大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化探討

劉軒鳴

【摘要】科學合理的大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化應(yīng)該在保證工程質(zhì)量、安全和實施速度的基礎(chǔ)上，盡量節(jié)約工程成本，合理進行資源配置。本文從大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化的相關(guān)問題及對策進行分析，通過對其重要控制要點的把握，實現(xiàn)對大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化的基本了解和實踐指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】大堤加固工程；斷面；設(shè)計；優(yōu)化

一、引言

近些年，大堤工程中出現(xiàn)了一些設(shè)計問題和通病，造成了經(jīng)濟和社會效益的巨大損失，這些現(xiàn)象的發(fā)生主要源于我國設(shè)計單位對大堤工程中一些斷面設(shè)計優(yōu)化的了解不夠深入，出現(xiàn)一些偏差或錯誤的認識，難以完全掌控大堤工程設(shè)計要領(lǐng)，此外就是大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化本身的復(fù)雜性等原因。由此可見，在進行大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化前，首先需要對大堤加固斷面尺寸進行科學合理的選型與設(shè)計，同時還需要對設(shè)計中的防滲技術(shù)和填土區(qū)安排進行相應(yīng)的規(guī)劃，上述問題都是大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化中面臨的重要問題。下面就大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化的幾個重要控制點進行淺要的分析和探討。

二、大堤加固工程斷面的相關(guān)優(yōu)化設(shè)計

對于某湖泊的西大堤來說，其是三條河流洪水東調(diào)南下續(xù)建工程的重要組成內(nèi)容之一，也是該湖泊工程的關(guān)鍵治理內(nèi)容。其向北到達老運河口，向南到達藺家壩，總長度是131.197千米（這個長度不囊括每個長度500米的支流河口），這個工程的絕大部分都達到了相關(guān)標準，但在其湖腰段6.25千米的堤防位置，大約有5千米的長度不達二十年一遇防洪的標準，是大堤的薄弱點，在防汛的時候面臨較大壓力。為了更好的發(fā)揮出西大堤的防洪效益，在合理的論證和分析之后，認為應(yīng)該對其進行加固，鑒于此，引出本文。

2.1關(guān)于的加固斷面尺寸介紹

結(jié)合相關(guān)設(shè)計規(guī)范以及工程的實際情況，在此次的加固工程中，采用的斷面是單一的梯形，從當前的堤防迎水面堤肩一直到背水面的復(fù)堤，其迎水面一直保持固定的狀態(tài)不變，將堤頂設(shè)計高度為39.29米，將堤頂設(shè)計寬度為6.0米，復(fù)堤側(cè)的比值為1：3.0。

2.2關(guān)于防滲分析的相關(guān)設(shè)計

對于湖西大堤湖腰段堤基來說，其主要將②-1層黏土、③-2層黏土和④-1層黏土作為主要力量，在其中還有些許部分也夾雜③-1層淤泥，其滲透的系數(shù)為4.14×10-7cm/s，有著較弱的透水性。目前的堤身是①層～②層素填土。從二十世紀五十年代起，一共經(jīng)過多次加固才完成，這個填土的顏色是棕黃或者黃棕，有一定濕度，有著很好的可塑性，其組成部分為粘土或者粉質(zhì)的粘土，其局部成分是粉質(zhì)和重粉質(zhì)的壤土，在相關(guān)注水試驗后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其堤身的滲透系數(shù)控制在1.23×10-3cm/s～2.4×10-2cm/s范圍之間。在13個孔的注水試驗中，有4個有著較弱的透水性，其他9個都呈現(xiàn)出較強的透水性。滲透穩(wěn)定性結(jié)果表明，堤身有著較大的滲透量，其滲透穩(wěn)定性顯然不能及時對需求滿足，繼續(xù)相關(guān)的截滲工程對策。

