堤后新開挖河道對堤防穩(wěn)定的影響研究

胡曉東

摘 要：結(jié)合某堤防工程實例，本文簡要介紹提升堤防穩(wěn)定性的重要價值，分析了影響堤防穩(wěn)定性的因素，提出施工建議，減小堤后新開挖河道施工對周圍產(chǎn)生的擾動，防止堤后新開挖河道出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，提高堤防的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：堤后新開挖河道;堤防工程;堤防穩(wěn)定

中圖分類號：TV871 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）17-0079-03

Study on the Influence of Newly Excavated River Channel behind Dike on the Stability of Dike

HU Xiaodong

（Henan Water Conservancy Survey， Design and Research Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Combined with an example of a dike project， this paper briefly introduced the important value of improving the stability of the dike， analyzed the factors that affected the stability of the dike， and proposed construction suggestions. The purpose is to reduce the disturbance to the surroundings of the newly excavated river channel construction after the embankment， prevent the landslide phenomenon of the newly excavated river channel behind the embankment， and improve the safety and reliability of the embankment.

Keywords： newly excavated river behind the embankment;embankment engineering;embankment stability

在堤防工程堤后新開挖河道的過程中，為了保證堤防的穩(wěn)定性，施工單位要提前做好施工測量工作，保證河道開挖的合理性與規(guī)范性。結(jié)合河道開挖特點得知，開挖施工方式主要分為兩種，分別是選擇導(dǎo)流渠一側(cè)進行開挖與導(dǎo)流渠兩側(cè)同時開挖。為了減小堤后新開挖河道對堤防產(chǎn)生的不利影響，本文重點探討堤后新開挖河道注意事項。

1 提升堤防穩(wěn)定性的重要價值

如果堤防岸坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，會嚴重影響堤防工程各項功能的正常發(fā)揮。堤防工程建設(shè)期間，堤防岸坡失穩(wěn)現(xiàn)象較為常見，堤防岸坡的破壞形式主要分為三種，分別是坍塌、崩塌與滑坡[1]。影響堤防工程穩(wěn)定的因素比較多，內(nèi)部因素主要是地質(zhì)條件、地形地貌，外部影響因素為氣候條件與工藝因素等。

城市化進程的快速推進，給水源系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來較大影響，一些河道被填埋和占用，要求相關(guān)部門合理規(guī)劃水系。在水系規(guī)劃過程中，相關(guān)人員計劃在外部河堤防后部開挖新河道，以新河道為濕地，或者作為排澇河道。此種方式雖然可以滿足城市水系運行需求，但是對河道堤防的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。為了提升堤防工程的穩(wěn)定性，在堤后開挖河道過程中，設(shè)計人員要結(jié)合堤防工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件，加強穩(wěn)定性分析，減小堤后河道開挖對堤防工程產(chǎn)生的負面影響[2]。

2 案例概況

本文主要以某堤防工程為例，該堤防工程是城市防洪圈的核心組成部分，防洪標(biāo)準為20年一遇，堤防等級是4級，堤防全長是6.8 m，頂部寬度是5.5 m，設(shè)計高程是10.5 m，迎水坡的坡比是1.0∶2.6，背水坡的坡比是1.0∶2.4。結(jié)合規(guī)劃要求得知，在道路的北側(cè)新開河道，以此為泵站的進水渠。新開河道的河底高程為1.5～2.1 m，長度為790 m。

3 堤防穩(wěn)定性分析與施工建議

3.1 合理選擇河道開挖方案

結(jié)合該堤防工程的特點得知，堤后新開挖河道施工方案主要分為6種。一是在距離既有堤防工程堤腳5.0 m位置開挖施工，河道的底部高程為1.62 m，坡度比為1.0∶2.6;二是在距離既有堤防工程堤腳15.0 m位置開挖施工，河道的底部高程為1.62 m，坡度比為1.0∶2.6;三是在距離既有堤防工程堤腳25.0 m位置開挖施工，河道的底部高程為1.62 m，坡度比為1.0∶2.6;四是在距離既有堤防工程堤腳25.0 m位置開挖施工，河道的底部高程為1.62 m，坡度比為1.0∶2.6;五是在距離既有堤防工程堤腳15.0 m位置開挖施工，河道的底部高程為1.2 m，坡度比為1.0∶2.6;六是在距離既有堤防工程堤腳15.0 m位置開挖施工，河道的底部高程為1.2 m，坡度比為1.0∶2.6。

通過對堤防工程進行穩(wěn)定性計算，岸坡的穩(wěn)定安全系數(shù)分別是1.547、1.325、1.547、1.025、1.654、1.224。

3.2 堤防穩(wěn)定性分析

堤防抗滑穩(wěn)定性計算環(huán)節(jié)運用簡化畢肖普法，假設(shè)滑動面是圓滑的，準確計算土條作用力，同時運用力矩平衡理念，合理確定堤防坡安全系數(shù)。結(jié)合大量的工程實踐得知，應(yīng)用簡化畢肖普法進行堤防邊坡穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果較為精確[3]。相關(guān)人員運用有效應(yīng)力法，計算堤防工程穩(wěn)定滲流期。

