某河道治理工程设计变更防洪堤渗流稳定研究

杨 雪

（喀什大学 土木工程学院，新疆 喀什 844000）

0 引言

在中小河道治理中，渗流分析是一项重要内容，目前采用数值模拟的方法进行防洪堤渗流分析，主要包括有限单元法、有限差分法、边界元法、数值流行方法以及离散单元法等方法[1,2,3,4]，但是渗流分析模型多数学者按均质土计算，而实际堤防工程中，土质结构是有变化的，因此按实际土体结构进行建模更能贴近实际，理论意义重大。工程概况

某河道治理工程位于某内陆河流，工程段河床多变，汛期主流摆动频繁，河床横断面变化很大，无比较固定的主槽，具有“宽、浅、乱”的特点，是典型的平原游荡型河道。

1 变更缘由

由于初步设计与技施设计两阶段间经历了一次汛期，河道的游荡特性也造成该段河道滩岸、主槽产生一定程度变化，为保证施工图设计与现场实际情况相符，对现场重新勘测，经多方论证决定：

1、根据该河段历史应急防洪抢险经验和之前已实施整治段的护岸效果来看，设计采用抛石护岸结构形式是合理并且因地制宜的，已取得较为理想的效果。但工程不是一次建成就高枕无忧了，顶冲段抛石备塌体从下沉直至稳定还要经过3-4次汛期才能基本完成，后期必须尽快完成防洪备石的准备工作，汛期务必加强巡查，对备塌体抛石下沉达到警戒部位要及时进行抛石补填，直到冲刷沉陷稳定为止。

2、在抛石护岸还未稳定的条件下，设计采用当地土回填土堤并采用柔性抛石护坡防止洪水冲刷堤坡比较合理，也有利于工程防洪抢险、维护，节省投资。

3、堤坡设无纺布结构层确能提高堤身渗透稳定性，但根据历史应急防洪抢险经验，以往应急抢险采用抛石护岸、土堤结构未设此结构层，也未出现因堤坡渗透破坏造成土堤出险的情况

2 变更设计方案

1、水中进占设计断面：土堤顶宽度6.0m，迎水面边坡1：1.3；背水面边坡施工水位以上1：2，施工水位以下1：4。土堤迎水面采用采用抛石裹护，护坡与土堤顶齐平，顶宽1m，外坡1：1.5，内坡1：1.3。护坡表面30cm进行干砌块石。护坡与土坝体间铺设0.1m的砂砾石垫层及无纺布一层。

2、旱地施工设计断面：土堤、护坡断面结构与水中进占设计断面一致，唯独堤前抛石护岸设置形式二者有所区别。旱地施工设计型式为在护坡抛石前设6.1m宽、2.5m高的备塌体，临水坡1：1.5，背水坡1：1.5。变更设计后的施工图断面结构形式与初设批复的断面结构形式基本相同，唯独取消了土堤与堤前抛石护坡之间的无纺布与砂砾石垫层。

3 计算基本参数

根据现场勘察结果，工程堤基均位于河床面上，河床面低于岸坎后自然地面一般在 2～3m，堤基下伏土层自上而下基本均匀由粉土质砂、含细粒土砂组成。粉土质砂：为河流冲积物（Q4aL），层厚2m-6m，粉土质砂中砂粒含量大于75%，细粒含量为8%，级配不良。砂矿物成分以石英、长石、云母为主。天然密度1.78/cm3，干密度 1.41g/cm3，比重 2.66，孔隙比 0.88，最大干密度 1.67g/cm3，最小干密度1.25g/cm3，内摩擦角 24°，渗透系数 7.0×10-4cm/s。含细粒土砂：为河流冲积物（Q4aL），层厚大于20.0m，。天然密度1.89g/cm3，干密度1.48g/cm3，比重2.66，孔隙比0.80，内摩擦角26°，渗透系数5.5×10-3cm/s。

4 渗透稳定计算

渗透计算采用Autobank7.07软件[5]，对防洪堤进行二维有限元渗流分析，由于堤基及堤身非均质土，建模时对土质交界处做了耦合处理，采用过渡段形式，使计算模型更符合实际。选取4+000最大堤高断面作为计算断面。

计算工况拟定为堤上游为设计水位，下游为洪水期相应实测高水位（工况1）；堤上游为设计水位，下游为枯水期实测最低水位（工况2）；洪水自设计水位降落至最低水位时堤下游为洪水期相应实测高水位（工况 3）。渗透计算成果如表1、表2和图1。

表1 最大水力坡降计算表

图1 渗透稳定计算简图

5 抗滑稳定计算

结合本工程堤身特点，对堤防拟堤身整体稳定情况进行计算，采用简化毕肖普法计算抗滑稳定。计算按以下 3种工况进行：上游为设计水位，下游为洪水期相应实测高水位，稳定渗流期的下游堤坡（工况1）；上游为设计水位，下游为枯水期实测最低水位，稳定渗流期的下游堤坡（工况2）；洪水自设计水位降落至最低水位时堤下游为洪水期相应实测高水位的上游堤坡（工况3）。计算结果见表2。

表2 最边坡稳定计算表

6 结语

根据渗透稳定计算结果可知，三种运行工况渗透坡降均在允许值范围内，边坡稳定系数均大于最小安全系数，其中，最不利工况为洪水自设计水位降落至最低水位时，安全系数为1.212。分析各工况下危险滑裂面，设计水位条件下，危险滑裂面发生在下游边坡，水位骤降工况下，危险滑裂面发生在上游边坡。