【摘要】在地形较低的城市堤防中，挡设计标准洪水时，常选择防洪墙式堤型作为挡水结构。而当堤内填土按堤路结合设计时，则形成高填土防洪堤。高填土对于防洪堤的稳定既存在挡水有利的一面，又存在退水不利的一面，另外，高填土防洪堤亦带来堤岸稳定的问题。近年来，通过高填土防洪堤的设计，对施行了高填土防洪堤设计中的稳定分析问题进行探讨。本文以梧州市河东防洪工程西江段和广西梧州市河西防洪堤工程为例，总结了高填土防洪堤设计中稳定分析成果。
【关键词】高填土防洪堤设计；稳定分析；问题探讨
1、工程概况
梧州市河东防洪堤全长3.5km，第一期工程按10年一遇防洪标准设计（相应水位为25.35m），是保护梧州市河东城区重要屏障。西江段是河东防洪堤两部分之一，堤长1.8km，堤顶宽10.5m，堤防按防洪、交通、游览等综合利用考虑。防洪堤建于西江河岸滩上，堤线所经过地面的高程在1994年以前为6-8m，1994年以后，人们在河岸堆弃杂填土，形成了高程为12～16m的河岸市场。
根据地质勘探，防洪堤所处地层自上而下为：①杂填土层；②灰色壤土层；③壤土层；④圆砾层；⑤强风化砂岩。杂填土层厚10-14m，结构松散，透水性强，渗透系数大多为1.86×10-2cm/s，部分地段则由于漏水量大而使注水试验无法获得稳定水头，而且土粒级配极不均一，抗渗比降为0.15-0.20。壤土层厚10～14m，为弱透水，砂壤土厚5、10m，为中等偏弱透水，一般可视为相对隔水层。防洪堤基础防渗设计采用厚度为0.3m、深度为6-8m的水泥土防渗墙与堤后填土压渗结合的措施。
2、挡洪水工况的防洪堤稳定分析问题
2.1渗透稳定问题
在防洪堤挡设计（校核）洪水时，通过对西江堤的渗透稳定分析，确定防渗墙深度以及堤后填土的高度。按照（水工建筑物荷载设计规范》D15077一197的附录D中改进阻力系数法，分析挡设计（校核）洪水时的堤基的渗透水头，在防渗墙深度一定的情况下，堤后填土的高度是决定渗透稳定的关键因素。在河东防洪工程西江堤设计中，当堤后填土填至20m高程，高度达12m时，地面处设计（校核）渗透坡降为0.11（0.128），均小于杂填土抗渗比降为0.15～0.20，说明在挡设计（校核）洪水时，防洪堤堤后填土逸出点满足渗透稳定要求。
2.2被动土压力选择问题
《水工建筑物荷载设计规范》DL5077一197中规定了主动土压力和静止土压力的计算方法，被动土压力则认为对建筑物有利，因此，水工建筑物设计一般不予考虑，而将它作为安全储备。但是，在防洪堤挡设计（校核）洪水工况下，防洪堤的稳定是靠堤后填土形成被动土压力维持的。根据渗透分析和防洪堤受力分析，在防洪堤挡设计（校核）洪水工况下，堤后水平力合力等于水压力+取浮容重计算的被动土压力，或等于取湿容重计算的被动土压力。设计时，取两者小值计算，以利工程安全。
2.3退水工况的防洪堤稳定分析问题
2.3.1堤内水压力高度的确定
防洪墙设计与公路挡土墙在构造上的区别之一，是在防洪墙体上不设排水孔。因此，在退水工况下，堤后渗水消失的速度较堤外洪水退水慢，由此而形成在防洪墙体上产生向外江作用的水压力和在堤基产生向外江的渗透水压力。在梧州市河东堤西江堤设计中，将在防洪堤挡设计（校核）洪水时，满足渗透稳定要求的逸出点，作为堤内水压力的零点，即逸出点为平地面高程20.0m。
2.3.2作用于防洪墙体上水平力选择问题
由防洪墙体受力分析可知，在洪水退水工况下，外江水压力消失，而堤内水压力、土压力增大。堤后水平力合力等于水压力十取浮容重计算的主动土压力，或等于取饱和容重计算的主动土压力。在梧州市河东防洪工程西江堤设计时，取两者间较大值，作为堤后水平力受力组合作用于防洪墙体上，以利工程安全。
2.3.3堤外退水高度的确定
梧州市河东堤西江堤设计挡10年一遇洪水水位为25.35m，西江枯水位为6-8m，洪水涨落变幅达17.35-19.35m。西江水位退至堤基以下，则堤基揚压力中仅有渗透水压力，但西江水位退至堤基以上时，则堤基扬压力中有渗透水压力和浮托力，而且渗透水压力和浮托力的大小是随着西江水位变化而改变。因此.在梧州市河东堤西江堤设计时，在堤基8.om高程基础上，西江水位按8.5、9、9.5、10、10.5m等，每增加0.5m，就计算防洪堤的稳定安全系数，绘制水深与抗滑稳定安全系数关系图，求得防洪堤最小的稳定安全系数所对应的水深值，即为堤外退水高度。经计算，在堤基上有1.25m水头时，防洪堤的稳定安全系数最小。
3、高填土防洪提的堤岸稳定分析
梧州市河西得江段防洪堤西起梧州西江桥，东至文澜路口，全长4.465km，其中木材厂至文澜路口段长3.5km，是作为保护梧州市政治、经济、文化中心的河西区的屏障。按50年一遇洪水标准设计的河西得江段防洪堤，是在上世纪80年代西堤路挡土墙基础上，采用空箱结构加高、加固，形成现状的空箱和挡土墙共同挡设计标准洪水的重力空箱式结构堤。目前，该段河岸地形基本分两级，一级边坡5-17m高程，坡比：1.8-1：2.5，二级边坡17-23m高程，坡比1：1.8-1：2.7，西堤路挡土墙建于岸坡顶，路面高程25-26m高程，由此而形成堤岸高差约20m的堤岸稳定问题-。由于公路挡土墙堤基及墙身存在渗水问题，不满足堤内防渗要求。防渗方案一为在堤内填土压渗；防渗方案二则是在原挡土墙身设防渗面板和堤基设防渗帷幕。
4、结语
高填土防洪堤具有在汛期挡高洪水和退水、枯水期挡高填土的特点，因此，选择最优堤后填土高度，即可使洪水期渗透稳定满足规范要求，亦可使退水或枯水期主动土压力最小，以达到设计的防洪墙截面最小的目的。同时，堤岸稳定问题亦是高填土防洪堤设计的关键问题之一。
参考文献：
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