宁明县城区右岸防洪堤堤型设计研究

莫小弟

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述

宁明县城区明江右岸现状除花山文化广场段已建堤防（堤顶高程约123.0 m，未达防洪高程）外，其余均为自然堤岸，阶地地面高程一般为113～118 m，而明江宁明县城区河段20年一遇洪水位约123.5～123.1 m，即地面高程均低于20 年一遇洪水水面线，当遭遇20 年一遇洪水时，城区右岸基本上全部被淹没。为减少洪涝灾害造成的损失，确保宁明县明江右岸居民人身财产安全，维护社会安定，实现宁明县城区的防洪安全，建设宁明县城区明江右岸堤防工程是十分必要的。

宁明县城区右岸堤防工程主要由解放村～那板段和那龙村～温泉码头段组成，防洪堤长度分别为6783 m和7732 m，保护对象为城东片区和城北片区，规划保护人口分别为2.44 万人和2.15 万人，是宁明县城区防洪体系的重要组成部分。该两段堤防工程均已列入广西主要支流郁江治理工程中。

2 防洪堤地质条件

工程区位于宁明县明江右岸，以冲洪积形态为主，地面高程一般113～118 m，地形地势较平缓。根据地质勘察资料，冲洪积Ⅰ级阶地土层从上到下主要分为三层，分述如下:

（1）Ⅰ级阶地第三层（Q4al1-3）为粘土，红褐色，可塑～硬塑状，层厚可达20 m，主要揭露于解放村及那板村附近。

（2）Ⅰ级阶地第二层（Q4al1-2）为含粘土中细砂、中细砂，黄褐色，饱和，松散～稍密，层厚一般为3～11 m，局部地段缺失。

（3）Ⅰ级阶地第一层（Q4al1-1）为砂卵砾石层，色杂，饱和，稍密～中密，呈圆角状，直径1.5～6 cm。砂含量约占20%～30%，为中粗砂，粒径1～2 mm。层厚一般0.3～3.5 m，遍布于工程沿线。

上部覆盖层下伏第三系泥岩（E2—Ny2），呈灰～青灰色薄层状，基岩面处偶呈全风化状，岩芯呈土块状，厚10～30 cm，往下为强风化状，该层切层节理裂隙发育，遍布于工程沿线。

3 天然建筑材料

3.1 土料

工程区所处的宁明县周边区域地层多为第三系岩性，岩土体均带有一定的膨胀性，适用的堤防填筑土料分布区域有限。根据调查发现，从宁明县城区沿528县道往亭亮乡方向15 km至那张村路口的途中，二级路两边多为种植甘蔗的平地及低矮坡地，不适宜进行大量土料的开采。那张村附近山体地形地貌较好，交通便利，无居民区聚集，适宜作为土料场。基于以上分析，确定那张村附近的风门岭粘土料场和那张砂土料场作为宁明县城区右岸堤防的土料来源。

经对风门岭粘土料场、那张砂土料场进行详查，基本查明风门岭粘土料场粘土储量约120万m3，粘土料渗透系数达10-6cm/s 级，可作为均质粘土堤堤身料或防渗粘土心墙料使用；那张砂土料场砂土储量可达近300 万m3，砂土料渗透系数以10-4cm/s级为主，不宜作为均质土堤填筑料，但可配合防渗粘土心墙使用，作为心墙外堤壳填筑料。

3.2 碎块石料和砂砾石料

工程区所在地周围为碳酸盐类石山地区，周边有许多座大的石灰岩山体，地面以上山体高100～200 m，岩性为中厚层～块状灰岩，岩石直接裸露，山坡陡立，临空面好，岩体风化较弱，岩质坚硬，为较好的建筑石材。宁明县以西往夏石方向馗塘村有一个手续齐全的采石场—镕锭石场。镕锭石场地层岩性为三叠系下统马脚岭组（T1m）浅灰色灰岩，采石场规模较大，料源质量和储量均可满足要求，至工程区距离约为15 km，路况较好，可从该石料场购买。

4 堤型选择

拟建的城区右岸防洪堤堤线结合宁明县城区规划道路布置，堤线位于明江右岸Ⅰ级阶地上，阶地现状主要以农田、耕地为主，地势整体平坦、开阔，满足修建各型防洪堤的条件。根据初步估算，若修建均质粘土堤，宁明县城区右岸防洪堤需粘土料约280万m3，若修建粘土心墙防渗土堤，需粘土料约78万m3。结合地质勘察成果，工程区附近粘土料储量无法满足修建均质土堤的要求，若改用粘土心墙防渗土堤，则粘土料储量可以满足要求。砂土料、石料储量丰富，交通运输条件较方便，能满足工程建设需要。因此设计主要对粘土心墙砂土堤、土石混合堤、混凝土堤3种堤型进行比选。