2.3關(guān)于填土區(qū)的相關(guān)分析

2.3.1結(jié)構(gòu)分析

1）不論第一取土區(qū)還是第二取土區(qū)，總體都基本為弱膨脹土，它們對工程有著相對較小的影響。2）對于西大堤來說，其腰段基本都是均質(zhì)堤，在大堤的上游測還設(shè)置了一定的截滲墻，所以，其新建復(fù)堤有著相對較低的浸潤線，詳見分析圖2.1和圖2.2。3）對于腰段新建復(fù)堤的底部來說，其指的就是浸潤線下面的部分，膨脹土會顯示出來一定的膨脹度，但因為它所處的位置是堤的下部，其上面有著相對較厚的土層，所以這種膨脹不會產(chǎn)生十分明顯的消極影響。

圖2.1 72+400斷面堤防滲流計算成果圖

圖2.2 72+900斷面堤防滲流計算成果圖

總起來看，對于湖西大堤湖腰段來說，如果將第一和第二兩個取土區(qū)土料采用在其新建復(fù)堤上，也許會伴隨的問題就是其內(nèi)側(cè)會伴隨一定的坡表層土體膨脹和縮小。而要想較好的解決此問題，就是將一個外包蓋加在復(fù)堤表層。

2.3.2“外包蓋”土料改良的方案探討

試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，要想更好的控制土膨脹，可以選擇加摻石灰，因為其有著比粉煤灰更好的效果。但粉煤灰的價格相對經(jīng)濟。在湖西大堤湖腰段不遠的地方有一家熱電廠，因為本工程有著豐富的粉煤灰資源，一噸為17.6元，但本地的石灰一噸卻要220元，所以，該工程選擇了經(jīng)濟的粉煤灰，盡管其效果稍低于石灰，但符合相關(guān)要求且成本較低。

三、大堤加固斷面邊坡穩(wěn)定性驗算

3.1 斷面選取

根據(jù)該湖泊工程的勘察報告、初步設(shè)計等相關(guān)資料，從湖腰段堤防中選72+400，74+900兩個斷面，對其進行堤防邊坡穩(wěn)定復(fù)核。

3.2 計算參數(shù)

1）設(shè)計水位。設(shè)計洪水位分別為上級湖36.99 m和下級湖36.49 m；正常蓄水位分別為上級湖33.99 m，下級湖32.29 m；設(shè)計堤頂高分別為湖腰段上級湖39.99 m和下級湖39.49 m。2）地震設(shè)計烈度。地震動峰加速度為0.10g，相應(yīng)地震基本烈度為7度。3）土層物理力學指標。典型斷面各土層物理力學指標可參見相關(guān)文獻。

3.3計算工況

迎水側(cè)為設(shè)計洪水位，背水側(cè)無水條件下，穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡穩(wěn)定。

3.4計算方法和結(jié)果

結(jié)合物理學指標對每個地方土層進行分析，分析系統(tǒng)采用河海大學的堤防穩(wěn)定分析系統(tǒng)——Slope，其中，對于湖腰上級湖段地基來說，上面有淤泥層，在進行抗滑的穩(wěn)定計算時，一般采用改良圓弧法，而對于湖腰下級湖段地基來說，在進行抗滑的穩(wěn)定計算時，一般采用瑞典圓弧法，F(xiàn)S的計算成果可以從表1中看出。

表3.1 大堤典型斷面邊坡最小穩(wěn)定安全系數(shù)FS計算成果表

三、結(jié)束語

總而言之，隨著時代的發(fā)展和進步，大堤加固行業(yè)在產(chǎn)值不斷增長、根基愈發(fā)牢固的基礎(chǔ)上對工程斷面設(shè)計優(yōu)化也有了更高的要求。大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化具備技術(shù)準備標準高、控制措施細節(jié)復(fù)雜、工藝技術(shù)要求嚴格等一系列特點，這些特點使得大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化在整個大堤加固建設(shè)過程中占據(jù)重要地位，極大程度的影響了工程進度、安全和質(zhì)量?？茖W合理的大堤加固工程斷面設(shè)計優(yōu)化應(yīng)該在保證工程質(zhì)量、安全和實施速度的基礎(chǔ)上，盡量節(jié)約工程成本，合理進行資源配置，致力于經(jīng)濟和社會效益的最大化。

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