莫小弟

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 概述

寧明縣城區(qū)明江右岸現(xiàn)狀除花山文化廣場段已建堤防（堤頂高程約123.0 m，未達(dá)防洪高程）外，其余均為自然堤岸，階地地面高程一般為113～118 m，而明江寧明縣城區(qū)河段20年一遇洪水位約123.5～123.1 m，即地面高程均低于20 年一遇洪水水面線，當(dāng)遭遇20 年一遇洪水時，城區(qū)右岸基本上全部被淹沒。為減少洪澇災(zāi)害造成的損失，確保寧明縣明江右岸居民人身財(cái)產(chǎn)安全，維護(hù)社會安定，實(shí)現(xiàn)寧明縣城區(qū)的防洪安全，建設(shè)寧明縣城區(qū)明江右岸堤防工程是十分必要的。

寧明縣城區(qū)右岸堤防工程主要由解放村～那板段和那龍村～溫泉碼頭段組成，防洪堤長度分別為6783 m和7732 m，保護(hù)對象為城東片區(qū)和城北片區(qū)，規(guī)劃保護(hù)人口分別為2.44 萬人和2.15 萬人，是寧明縣城區(qū)防洪體系的重要組成部分。該兩段堤防工程均已列入廣西主要支流郁江治理工程中。

2 防洪堤地質(zhì)條件

工程區(qū)位于寧明縣明江右岸，以沖洪積形態(tài)為主，地面高程一般113～118 m，地形地勢較平緩。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，沖洪積Ⅰ級階地土層從上到下主要分為三層，分述如下:

（1）Ⅰ級階地第三層（Q4al1-3）為粘土，紅褐色，可塑～硬塑狀，層厚可達(dá)20 m，主要揭露于解放村及那板村附近。

（2）Ⅰ級階地第二層（Q4al1-2）為含粘土中細(xì)砂、中細(xì)砂，黃褐色，飽和，松散～稍密，層厚一般為3～11 m，局部地段缺失。

（3）Ⅰ級階地第一層（Q4al1-1）為砂卵礫石層，色雜，飽和，稍密～中密，呈圓角狀，直徑1.5～6 cm。砂含量約占20%～30%，為中粗砂，粒徑1～2 mm。層厚一般0.3～3.5 m，遍布于工程沿線。

上部覆蓋層下伏第三系泥巖（E2—Ny2），呈灰～青灰色薄層狀，基巖面處偶呈全風(fēng)化狀，巖芯呈土塊狀，厚10～30 cm，往下為強(qiáng)風(fēng)化狀，該層切層節(jié)理裂隙發(fā)育，遍布于工程沿線。

3 天然建筑材料

3.1 土料

工程區(qū)所處的寧明縣周邊區(qū)域地層多為第三系巖性，巖土體均帶有一定的膨脹性，適用的堤防填筑土料分布區(qū)域有限。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從寧明縣城區(qū)沿528縣道往亭亮鄉(xiāng)方向15 km至那張村路口的途中，二級路兩邊多為種植甘蔗的平地及低矮坡地，不適宜進(jìn)行大量土料的開采。那張村附近山體地形地貌較好，交通便利，無居民區(qū)聚集，適宜作為土料場?；谝陨戏治?，確定那張村附近的風(fēng)門嶺粘土料場和那張砂土料場作為寧明縣城區(qū)右岸堤防的土料來源。

經(jīng)對風(fēng)門嶺粘土料場、那張砂土料場進(jìn)行詳查，基本查明風(fēng)門嶺粘土料場粘土儲量約120萬m3，粘土料滲透系數(shù)達(dá)10-6cm/s 級，可作為均質(zhì)粘土堤堤身料或防滲粘土心墻料使用；那張砂土料場砂土儲量可達(dá)近300 萬m3，砂土料滲透系數(shù)以10-4cm/s級為主，不宜作為均質(zhì)土堤填筑料，但可配合防滲粘土心墻使用，作為心墻外堤殼填筑料。

