灵山县钦江河道防洪综合整治工程及稳定性分析

钟安保

(广州众禹工程咨询有限公司，广东 广州 510000)

1 工程概况

三隆镇防洪整治工程位于三隆镇区，三隆镇位于灵山县西南部，距县城36 km。北靠鸡龙山、东南相邻那隆镇，西北相邻旧州、 陆屋镇。全镇总面积132.5 km2，下辖17个村委会，1个居委会，438个自然村。耕地面积3237 hm2，水田面积 2297 hm2。总人口56 335人，其中农业人口54 838人。

钦江三龙镇河段两岸为天然河岸，岸上大部分为农田，河岸边坡为1∶0.3～1∶2.0，坡面凌乱，岸坡塌陷严重，存在有冲蚀地基、侵蚀岸坡、主流迫岸、沉降等威胁；右岸新、老桥中间部分及左岸老桥下游部分岸坡紧邻农田或房屋，部分房屋基础深入河床，呈吊脚楼状。近年洪涝灾害频发，现未设防的两岸已不能适应经济发展的要求，进行防洪治涝，防止污染河道，减少水土流失，扶正河道，预防淤积，亟须实施河道防洪综合整治。

2 工程现状及地质条件

2.1 工程问题现状

三隆镇防洪整治工程位于三隆镇区，主要是三隆镇区的防护工程，设计断面以上集水面积1033 km2，三隆镇区河段一般河宽为100～120 m，现状河道较宽，河道两岸多为居民建筑，建筑占用河道比较严重，河槽较深，河道淤积较深，两岸局部有崩塌现象，采砂情况较为严重，当地居民向河道内倾倒垃圾较多。为了抵御钦江洪水，当地政府和人民作出了不懈努力，多次做过小河流清淤整治，但由于财政物力不足，特别是在资金投入方面十分有限，河段两岸均无堤防，现状洪水标准只达到2～5年一遇，且无防洪排涝工程设施。三隆镇段防洪排涝目前存在的问题主要表现在：

(1)洪涝灾害频繁，给流域带来严重的损失。钦江三隆镇河段从未治理，桩号左0+000～ 0+868段经常被洪水淹没，多次造成水灾，损失严重。频繁的洪涝灾害给沿岸人民的生命财产造成了巨大的损失，还破坏和扰乱了城镇的社会、生产、生活秩序，同时还对城镇的环境卫生、疾病预防方面带来不利的影响，制约了流域经济社会发展[1-2]。

(2)防洪基础设施薄弱，河岸冲刷严重。河流沿岸的重要集镇和粮食生产基地的防洪设施少、标准低，甚至很多处于不设防状态，桩号右一0+000～ 1+574、右二0+000～2+756段均为耕地，河岸冲蚀严重，水土流失大，且呈扩宽趋势，严重威胁河岸农业生产；桩号左0+100～0+300段受主流迫岸影响，岸坡基础冲刷严重。

针对河道存在的主要问题，采用筑堤护岸和重新规划设计排涝建筑物等工程措施来提高河道两岸的防洪、排涝能力。河道整治后，使堤围防洪标准达到10年一遇洪水标准，可保障钦江发生10年一遇洪水时，堤围具备防御能力；结合涵闸建设可保障围内遭遇10年一遇24 h暴雨时免受内涝灾害，确保河道两岸工农业正常生产和人们的安居乐业。

2.2 工程地质条件

根据钻孔揭露、坑探及现场地质调查，工程区主要出露的地层为：

(1)杂填土。 黄褐色、灰色及灰黑色，结构松散，主要分布在右岸1+815～2+000范围之内。其结构松散。分布在局部地段应清除。

(2)粉质黏土。 黄色～灰色，软塑，分布在河漫滩部位。局部夹细砂薄层，含水量高，高压缩，承载力低，允许不冲刷流速低，抗冲刷能力较差，连续出现塌岸现象。存在冲刷及边坡失稳问题[3-4]。建议地基承载力标准值fk=150 kPa。

(3)细砂。 黄褐色～灰色，松散～稍密，局部夹粉土薄层，主要分布在河漫滩粉土质砂层之下，承载力较低。允许不冲刷流速低，抗冲刷能力较差，边坡失稳。分布在地下水位以下，地震烈度为Ⅶ区因此存在震动液化问题。建议地基承载力标准值fk=160 kPa。