在新挖河道距離堤防腳較近位置，堤防的穩(wěn)定安全性比較差。該工程的臨街距離是25.0 m，在臨界距離之內(nèi)，如果新挖河道距離堤防腳比較近，對堤防工程的穩(wěn)定性影響最大，同時堤防工程的穩(wěn)定安全系數(shù)和距離呈線性聯(lián)系。伴隨新挖河道開挖距離的不斷增大，堤防工程的穩(wěn)定安全系數(shù)保持不變，最終趨于穩(wěn)定。

在與堤防腳距離25.0 m處，堤防工程的滑動面保持不變，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)不變，安全系數(shù)不變。由于堤后開挖河道距離堤防工程較遠，對堤防工程排水有利，滑動面土壓逐漸降低，能夠提升堤防工程的穩(wěn)定性。如果新開挖河道和堤防工程腳距離逐漸減小，滑動面逐漸向深部發(fā)展，圓弧滑動面到達河底，使得堤防工程的抗滑穩(wěn)定系數(shù)逐漸減小[4]。

此外，新開挖河道的深度對堤防工程穩(wěn)定系數(shù)也會產(chǎn)生一定影響。新開挖河道開挖深度不斷增大，每增加10.0%，堤防工程的抗滑穩(wěn)定系數(shù)會減少0.6%，同時，堤防工程的滑動面保持不變。新開挖河道深度逐漸增加，減載量逐漸增加，堤防下游水穩(wěn)逐漸下降，上、下游水位差增加，堤防的滲透壓力增大，使得堤防穩(wěn)定安全系數(shù)不斷減小。

在堤防工程中，背水坡堤腳長時間處于水面下，在地下水的浸泡下，土體抗剪強度逐漸減弱，堤防腳部受河水沖刷作用，特別是汛期排澇時期，河道水流量明顯增加，水流的流速快速增大，會對既有堤防坡形產(chǎn)生較大沖刷，嚴重的還會引發(fā)坍塌事故，降低河道堤防工程的安全性。

3.3 建議

第一，新開挖河道和原有堤防工程的堤腳位置存在臨界距離，臨界距離之外，堤防工程的穩(wěn)定系數(shù)不會出現(xiàn)明顯變化，和沒有開挖部位的河道堤防工程安全系數(shù)相同。臨界范圍之內(nèi)，新開挖河道和堤防工程腳部距離對堤防工程穩(wěn)定性的影響比較大，安全系數(shù)逐漸降低，最大降低43.0%左右，同時，堤防工程的滑動面也會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象[5]。

第二，由于新開挖河道的深度對堤防工程安全穩(wěn)定系數(shù)影響較大，堤防工程每開挖加深10.0%，堤防工程的抗滑穩(wěn)定系數(shù)會減少0.6%，但是，堤防工程滑動面位置不會出現(xiàn)明顯變化[6]。

第三，堤防工程后部開挖河道對堤防工程穩(wěn)定性影響重點表現(xiàn)為：新開挖河道施工會影響堤防下游水位，使得上、下游水位差不斷增大，堤防滲透壓力逐漸提升，其抗滑力減小，堤防工程穩(wěn)定系數(shù)下降[7]。堤防工程后部開挖新河道，使得堤防工程邊坡滑體抗滑能力下降，堤防穩(wěn)定系數(shù)減小。

第四，堤后新開挖河道施工環(huán)節(jié)，施工單位要結(jié)合導(dǎo)流渠流向和堤防工程穩(wěn)定性，優(yōu)化河道開挖方式。河道開挖后，施工人員要及時將土體回填到導(dǎo)流渠中，保證堤防工程導(dǎo)流渠的施工高度與設(shè)計高度相同[8]。

堤后新開挖河道施工結(jié)束后，施工單位要運用堤防加固技術(shù)，對原有堤防工程進行加固處理，將堤防工程表面進行徹底清理，然后進行松土作業(yè)，重點是進行坡面松土，合理控制回填土含水率，土料覆蓋平整后方可進行碾壓，為后續(xù)施工提供更多便利。

3.4 施工材料控制

河道堤防施工流程較多，需要使用大量材料，施工單位要充分認識到施工材料對堤后新開挖河道的影響，保持高度重視，確保河道開挖的安全進行。例如，在應(yīng)用輔料時，對輔料啞光面實施拋光處理，能夠提升輔料質(zhì)量，保證輔料內(nèi)部含水量得到良好控制。碾壓施工環(huán)節(jié)要科學(xué)控制碾壓厚度，為后續(xù)施工提供更多的便利。