3.2 碎塊石料和砂礫石料

工程區(qū)所在地周圍為碳酸鹽類石山地區(qū)，周邊有許多座大的石灰?guī)r山體，地面以上山體高100～200 m，巖性為中厚層～塊狀灰?guī)r，巖石直接裸露，山坡陡立，臨空面好，巖體風(fēng)化較弱，巖質(zhì)堅(jiān)硬，為較好的建筑石材。寧明縣以西往夏石方向馗塘村有一個手續(xù)齊全的采石場—镕錠石場。镕錠石場地層巖性為三疊系下統(tǒng)馬腳嶺組（T1m）淺灰色灰?guī)r，采石場規(guī)模較大，料源質(zhì)量和儲量均可滿足要求，至工程區(qū)距離約為15 km，路況較好，可從該石料場購買。

4 堤型選擇

擬建的城區(qū)右岸防洪堤堤線結(jié)合寧明縣城區(qū)規(guī)劃道路布置，堤線位于明江右岸Ⅰ級階地上，階地現(xiàn)狀主要以農(nóng)田、耕地為主，地勢整體平坦、開闊，滿足修建各型防洪堤的條件。根據(jù)初步估算，若修建均質(zhì)粘土堤，寧明縣城區(qū)右岸防洪堤需粘土料約280萬m3，若修建粘土心墻防滲土堤，需粘土料約78萬m3。結(jié)合地質(zhì)勘察成果，工程區(qū)附近粘土料儲量無法滿足修建均質(zhì)土堤的要求，若改用粘土心墻防滲土堤，則粘土料儲量可以滿足要求。砂土料、石料儲量豐富，交通運(yùn)輸條件較方便，能滿足工程建設(shè)需要。因此設(shè)計(jì)主要對粘土心墻砂土堤、土石混合堤、混凝土堤3種堤型進(jìn)行比選。

4.1 粘土心墻砂土堤

粘土心墻砂土堤斷面采用堤路結(jié)合的型式，堤頂設(shè)置管理維護(hù)道路，頂寬4.5 m，路面高程124.5 m，堤頂臨江側(cè)設(shè)置防浪墻，頂高程125.1 m。土堤內(nèi)、外側(cè)邊坡均為1∶2，當(dāng)?shù)躺砀叨却笥? m時，在內(nèi)邊坡中部設(shè)置馬道，馬道寬2 m。堤身中部設(shè)置粘土心墻防滲體，心墻頂高程124.1 m，較外江洪水位高約0.7 m，滿足規(guī)范要求。心墻頂寬2 m，往下逐漸加寬，兩側(cè)坡比1∶0.3，心墻兩側(cè)采用砂土填筑，粘土料和砂土料間設(shè)置反濾土工布。堤身臨江側(cè)邊坡采用鋼絲網(wǎng)墊進(jìn)行防護(hù)，保護(hù)堤身土體免受洪水沖刷破壞，同時在洪水降落期起反濾排水作用；內(nèi)側(cè)在馬道以下設(shè)置鋼絲網(wǎng)墊貼坡排水，鋼絲網(wǎng)墊下部設(shè)置反濾層。粘土心墻砂土堤斷面見圖1。

圖1 粘土心墻砂土堤斷面圖

4.2 土石混合堤

土石混合堤堤身上部兩側(cè)采用C15混凝土重力式擋墻，墻頂高程123.6 m，臨江側(cè)設(shè)置防浪墻，頂高程124.7 m。堤身內(nèi)部采用開挖料回填，堤頂寬4.5 m，鋪設(shè)管理維護(hù)道路。兩側(cè)擋墻頂寬0.8 m，外側(cè)坡比為1∶0.4，內(nèi)側(cè)垂直，擋墻與底板連為一體，底板厚3 m，寬14.67 m。土石混合堤斷面見圖2。

圖2 土石混合堤斷面圖

4.3 混凝土堤

防洪堤采用C25 鋼筋混凝土懸臂式擋墻結(jié)構(gòu)，懸臂墻頂高程123.6 m，頂寬1 m，臨水側(cè)設(shè)置混凝土防浪墻，防浪墻頂高程124.7 m。懸臂墻臨水側(cè)垂直，背水側(cè)坡比1∶0.2，底板厚3 m，寬13 m，與墻身連為一體。底板背水側(cè)設(shè)置防滑凸榫，尺寸2 m×1 m。擋墻背水側(cè)間隔6 m設(shè)置C25鋼筋混凝土隔墻，厚1 m，墻頂為C25 鋼筋混凝土板，厚0.5 m，混凝土板與堤身、混凝土隔墻連為一體，形成堤頂6 m寬管理維護(hù)道路。為減小堤基滲透壓力，確保堤身整體穩(wěn)定，臨水側(cè)堤基進(jìn)行高噴灌漿處理?；炷恋虜嗝嬉妶D3。

