防洪堤渗流稳定的计算方法和对应的工程措施

防洪堤渗流稳定的计算方法和对应的工程措施

瀑河三期为山区河道，地基材料为砾砂和角砾，具有强透水、易被冲刷、粒径大、固结性差的特点。为工程造价记，新建及加固堤防主要采用河道开挖砂砾料填筑，主槽按10年一遇洪水不出槽考虑，堤顶平均填筑高度为1.5m。迎水面边坡系数为1：3，堤顶宽度为4.5m。整体河道位于平泉市城区上游，原状地势险峻，防洪能力差，为下游城区段造成很大安全隐患，因此需要对该河道段的防洪堤采取优化处理措施，才能满足安全生态等要求。

一、防洪堤渗流稳定计算方法

新建及加固堤防主要采用开挖砂砾料填筑，堤基主要为砾砂、角砾等。堤身、堤基渗透破坏类型主要为管涌，砾砂、角砾的允许水力比降值分别为0.18、0.17。渗流采用有限元数值分析方法计算，应用河海大学工程力学研究所研制Autobank7.0软件程序进行计算。

（1）渗流稳定计算过程

①出逸坡降计算

上述程序假定渗透介质不可压缩，渗流符合达西定律，计算域内没有源密度的情况，各向异性连续介质二维稳定渗流场的控制方程为：

②渗流计算工况

根据《堤防工程设计规范》渗流及渗透稳定计算中规定，拟定渗透稳定计算工况如下：

工况1：河道设计水位正常运行，堤外无水，复核堤防背水坡稳定；

工况2：河道设计水位正常运行工况下增加地震荷载，复核堤防临水、背水侧堤坡。

③渗透稳定分析

当实际出逸坡降大于允许渗流坡降时，可能发生渗透破坏，应采取措施，反之，则不会发生渗透变形。

（2）边坡抗滑稳定

①计算方法

边坡稳定分析采用瑞典圆弧法计算，公式如下：

具体计算采用河海大学Autobank7.0软件计算。

②安全系数

根据《堤防工程设计规范》，3级堤防边坡允许最小安全系数：a.正常工作条件1.1.20；b.非常运用条件Ⅱ为1.05；4级堤防边坡允许最小安全系数：a.正常工作条件1.15；b.非常運用条件Ⅱ为1.00；

③计算工况

拟定边坡稳定分析计算工况如下：

工况1：河道设计水位正常运行，堤外无水，复核堤防迎水坡、背水坡稳定；

工况2：河道设计水位正常运行工况下增加地震荷载，复核堤防临水、背水侧堤坡。

④边坡稳定计算结果分析

按上述方法和条件对本段河道典型断面进行边坡稳定计算，计算结果见表1-1。

二、防洪堤渗流稳定对应的工程措施

由于瀑河三期工程堤坡较长，堤破较陡，依据工程地理情况，堤防考虑管理和防汛需要，为了加强防洪堤稳定性、增强防洪堤防渗漏能力和抗剪能力，在不能满足防渗要求的危险断面堤防背水坡设置戗台。

（1）戗台在堤防工程中的作用

①增加了防洪堤的稳定性

增设戗台一方面加大了河道治理的横断面积，另一方面因为增设的戗台工程施工严格，需进行清基，铺土、碾压、测量土壤干密度、含水率。

②延长了绕渗路径

瀑河三期河道地质条件差，工程土体多为砾砂和角砾，极易达到饱和。从防洪堤背水

坡直接渗出水的时间长，易形成通道造成大堤滑坡、裂缝等险情的产生。

（2）戗台的结构形式

戗台的结构基本设计为平行四边形，由戗台高程、戗台宽度、戗台边坡三要素组成。戗台高程由不同地段的坝体浸润线逸出最高点而定，本工程设计戗台高程为设计防洪堤顶高程下返1.2米。戗台宽度为相邻两个桩号距离，戗台边坡设计为1：3。

三、瀑河流域生态综合治理三期工程防洪抗汛的措施

戗台虽然在堤防稳定中起一定作用，但只是堤防的一个辅助工程，是一种被动治理，做好防洪抗汛需主动治理和被动治理相结合。本项目中的主动治理措施有：

①瀑河两岸（瀑河流经的地段）应进行水土保持， 尽可能多的设置护河林带，植树种草减少泥沙流动和崩岸塌坡。

②对瀑河主槽河床进行扩槽清淤、增大过水断面保证泄洪能力满足10年一遇泄流标准。

总之，戗台工程虽然为瀑河三期工程被动治理，但其工程结构和建设简单易行，经过一期二期工程施工运行的实践证明，其抗滑、抗裂的作用颇为明显，对预防防洪堤渗漏也起到了一定的积极作用。