安全，规定施工期间堤岸沉降速率控制在10mm/d，水平位移速率控制在5mm/d以内。在河道沿岸设置12个观测面，每沉降观测面设3个观测点。0.2m 的重粉质壤土在该堤坝的背水坡位置覆盖，砂性土层的厚度为3 m左右，当该地区降雨量达，水位较高的情况下，砂层分水膜通过砂性层并渗出后，滑塌问题会随着产生，在此环境下必须进行反过滤处理机制来完成。

大量的植物根系以及淤泥质土和细砂在该地区存在，造就了具备较为复杂的贴坡组成双层结构黏下砂类为该项目的土质结构，当该地质条件未被损坏的情况下，地基的抗渗透性良好[3]。

2 堤防工程施工模拟分析

2.1 堤防工程数值模拟模型

本文为了研究堤防工程的数值模拟，选择了3个断面分别定义为141+762、143+050和 144+500，对上述的3个断面进行稳定性的受力分析与模拟。在该工程的计算与模拟中选择圆弧逼近方法。求解的方式采取的“AutoBank 土坝与堤防分析系统”设计的程序软件进行分析与判定。

整个模型的构建完成后，录入相关参数信息，单元格划分，定义约束条件等相关的计算前提下，一分时段的方式来完成数值的模拟分析，得到了相关数值计算的图形，包含了流速等值线与矢量图、等势线、渗流量数值等。浸润线可以作为堤防稳定性判定的根据。

1)计算断面的打开，首先对计算段进行确定后，将Slope 程序进行启动完全后，AutoCAD接收到了断面输入的个人信息。

2)土层线的分层划分，多义线被描绘出来后，来对不同图层的分界线进行定义与分析。

3)土层信息的输入，构建后该地质模型的动力学指标，设计出合适的土层信息，定义土层数值信息，利用颜色来对每一个土层线进行划分。

4)浸润线信息输入，在该软件中将处于工程项目的浸润线进行输入与设置后，当工程项目处于施工阶段中，该计算过程不存在；当处于骤降工程条件下，则表达了骤降前后的2个浸润线情况。

5)滑动面范围的定义与表达，根据不同的工程条件进行每一个滑动面的变化步长与范围大小，该顶点的位置在坡面上进行设定。根据软件系统自动的进行相关信息的组合与处理，不同的滑动面得到了生成与生成。当滑动面的信息被确定后，需要进行未知的复检的环节，顶点范围的定义可以取消。

6)信息的求解，选择不同的计算模型与工况信息后，计算与处理相关信息，得到了该工程的对应的滑动面与最小抗滑稳定安全系数等相关信息，并在交互式界面显示出来。

141+762断面、143+726断面、144+762断面的计算结果如图1～图3所示。。

图1 141+762完建期内河侧

图2 143+762完建期内河侧

图3 144+762完建期内河侧

2.2 数值模拟实证分析

如表2所示，展示了该计算方法堤坝的稳定性的计算结果信息。根据堤防工程设计的相关规范与标准，设定[K]=1.15为非常运用条件下的堤防抗滑稳定安全系数，相反正常运用条件下的堤防的抗滑稳定安全系数为[K]=1.25。从表2的计算数据信息，可以得到144+500堤防的稳定不足，内坡的安全系数与设计要求相差不大；143+050的多个工况下的内坡的稳定性与设计的规范的要求基本一致。

表2 现状堤防稳定计算成果表

然后对该堤防进行有限元受力分析，可以如图4、5、6所示的边坡应力图如图4～图6所示。

图4 141+762断面完建期塑性应变云图

图5 143+050 断面完建期塑性应变云图

图6 144+500 断面完建期塑性应变云图

从上述图的塑性应变图形可以看出，该工程的应力范围为[194,260],塑性应变的发生的部位位于每个断面的堤坡的两侧处，该值的大小为[0.07,0.11],该结果的产生是多年的预压而形成的，塑性区域范围在嵌入堤坡比较小。深层滑动的问题的产生不会没有发生贯穿性塑性应变情况下产生。边坡的主要的破坏形式主要包含了和坡脚冲刷型滑坡、座滑型滑动和浅层滑坡。

3 挡墙护堤结构加固技术与方案

通过上述的分析，该工程的堤防安全性的提高措施采取如下方式：

3.1 标准断面的堤身设计

根据不同的断面加固的情况与规范设计要求，本文对断面参数定义如下：8m的堤顶宽度，1∶3为内外边坡数值，当小平台在内外坡堤脚处设计的情况下，设计外坡的比例为1∶5,5m为平台宽度阿晓，1%为平台顶排水坡度。

2.4.1 症状该病在食葵整个生育期间均可发病，被感染的病苗，子叶上产生褐色斑点，以后病斑上散生小黑点。随着幼苗的生长，病叶从下部向上部发展。病株4对真叶以后，在底部叶片上先产生圆形黄色小斑点，病斑周围有黄晕，斑心有小黑点，病斑相连以后，叶片局部或全叶干枯，病斑容易穿孔和破碎脱落。茎上和叶柄上被侵染，产生条形病斑。病斑中产生的黑色小点为无性繁殖—分生孢子器。以分生孢子器在病残体种子中越冬。分生孢子随风雨传播。