(4)粉质黏土。 黄褐色，可塑，连续分布在二级阶地表层。硬塑～可塑，工程性质较好，分布稳定，承载力较高。允许不冲刷流速低，由于河床切割较深，边坡高水流急存在冲刷、塌岸边坡失稳问题。建议地基承载力标准值fk=200 kPa。

(5)全风化泥质粉砂岩。 黄褐色，粉砂质结构，薄层至厚层构造，岩体风化强烈，呈全风化土状。分布在二级阶地粉质黏土之下。厚度大，承载力高。但允许不冲刷流速低，抗冲刷能力较差，塌岸严重。建议地基承载力标准值fk=300 kPa。

由此可见，地质条件方面主要存在问题为存在冲刷及边坡失稳问题，需加强地层承载力以达防洪标准。

2.3 水文地质条件

地下水按成因类型可分为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，第四系孔隙潜水主要赋存于钦江河漫滩粉土质砂及细砂层中。主要接受大气降水补给。埋藏较浅与河水连通性强，水位随河水位波动，对施工影响较大。基岩裂隙水埋藏较深，地表水和地下水对混凝土结构具微腐蚀；对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀。地基土对钢结构具弱腐蚀，对其他建筑材料无腐蚀。

3 工程总体布置

3.1 总体方案

针对工程主要存在的防洪排涝标准不能满足要求的现状问题，结合工程地质条件，从以下四个方面进行工程布置：

(1)堤防。三隆镇镇区老桥上游左岸防洪段，地面高程为33.31～34.88 m，设计洪水位为36.75～37.10 m,拟采取新筑堤防及护岸，提高岸顶高程，提高防洪能力，提高岸坡稳定。堤线基本上沿原河岸走向，局部绕过三隆镇自来水厂水塔(水塔拆除影响地方供水)沿内侧布置，始端封闭于三隆山坡，末端与三隆村道路连接，总长868 m。

(2)护岸。护岸基本上沿原河岸走向，局部凸岸进行顺水流疏挖，新桥上游右岸一段护岸始端位于石球塘山坡附近，末端至关塘岭村道路，总长1.574 km；老桥下游右岸二段地面高程为31.25～34.25 m，护岸始端位于牛江浪，末端至长坡岭，总长2.756 km。

(3)排水涵。三隆镇镇区老桥上游左岸防洪段，为防止内涝、保证堤内积水能及时排出，沿堤共设2座排水涵闸。 老桥上游右岸一段护岸段，为保证岸内积水及时排出，拟在原排水沟处埋设排水涵，并在适当位置增设排水涵，共4座。

(4)码头。三隆镇河道段原有两处码头，本次设计拟采用在原址重建外，新增桩号左0+858段码头，码头形式采用M7.5浆砌石结构。长20 m，宽5 m，顶部高程比多年平均水位高0.5 m，也可兼做休闲场所。

3.2 堤防、护岸设计

3.2.1 堤顶高程的确定

Y=R+e+A

(1)

式中：y为堤顶超高，m；R为设计波浪爬高，m，按莆田试验站公式计算，对不允许越浪的堤防，爬高累积频率宜取2%；对允许越浪的堤防，爬高累积频率宜取13%；e为设计风速壅水高度，m；A为安全加高，m，本河岸整治工程的级别为5级，按规范GB 50286—2013规定，安全加高值，当不允许越浪的5级河岸整治工程，A取0.5 m。

根据规范GB 50286—2013计算波浪的平均波高，如式(2)：

(2)

式中：g为重力加速度，取9.81 m/s2；hm为平均波高，m；W为计算风速，取27.30 m/s；Hm为水域平均水深，m；D为风区长度，m。

设计波浪爬高值应根据不允许越浪的堤防，爬高累积频率宜取2%，平均波浪爬高按式(3)计算：

(3)

