关于兴宁市宁江河两岸堤防工程的设计标准拟定及堤身稳定计算原理分析

摘要：以工程实例分析了堤防工程中均质土堤的堤身稳定计算原理，为堤防工程的设计提供的安全保证。

关键词：兴宁宁江河大桥堤围堤防工程 堤身渗流稳定分析 堤坡抗滑稳定计算

中图分类号：TV871.1文献标识码：A

兴宁市位于广东省东北部，扼东江、韩江上游，地跨东经115°30′至116°，北纬23°50′至24°37′。1994年撤县建市（县级），全市总面积2104.3km2，耕地面积41.83万亩。根据兴宁市统计年鉴，全市总人口113.73万人，其中农业人口90.78万人；全市工农业总产值73.74亿元(当年价)，农业总产值22.05亿元(当年价)。广梅汕铁路、河梅高速公路、205国道和S225省道交汇于兴城，纵横贯穿全市大部分镇。

我市境内河流以宁江为骨干，宁江是韩江上游——梅河的一级支流，位于梅州市西南部，发源于兴宁市与江西交界的荷峰畲。宁江流域面积1423平方公里，占兴宁市境内面积2104.8平方公里的67.6%，河流长度107公里，其中合水水库坝后以下主河道长43.32公里。宁江河及其两岸堤围是宁江流域防洪体系的重要组成部分，是本市重要的水利工程设施，担负着防洪、灌溉、发电、供水等任务，直接捍卫着我市政治、经济、文化中心和兴宁军事机场、广梅汕铁路、205国道等重要基地和设施，对我市经济发展和人民生命财产安全起到了极其重要的作用。

取宁江河中游左岸-----大桥堤围工程（宁江流域内重要的万亩堤围之一，是我市的三高农业基地)为例，根据大桥堤围的工程的设计标准，拟定设计方案并对堤身渗流及渗透稳定和堤坡抗滑稳定计算，确保工程主要建筑物的安全。计算详解如下：

根据《防洪标准》（GB50201—94），《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252—2000），《堤防工程设计规范》（GB50286—98），水利部«堤防工程施工规范»SL260—98，综合拟定大桥堤围堤防工程级别为四级,主要建筑物为4级, 设计洪水标准采用重现期20年; 临时建筑的为5级,施工洪水标准为施工期5年一遇。

大桥堤围防洪工程，围内宁江河中游左岸主堤和笃陂河右岸支堤设计方案均采用均质土堤，迎水面护坡的结构形式，护坡迎水面上部采用植草护坡，下部采用砼预制块(厚8厘米)护坡，设置反滤排水孔，孔距2.5米，下设碎石，粗砂垫层，厚各0.05米。并按15米间距设置变形缝，护坡脚基础采用C20砼，宽0.6米，高1.0米，基础深度视河底现状高程并考虑冲刷而确定，转弯受冲段适当加深，防止受水流冲刷而使护坡失稳。

选择代表性断面：主堤宁江桩号24+450断面，笃陂河支堤1+500断面（以下简称断面）进行渗流及渗透稳定和堤坡抗滑稳定计算。

㈠渗流及渗流稳定计算

1、浸润线的计算

浸润计算按稳定渗流的不利情况：临水侧为设计洪水位，背水侧为低水位进行计算，采用《水利水电工程微机通用程序集》中的“K—2”电算程序，借助微机完成。有关数据见表5—1，计算成果见表5—2，5—3。

2、土堤背水坡渗流比降计算

从上述计算成果可知，设计洪水位浸润线的位置，在背水侧堤坡逸出，逸出点的位置见表5-3，选宁江桩号断面和笃陂河桩号断面断面进行渗流比降计算。

1)、宁江断面：

计算简图

图中：ho = 0.919m，H2 = 0.2m，απ= 0.4634弧度L1 = 2.055m，L2 = 0.447m，m2 = 2.0

⑴、沿渗出段AB：(《堤防工程设计规范》P80E.5.3—1式)