3.2 堤身加固设计

当设计要求大于堤身断面塌陷和堤顶高程情况下，必须对该堤坝进行加固整修，具体技术如下：

3.2.1 堤身加培整修方案

1)141+350～142+800该断面处是裂缝和堤外塌坡产生比较严重位置处，该位置的总长度为1450m，该位置处具有碾压不严实的外坡斜墙，造成了该堤坝产生膨胀性。可以对面层干砌块石护坡和原斜墙削除约1m厚度大小，然后外坡按照标准断面进行重新的填筑后，护坡采用混凝土预制块完成。

2)142+800～144+900断面没有产生裂缝和不严重的堤外塌坡，该断面的长度为2100m，外坡塌陷加倍，产生堤线弯曲，该处具有起伏不平整的堤坡。拆除块石护坡以及外培斜墙的相关松散结构，并进行重新填坡后达到规定指标后，利用预制块进行加固处理。

3)对于容易发生坍塌的堤防部位，该部位原因受到内坡局部冲刷，采取填筑的方式对脚压位置处进行处理后，挖掉滑动体，使得整个堤防内坡进行重新的达到设计标准。

4)导渗排水沟进行重新设计后，满足加固处理措施，采取内坡平台填筑方式来完成，避免堤防内坡沿线散浸渗水严重。

141+762、143+050和 144+500的3个断面位置容易放生塌陷的位置处进行外坡的整体加倍的修理的方式进行处理，同时新老结合面的腐殖质层被清除后，新的黏土进行重新的填充后，完成碾压达到规定要求，并保证具有1:3的内外坡比例。黏性土在加培的土料应用中得到采用，该土料的压实度>92%。平台顶横向排水坡 1%，顶面中心高程 17.0m、平台顶宽 5m的设定为了堤身高度的降低以及堤防边坡稳定性的增强。

导渗沟在桩号 138+250～144+900 堤段堤后背水坡脚处进行设计，该处位置设计如下所示：一条纵沟沿着堤坝侧水坡位置进行开挖后，整体的边坡 为1∶0.5，底宽 0.5m，沟深 0.6m，横沟间距 50m。设置“Y”型贴坡反滤沟在堤内坡距堤脚高2.2m位置处，横沟及堤脚纵沟与其相沟通。在所有导渗沟处进行素爱是反过滤材料的定义，采用一定的土工布包碎石的方式来完成定义，浆砌石防冲保护设置于横向排水沟出口位置处，附近洼地或沟渠内位置处被以排水横沟的方式来完成提拔的渗水处理。

141+762、143+050和 144+500的3个断面位置进行塌陷问题处进行稳压平台的设计。17m为该位置的中心高程，1∶100为平台顶横向坡比，原设计平台与1∶5边坡相互结合后，实现散浸严重排除以及压渗作用。3.65km为设计的压渗平台总长度，17m为设计的压渗平台顶面中心。

表3为该外坡位置处的稳定性计算结果，通过结果数据分析可以看出满足本文工程技术要求。

表3 堤防稳定性在平台加固后的计算结果

应力的分析结果图如图7～图9所示。从数据分析的结果上可以得到，对于滑坡稳定性不足的位置处进行平台加固以及小平台进行坡脚位置处进行增加后，使得本文的设计要求与计算出的稳定性安全系数达到一致。

图7 141+762断面加平台完建期塑性应变云图

图8 143+050进行小平台架设的塑形变形云图

对整个滑坡进行坡脚位置处进行平台的架设后，对每一种工况情形进行应力的云图分析后，每一个断面的边坡的应力情况存在一定的不一致，整个塑形变形的区间从0.13变化到0.28 的范围内。在该种条件下，具备较弱的塑形变形区间，在坡脚位置处架设平台后塑形变形显著度更高，整个边坡的安全性在平台架设后得到加强。同时具备较小的深层应力值大小，基本在百分零点五以下，过大的变位或者滑动在该种条件下不会产生。由 774kPa 增大为 785kPa是144+500 断面深层应力的变化趋势，该变化基本不打，基本可以不予以考虑；713kPa增大为 716kPa是断面143+050深层应力变化区间；638kPa 增大为 640kPa是断面编号为141+762的深层应力值的变化趋势。此种条件下，0.11m是整个堤坝的水平方向的位移大小。

4 结 语

堤防工程是一项系统化的工程，其中涉及到诸多复杂的施工技术，本文基于入海口堤防的设计，进行该工程的地质分析以及选择挡护结构加固技术的设计与分析，通过实验验证，该施工加固技术可靠，工程防洪能力好。在工程实践中需要不断的总结探索，进一步改进施工技术，为我国堤防工程的施工做出应有的努力。

[1]潘广良.堤防工程施工质量控制探讨[J].中国新技术新产品，2013( 04) : 100.

[2]杨俊杰.堤防工程施工技术及质量控制[J].科技创新与应用，2013( 01) : 103.

[3]崔龙珠.浅谈堤防工程施工管理[J].科技创新与应用，2013(01) : 107-108.

2016-08-13

赵延政(1980-)，男，山西忻州人，助理工程师。

1007-7596(2016)09-0113-04

TV871.3

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