此外，填筑對河道堤防整體施工質(zhì)量影響特別大。為了提升堤防結(jié)構(gòu)安全性，施工人員要選擇新型施工技術(shù)。施工人員要具備較好的施工素養(yǎng)，掌握豐富的施工經(jīng)驗，能夠熟練施工。同時，施工人員要具備較強的責(zé)任意識，結(jié)合河道堤防施工中存在的問題，加大施工質(zhì)量控制力度。河道堤防填筑施工屬于工程核心環(huán)節(jié)，施工單位要予以重視。

河道堤防填筑環(huán)節(jié)，施工人員要對堤防基礎(chǔ)進行徹底清理。如果堤防基礎(chǔ)清理不徹底，會嚴重影響堤防質(zhì)量，降低河道穩(wěn)定性。在清理河道堤防基礎(chǔ)的過程中，工程管理人員要對施工流程進行嚴格監(jiān)督與管理，根據(jù)河道堤防基礎(chǔ)清理范圍，制定有效的監(jiān)管制度，不斷提升河道堤防施工質(zhì)量。

3.5 預(yù)防河道滑坡的有效措施

為了避免堤后新開挖河道出現(xiàn)滑坡，施工人員要合理確定坡比，經(jīng)過試驗與計算后，適當(dāng)增加施工平臺的寬度，與放緩坡相比，增加平臺寬度，可以更好地提高河道邊坡穩(wěn)定性。同時，施工人員可以設(shè)置抗滑樁，未開挖路段采取放緩坡比的方式，局部開挖坡面位置利用木樁與拋石進行加固處理，保證岸坡抗滑穩(wěn)定性得到全面提升。

采取上述措施后，堤后新開挖河道仍然出現(xiàn)滑坡，施工單位要結(jié)合該地區(qū)水文地質(zhì)條件和堤后新開挖河道施工技術(shù)進行全面分析，快速找到滑坡產(chǎn)生的具體原因，如施工擾動、降雨過于頻繁、地下水位過高等。通過對該地區(qū)的水文地質(zhì)條件進行考察，制定科學(xué)的加固方案，堤后新開挖河道左側(cè)設(shè)置4 m長的木樁，呈梅花形布置，局部坡面與坡腳位置設(shè)置拋石，起到良好固定作用。

堤后新開挖河道施工環(huán)節(jié)，施工人員要全面考慮施工段和周圍地區(qū)的地質(zhì)條件，改進原有施工方案，提升施工方案的可行性。施工人員還要科學(xué)控制各項施工順序，盡可能選擇擾動比較小的施工技術(shù)，避免出現(xiàn)人力與物力損失。堤后新開挖河道施工期間，監(jiān)測人員要對河道邊坡變形進行密切監(jiān)測，做好日常巡查工作，一旦發(fā)現(xiàn)土體出現(xiàn)變形，要及時暫停施工，找到土體變形原因，并采取積極的處理措施，防止事故進一步的發(fā)展。在堤后新開挖河道工程中，岸邊加固施工處理參數(shù)如表1所示。

3.6 河道邊坡修整要點

首先，在邊坡修整過程中，可采用挖掘機進行施工，施工人員要合理選擇鋼板結(jié)構(gòu)物，其寬度不宜小于2 cm，能夠穩(wěn)定地設(shè)置在挖掘機鏟齒中。削坡環(huán)節(jié)，施工人員要結(jié)合邊坡設(shè)計高度，準確調(diào)整掛線，掛線之間的距離不宜超過15 cm，堤后新開挖河道邊坡修整后，經(jīng)過監(jiān)管部門審核并達標(biāo)，方可進行后續(xù)環(huán)節(jié)的施工。

其次，加強堤后新開挖河道邊坡質(zhì)量控制。利用挖掘機處理堤后新開挖河道邊坡，要求施工人員對河道堤防內(nèi)部與外部平臺進行綜合處理，提升邊坡處理精度。施工人員要結(jié)合堤后新開挖河道施工標(biāo)準要求，有針對性地進行掛線施工。堤后新開挖河道坡面修整結(jié)束后，可在壩身種植綠色植被，提升河道美觀性。

最后，做好邊坡養(yǎng)護工作。結(jié)合堤后新開挖河道邊坡特點得知，種植適量的綠色植物，能夠起到良好的養(yǎng)護效果。針對栽種時間在一年之內(nèi)的植物，要適當(dāng)加大養(yǎng)護力度。

4 結(jié)語

堤后新開挖河道施工期間，施工單位要認真按照設(shè)計方案進行施工，合理選擇開挖方案，通過開展堤防穩(wěn)定性計算，準確地確定新開挖河道具體位置和開挖深度。如果河道開挖深度過大，要采取有效的保護措施，提升堤防工程的穩(wěn)定性與安全性。堤防工程堤后新開挖河道施工完畢后，施工人員要采取合理的護坡措施，減小河流對邊坡的沖刷，防止邊坡坍塌。在此堤防工程中，在距離堤防工程25.0 m位置進行堤后新開挖河道施工，取得良好的施工效果，因此能夠為類似項目提供參考與借鑒。

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