式中：Rm为平均波浪爬高，m；KΔ为斜坡的糙率渗透性系数，取0.85；Kw为经验系数；m为坡度系数；Lm为平均波长，m；Tm为平均波周期，s。

根据规范GB 50286—2013，分别查得累积频率为2%的波浪爬高与平均爬高比值，计算正向波波浪的爬高值，通过斜向来波折减系数Kβ，计算斜向来波波浪的爬高值。

乌鲁木齐市作为全国公交都市示范城市，大力实施公交优先项目，进一步整合全市公共交通资源。在建设BRT快速公交系统基础上，建设轨道交通1号线，率先在全疆建成以轨道交通和快速公交为骨架、常规公交为主体，其他交通方式为补充的城市公共交通系统。开展公交智能化应用示范，建设公共交通数据资源中心、乘客出行信息服务平台、城市公共汽车运营监管平台。

选取最不利断面计算，计算堤顶超高结果为1.067 m，因此，各堤段堤顶设计高程见下表1。

表1 老桥上游左岸防洪段设计堤顶高程 m

3.2.2 结构设计

堤身、护岸结构设计及材料质量要求如下：

(1)堤身设计。三隆镇镇区老桥上游左岸段防洪挡水建筑物采用均质土堤；岸坡采用生态石笼网垫护岸；河床采用M7.5浆砌石挡土墙护脚，新建土堤长868 m。

(2)护岸设计。新桥上游右岸一段护岸长1574 m，河床护脚采用重力式M7.5浆砌石挡土墙，墙高2.5～2.7 m，临水侧沿直，背水侧坡比为1∶0.5，前趾、后踵长0.5 m，顶宽0.5 m；挡土墙内布置φ50PVC排水管，间距2 m，迎水侧墙脚抛石护脚；护坡采用植草护坡，坡比为1∶2.0，岸边设置2 m宽绿化带，3 m宽C20混凝土路面兼亲水平台，路面高程为多年平均洪水位加0.5 m。

(3)材料质量要求。堤身填土主要采用黏土、亚黏土、粉质黏土、砂质黏土，黏粒含量宜为15%～30%，塑性指数宜为10～20，且不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质，填筑土料含水率与最优含水率的允许偏差为±3%；河岸整治填筑土的压实度不应低于0.90。

4 工程整体稳定计算分析

4.1 土堤渗流计算

通过以上河道防洪综合整治工程的布局与设计，加强了堤围的防御能力，为保证设计满足10年 一遇洪水标准，拟选取目标桩号代表性断面进行不同工况下的稳定性计算，并针对最不利工况下的稳定计算进行分析。

本次采用北京理正软件设计研究所开发的《理正岩土渗流分析软件5.6版》中有限元法[6-8]计算防洪堤渗流稳定，本次渗流计算沿堤线选取左0+827.8代表性断面进行计算。

渗流计算的工况及条件：

工况Ⅰ(稳定渗流期)：设计洪水位为10年一遇洪水的水位，内堤脚无水状态；

工况Ⅱ(水位骤降期)：水位骤落期的洪水位变化，采用10年一遇情况下的洪水变化成果，第一天下降1.74 m，第二天下降3.06 m，第三天下降0.67 m。

各工况下计算结果详见表2。

表2 标准断面渗流及抗滑稳定计算成果

4.2 堤身抗滑稳定计算

根据规范GB 50286—2013堤身稳定计算采用以下工况：

工况Ⅰ：稳定渗流期，计算防洪堤背水坡的稳定系数(正常条件)；

工况Ⅱ：水位骤降期，计算防洪堤迎水的坡稳定系数(正常条件)；

工况Ⅲ：施工期，计算防洪堤的迎水坡、背水坡的稳定系数(非常条件Ⅰ)；

工况Ⅳ：多年平均高水位遇地震，计算防洪堤的迎水坡、背水坡的稳定系数(非常条件Ⅱ)。

各工况下计算结果详见表2。

由表2计算结果可知土堤渗透比降和抗滑安全系数均满足规范要求。

5 结 论

洪涝灾害的发生将给人民的生命财产带来巨大损失，为了适应社会经济快速发展要求，保障人民群众的生命和财产安全，改善投资、旅游环境条件，进行防洪治涝，防止污染河道，减少水土流失，扶正河道，预防淤积，实施河道整治是非常迫切和必要的。灵山钦江河道防洪综合整治工程的实施将使堤围具备一定防御能力，确保河道两岸工农业正常生产，国民经济指标比较优越，其社会效益和环境效益是显著的，对社会安定和经济可持续发展具有积极、深远的影响和作用。