4.1 粘土心墙砂土堤

粘土心墙砂土堤断面采用堤路结合的型式，堤顶设置管理维护道路，顶宽4.5 m，路面高程124.5 m，堤顶临江侧设置防浪墙，顶高程125.1 m。土堤内、外侧边坡均为1∶2，当堤身高度大于6 m时，在内边坡中部设置马道，马道宽2 m。堤身中部设置粘土心墙防渗体，心墙顶高程124.1 m，较外江洪水位高约0.7 m，满足规范要求。心墙顶宽2 m，往下逐渐加宽，两侧坡比1∶0.3，心墙两侧采用砂土填筑，粘土料和砂土料间设置反滤土工布。堤身临江侧边坡采用钢丝网垫进行防护，保护堤身土体免受洪水冲刷破坏，同时在洪水降落期起反滤排水作用；内侧在马道以下设置钢丝网垫贴坡排水，钢丝网垫下部设置反滤层。粘土心墙砂土堤断面见图1。

图1 粘土心墙砂土堤断面图

4.2 土石混合堤

土石混合堤堤身上部两侧采用C15混凝土重力式挡墙，墙顶高程123.6 m，临江侧设置防浪墙，顶高程124.7 m。堤身内部采用开挖料回填，堤顶宽4.5 m，铺设管理维护道路。两侧挡墙顶宽0.8 m，外侧坡比为1∶0.4，内侧垂直，挡墙与底板连为一体，底板厚3 m，宽14.67 m。土石混合堤断面见图2。

图2 土石混合堤断面图

4.3 混凝土堤

防洪堤采用C25 钢筋混凝土悬臂式挡墙结构，悬臂墙顶高程123.6 m，顶宽1 m，临水侧设置混凝土防浪墙，防浪墙顶高程124.7 m。悬臂墙临水侧垂直，背水侧坡比1∶0.2，底板厚3 m，宽13 m，与墙身连为一体。底板背水侧设置防滑凸榫，尺寸2 m×1 m。挡墙背水侧间隔6 m设置C25钢筋混凝土隔墙，厚1 m，墙顶为C25 钢筋混凝土板，厚0.5 m，混凝土板与堤身、混凝土隔墙连为一体，形成堤顶6 m宽管理维护道路。为减小堤基渗透压力，确保堤身整体稳定，临水侧堤基进行高喷灌浆处理。混凝土堤断面见图3。

图3 混凝土堤断面图

4.4 堤型比选

3种方案的土建主要工程量及投资比较见表1。

表1 3种堤型每公里主要工程量及投资比较表

根据表1 可知，粘土心墙砂土堤方案每公里较土石混合堤方案、混凝土堤方案分别节省投资2252万元、2428 万元，采用粘土心墙砂土堤在投资上具有很大优势。同时粘土心墙砂土堤方案生态条件好，与周围环境协调。土石混合堤方案和混凝土堤方案堤身断面较小，占用土地较少，征地费用较少，但混凝土材料单价高，投资较大。同时，土石混合堤方案和混凝土堤方案为硬性结构，与周围生态环境不协调。综合考虑，粘土心墙砂土堤方案优势非常明显，设计推荐采用粘土心墙砂土堤型式。

5 堤身结构稳定计算

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），主要对土堤进行渗透稳定、抗滑稳定计算，复核堤身的稳定安全。

5.1 渗透稳定计算

通过计算各种工况下堤身和堤基的渗流比降，复核堤身和堤基的渗透稳定是否满足要求。背水侧堤坡砂土的允许渗流比降为0.25，地基粉质粘土的允许渗流比降为0.52。渗透稳定计算采用北京理正岩土计算分析软件，用有限元法对稳定流及非稳定流土体的渗流进行分析。计算主要考虑两种工况:①临水侧为设计洪水位（P=5%），背水侧为平地面水位；②设计洪水位骤降期的临水侧堤坡。临水侧由设计洪水位（P=5%）骤降至常水位。

经计算，在设计洪水位稳定渗流工况下堤身的渗透稳定为相对危险的情况。该工况下，计算的背水侧堤坡逸出段渗流比降为0.34，大于砂土的允许比降值，需采取反滤措施；地基表面逸出段渗流比降为0.36，小于地基粉质粘土的允许比降值，满足规范要求。根据以上计算结果，设计在堤背设置反滤土工布+厚0.3 m 的反滤层+0.3 m 厚的钢丝网垫贴坡排水措施，反滤体顶高程高出浸润线出逸点1 m以上，可确保堤身的渗透稳定满足要求。

5.2 抗滑稳定计算

防洪堤抗滑稳定计算分为正常运用条件和非常运用条件，计算工况选择如下:①工况1:设计洪水位情况下的稳定渗流期的背水侧堤坡，为正常运用条件；②工况2:设计洪水位骤降期的临水侧堤坡，为正常运用条件；③工况3:施工期的临水、背水侧堤坡，为非常运用条件Ⅰ。

计算采用北京理正岩土计算分析软件，抗滑稳定计算结合各工况的渗流计算成果进行，将渗流计算成果导入边坡稳定分析模块，并输入相应土体物理力学参数指标，按简化毕肖普法计算堤身的抗滑稳定。抗滑稳定计算结果见表2。

表2 土堤抗滑稳定计算成果表

计算结果显示，在各计算工况下，土堤的抗滑稳定安全系数均大于规范要求的最小安全系数，满足规范要求。

6 结语

在宁明县城区右岸防洪堤的设计中，考虑周边建材储量的情况，采用粘土心墙砂土堤是一种相对经济、生态、安全、合理的堤型选择。该设计成果可为相似工程的设计人员提供借鉴。