小凌河羊山段河道堤防及护坡稳定分析

赵巍巍

(朝阳县凌河保护区管理局,辽宁 朝阳 122004)

小凌河羊山段河道堤防及护坡稳定分析

赵巍巍

(朝阳县凌河保护区管理局,辽宁 朝阳 122004)

本文对小凌河羊山段河道堤防选取四处断面做为典型断面，进行了堤防渗流计算，渗流稳定分析、边坡稳定计算，通过计算分析得出现有堤防需加高培厚的结论。

堤身；堤基；复核；渗流；稳定

1 工程范围

小凌河干流河道治理的规划范围从源头至入海口(不含元宝山水库库区3 km和锦凌水库库区31 km)，规划河长172 km，锦凌水库以上农村段防洪标准为10 a一遇，小城镇段防洪标准为20 a一遇。河道治理工程由堤防工程、险工护岸、河道疏浚及行洪区治理工程等组成。其中，小凌河干流羊山段规划治理河长2.71 km，新建干流堤防3.25 km(含支流大四家子河回水段)，加固堤防2.0 km。根据《辽宁省人民政府关于小凌河河道治理保护规划报告的批复》，羊山镇城镇段防洪标准为20 a一遇，农村段为10 a一遇。

2 堤防渗流及抗滑稳定分析

2.1 现状堤防复核计算

渗流计算选取LK0+338、LK0+858、LK1+346、LK1+879四处堤防断面作为典型断面。选取断面在设计洪水工况下堤前水深相对较高，可以作为最不利断面进行渗流及边坡稳定计算，计算参数见表1。

表1 计算断面计算参数表

以堤防临水侧为设计洪水位，背水侧无水作为计算工况。

按照《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)要求，堤防的渗流应按稳定渗流计算。采用有限元法进行数值计算，求解拉普拉斯方程，用有限单元法作渗流场离散，引用三节点的三角形单元和线性插值函数。本次设计采用北京理正软件设计研究院开发的《理正渗流分析软件》进行渗流分析计算[1]。渗流有限元解析法的基本方程为：

(1)

式中：[K]为透水系数矩阵；{H}为总水头向量；[M]为单元储水量矩阵；{Q}为流量向量；t为时间。

堤线区地基土持力层基本为砂砾层，根据地勘资料及土的渗透变形判别方法，地基土的渗透破坏类型属于管涌型[2]。计算断面堤身、堤基渗透系数采用见表2。

对于管涌型的临界水力比降采用下列公式计算：

(2)

式中：Jc r为临界水力比降；Gs为为土的比重；n为孔隙率。

本工程试验Gs=2.66，n=32.7%，经计算地基土层的临界水力比降为0.36，安全系数取1.5时，允许水力比降为0.24。渗流计算典型断面见图1。堤身、堤基渗流计算成果见表3。

序号计算断面渗流量/(m3·m-1·d-1)出逸点高度/m堤身坡降J堤脚坡降J允许坡降J1LK0+338312905180210170242LK0+858275504320230180243LK1+346116602830110080244LK1+87930960383022017024

从计算结果可以看出，计算断面堤身、堤脚渗透稳定均满足要求，但局部堤段存在渗透稳定风险，建议培厚堤身。

根据本区段堤防断面的特点及渗流计算结果，按《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)的要求，本堤防的稳定计算考虑以下三种工况：

(1)设计洪水位下稳定渗流时背水侧堤坡抗滑稳定(设计洪水位)。

(2)设计水位骤降时的临水侧堤坡抗滑稳定(设计洪水位骤降至堤脚无水)。

(3)地震工况下背水侧堤坡抗滑稳定(设计洪水位+地震)。

经分析工程现状堤身、堤基及料场土料的实际情况，本次计算采用的筑堤土料及堤基土料物理力学指标见表4。

表4 堤身、堤基土料物理力学指标表

对应渗流计算结果，选取渗流计算断面进行稳定分析。

稳定计算，采用北京理正软件设计研究院开发的《理正边坡稳定分析软件》进行稳定分析计算。计算采用有限元边坡稳定分析理论，运用瑞典圆弧法计算堤防边坡稳定的安全系数[3]，计算结果见表5。

从计算结果可以看出，局部堤段存在抗滑稳定风险，且堤顶宽度不满足规范要求，应该对其进行堤身培厚。

表5 边坡稳定计算成果表

2.2 设计堤防计算

渗流计算选取LK0+338、LK0+858、LK1+346、LK1+879四处加固后堤防断面作为典型断面。计算断面计算参数见表6。

表6 计算断面计算参数表

计算方法同前，计算工况增加“施工完建期”工况。渗流稳定计算成果见表7，边坡抗滑稳定计算成果见表8。

从计算结果可以看出，堤顶宽度满足规范要求。

表7 加固堤防堤身、堤基渗流计算成果表

表8 边坡稳定计算成果表

3 护坡厚度选择

防洪工程边坡防护采用石笼网垫和混凝土板两种型式，河道防护采用石笼网垫型式。石笼护坡厚度按干砌石护坡厚度公式进行计算[4]。

石笼网垫护坡厚度计算结果见表9。

表9 石笼网垫护坡厚度表

护坡厚度在8.2～10.2 cm之间。设计根据构造要求及已建工程经验，设计护坡石笼网垫厚度取30 cm。

混凝土板作为土堤护面时，满足混凝土板整体稳定所需的护面板厚度[5]结果见表10。

表10 混凝土板护坡厚度表

护坡厚度不小于2 cm。设计根据构造要求及已建工程经验，设计护坡混凝土板厚度取10 cm。

4 结 论

从小凌河羊山镇玄羊寺至云培山兴福寺河段，干流治理河长21.7 km。对现有堤防进行复核,堤顶宽度不满足要求，需要加高培厚，设计堤防满足规范要求。根据干流河势、走向，结合现场勘查时调查了解的实际情况以及建设单位的管理意见，选择重点河段进行防护，确保河岸稳定、道路畅通，为两岸居民的正常出行提供保障，推动羊山镇农村经济的发展。

[1] 郭锐.浅谈理正软件在土石坝渗流计算中的应用[J].科技资讯,2014(6):39，60.

[2] 徐金春.理正软件在边坡稳定分析中的应用[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2010(4):16-17，31.

[3] 焦建华.水利水电工程设计中渗流计算的探讨[J].水利技术监督,2007(5):46-48.

[4] 吴美安,孙勇,李启涛.混凝土砌块护坡护面层稳定厚度的计算方法[J].人民黄河,2006(1):62-64.

[5] 路强.土石坝混凝土护坡厚度计算研究[J].吉林水利,2012(2):16-18.

赵巍巍(1981-)，女，辽宁朝阳人，工程师，主要从事河道治理工作。E-mail:67871798@qq.com。

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2096-0506(2017)01-0083-05