J＝1/(1＋m22)0.5(h0/y)0.25＝0.4472(0.919/y)0.25渗出段AB的渗流比降见表5-4。

⑵沿浸没坡BC：（《堤防工程设计规范》P81E.5.3-3）

J＝α1(h0－H2)/｛2yαα1［(L1α1－L2α1)(L2α1－yα1)］0.5｝

α1＝1/(1＋α)，α＝0.1476，α1＝0.8714;

J＝0.6265/｛2y0.1286［1.3774×(0.4958－y0.8714)］0.5｝

渗没坡BC的渗流比降见表5-5。

⑶沿浸没地基面CD：

J＝α1(h0－H2)/｛2Xαα1［(L1α1－L2α1)(L2α1＋Xα1)］0.5｝

J＝0.6265/｛2X0.1286×［1.3774×(0.4958＋X0.8714)］0.5｝

渗没地基面CD的渗流比降见表5-6。

2)、笃陂河支堤断面：

计算简图

图中：ho = 0.922m，H2 = 0.2m，απ= 0.4634弧度L1 = 2.062m，L2 = 0.447m，m2 =2.0

⑴沿渗出段AB各点的渗流比降：J＝1/(1＋m22)0.5(h0/y)0.25＝0.4472(0.922/y)0.25

渗出段AB的渗流比降见表5-7。

⑵沿浸没坡BC各点的渗流比降：

J＝α1(h0－H2)/｛2yαα1［(L1α1－L2α1)(L2α1－yα1)］0.5｝；α1＝1/(1＋α)，α＝0.1476，α1＝0.8714；J＝0.6292/｛2y0.1286×［1.3830×(0.4958－y0.8714)］0.5｝

渗没坡BC的渗流比降见表5-8。

⑶沿浸没地基面CD各点的渗流比降：

J＝α1(h0－H2)/｛2Xαα1［(L1α1－L2α1)(L2α1＋Xα1)］0.5｝

J＝0.6292/｛2X0.1286×［1.3830×(0.4958＋X0.8714)］0.5｝

渗没地基面CD的渗流比降见表5-9。

3、渗透稳定分析

流土的临界坡降（水利水电工程地质勘察规范）其中：γw——单位土体的浮容重，γw=0.95克/立方厘米w——水的比重，w=1，则Ikp= 0.95／0.1 = 0.95

按《水利水电工程地质勘察规范》（P47）的规定，粘土不发生流土的允许坡降，取其临界坡降的1／2，则允许坡降

[J] = (1/2)Ikp = (1/2)×0.95 = 0.475 从土堤背水坡渗流比降计算结果可知，所选的两个代表性断面具有相同的特性：

沿渗出段AB：中下段至B点的渗流比降J大于[J]，发生渗透破坏，粘性土的渗透变形形式为流土；沿浸没坡BC：渗流比降J均大于[J]，发生渗透破坏，粘性土的渗透变形形式为流土；沿浸没地基面CD：各计算点的渗流比降J均小于[J]，故堤基不会发生渗透破坏。

4、渗流量

土堤渗透系数K = 3.5×10-4cm/s＜[K] = 10-3cm/s，按《堤防工程设计规范》P27第8.1.2条第2项规定，可不计渗流量。

5、防止渗透破坏的工作措施

根据渗透稳定分析结果，并考虑安全和施工方便，在逸出点A至坡脚C处整段均设置贴坡排水，以防渗透破坏。

㈡ 土堤坡抗滑稳定分析

堤坡抗滑稳定计算，分别计算设计水位背水侧堤坡稳定及设计水位骤降1米临水侧堤坡稳定，采用省厅颁发的“TB—6”电算程序，借助微机完成。计算成果见表5-10。

根据《堤防工程设计规范》(GB50286—98) P3表2.2.3的规定,4级堤防工程正常运用条件时, 允许抗滑稳定安全系数[K]=1.15，从上表可见, Kmin均大于[K]，因此土堤能够满足抗滑稳定要求。

通过实例分析渗流及渗透稳定和堤坡抗滑稳定计算在堤防设计中的重要性。

参考文献：

1，《水利水电工程地质勘察规范》

2，《堤防工程设计规范》(GB50286—98)

3、《兴宁市2011年统计年鉴》

4、《兴宁水利志》