圖3 混凝土堤斷面圖

4.4 堤型比選

3種方案的土建主要工程量及投資比較見表1。

表1 3種堤型每公里主要工程量及投資比較表

根據(jù)表1 可知，粘土心墻砂土堤方案每公里較土石混合堤方案、混凝土堤方案分別節(jié)省投資2252萬元、2428 萬元，采用粘土心墻砂土堤在投資上具有很大優(yōu)勢。同時粘土心墻砂土堤方案生態(tài)條件好，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。土石混合堤方案和混凝土堤方案堤身斷面較小，占用土地較少，征地費(fèi)用較少，但混凝土材料單價(jià)高，投資較大。同時，土石混合堤方案和混凝土堤方案為硬性結(jié)構(gòu)，與周圍生態(tài)環(huán)境不協(xié)調(diào)。綜合考慮，粘土心墻砂土堤方案優(yōu)勢非常明顯，設(shè)計(jì)推薦采用粘土心墻砂土堤型式。

5 堤身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），主要對土堤進(jìn)行滲透穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定計(jì)算，復(fù)核堤身的穩(wěn)定安全。

5.1 滲透穩(wěn)定計(jì)算

通過計(jì)算各種工況下堤身和堤基的滲流比降，復(fù)核堤身和堤基的滲透穩(wěn)定是否滿足要求。背水側(cè)堤坡砂土的允許滲流比降為0.25，地基粉質(zhì)粘土的允許滲流比降為0.52。滲透穩(wěn)定計(jì)算采用北京理正巖土計(jì)算分析軟件，用有限元法對穩(wěn)定流及非穩(wěn)定流土體的滲流進(jìn)行分析。計(jì)算主要考慮兩種工況:①臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位（P=5%），背水側(cè)為平地面水位；②設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡。臨水側(cè)由設(shè)計(jì)洪水位（P=5%）驟降至常水位。

經(jīng)計(jì)算，在設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流工況下堤身的滲透穩(wěn)定為相對危險(xiǎn)的情況。該工況下，計(jì)算的背水側(cè)堤坡逸出段滲流比降為0.34，大于砂土的允許比降值，需采取反濾措施；地基表面逸出段滲流比降為0.36，小于地基粉質(zhì)粘土的允許比降值，滿足規(guī)范要求。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)在堤背設(shè)置反濾土工布+厚0.3 m 的反濾層+0.3 m 厚的鋼絲網(wǎng)墊貼坡排水措施，反濾體頂高程高出浸潤線出逸點(diǎn)1 m以上，可確保堤身的滲透穩(wěn)定滿足要求。

5.2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

防洪堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算分為正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件，計(jì)算工況選擇如下:①工況1:設(shè)計(jì)洪水位情況下的穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡，為正常運(yùn)用條件；②工況2:設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡，為正常運(yùn)用條件；③工況3:施工期的臨水、背水側(cè)堤坡，為非常運(yùn)用條件Ⅰ。

計(jì)算采用北京理正巖土計(jì)算分析軟件，抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)合各工況的滲流計(jì)算成果進(jìn)行，將滲流計(jì)算成果導(dǎo)入邊坡穩(wěn)定分析模塊，并輸入相應(yīng)土體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，按簡化畢肖普法計(jì)算堤身的抗滑穩(wěn)定。抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 土堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果顯示，在各計(jì)算工況下，土堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范要求的最小安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

在寧明縣城區(qū)右岸防洪堤的設(shè)計(jì)中，考慮周邊建材儲量的情況，采用粘土心墻砂土堤是一種相對經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、安全、合理的堤型選擇。該設(shè)計(jì)成果可為相似工程的設(shè)計(jì)人員提供借鑒。