合肥市某河整治工程堤坡放坡設(shè)計(jì)

XX市XX河整治工程堤坡放坡設(shè)計(jì)摘要：在坡高一定的情況下，正確地選用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)并合理取值成為影響邊坡穩(wěn)定性大小和工程造價(jià)的決定性因素。本文通過(guò)工程地質(zhì)類比法和查表法對(duì)勘察報(bào)告直剪標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行可靠性分析，并結(jié)合邊坡反分析結(jié)果，確定土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值，進(jìn)行堤坡放坡設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：堤坡；穩(wěn)定性；反分析；抗剪強(qiáng)度指標(biāo)一、工程概況XX河是XX市的一條主要河流，河道上接大房郢水庫(kù)，下于濉溪路橋下游約0.34km處匯入南淝河。河道裁彎取值后總長(zhǎng)3.18km，規(guī)劃河底寬度20m，設(shè)計(jì)河底高程9.0m～7.5m，河道兩側(cè)現(xiàn)狀地面高程9.55m～16.10m。為滿足防洪要求，河道堤頂?shù)缆吩O(shè)計(jì)高程為17.24m～16.86m。另外根據(jù)景觀需要，在鐵路橋以上樁號(hào)12+80處設(shè)置一壩頂高程11.00m的攔河壩，以便攔蓄水位，由此確定河道兩側(cè)親水平臺(tái)高程11.50m。二、工程地質(zhì)狀況根據(jù)本工程巖土勘察報(bào)告，河道堤坡現(xiàn)有地質(zhì)狀況見(jiàn)下表：層序土名承載力特征faak(kPPa)滲透系數(shù)(cm/s)快剪快剪建議使用值值直剪標(biāo)準(zhǔn)值C(kPa)Ф(°)C(kPa)Ф(°)①雜填土70透水性強(qiáng)106~12//②淤泥501.0×10--610015.617.2③粉質(zhì)粘土夾粉土80~1201.0×10--510825.418.0④粉土120~15001.0×10--4101323.017.4⑤粘土2401.0×10--62511//⑥粉質(zhì)粘土2201.0×10--52514//⑦粉土夾砂2301.0×10--3151629.016.4從本工程地質(zhì)剖面情況來(lái)看，堤坡大部分橫斷面土層自上而下依次為回填土(粉質(zhì)粘土，壓實(shí)度0.94)，①層雜填土，③層粉質(zhì)粘土夾粉土，④層粉土，⑦層粉土夾砂。除①層雜填土和⑦層粉土夾砂透水性強(qiáng)外，其余土層均為弱透水性。三、堤坡放坡初步設(shè)計(jì)1、放坡初步設(shè)計(jì)現(xiàn)以樁號(hào)3+70處河道東側(cè)地質(zhì)剖面為例，進(jìn)行邊坡放坡設(shè)計(jì)：該處堤坡堤頂計(jì)算高程17.50m，親水平臺(tái)高程11.50m，河底設(shè)計(jì)高程9.00m。土層自上而下分別為4.70m厚回填粉質(zhì)粘土，約1.5m厚①層雜填土，3.2m厚③層粉質(zhì)粘土夾粉土，以下為⑦層粉土夾砂。如回填土物理力學(xué)指標(biāo)取為r=19kN/m3,Ф=15°,c=10kPa，③層粉質(zhì)粘土夾粉土和⑦層粉土夾砂抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按勘察報(bào)告建議值分別取為Ф=8,c=10kPa和Ф=16,c=15Pa，考慮堤坡完建時(shí)河內(nèi)無(wú)水，根據(jù)文獻(xiàn)〖1〗，按簡(jiǎn)化畢肖普法總應(yīng)力模式計(jì)算得當(dāng)11.50m高程親水平臺(tái)寬度為5m，平臺(tái)以上邊坡為1∶3.5平臺(tái)以下為直立式擋墻時(shí)堤坡穩(wěn)定性系數(shù)k=1.24，才滿足1級(jí)堤防施工期【k】=1.20之要求。2、計(jì)算結(jié)果合理性分析本工程堤坡高僅8.5m，屬先挖后填邊坡，根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，親水平臺(tái)寬度需做到5m，平臺(tái)以上邊坡應(yīng)達(dá)到1∶3.5。XX市目前已整治的河道中南淝河和十五里河，設(shè)計(jì)邊坡坡比大約在1∶1.50～1∶2，而且已建多年，運(yùn)行基本正常。從區(qū)域地質(zhì)情況來(lái)看，XX河與其地質(zhì)應(yīng)無(wú)較大的差異。另一方面，按8.5m堤坡全部為挖方邊坡，用查表法得其容許坡度值為1∶1.25～1∶1.50；按8.5m堤坡全部為填方邊坡，用查表法得其容許坡度值約為1∶1.50～1∶1.75，即按查表法本工程堤坡容許坡度值為1∶1.25～1∶1.75。以上說(shuō)明，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與通常的工程地質(zhì)類比法和查表法出入很大，計(jì)算結(jié)果大大偏于保守。問(wèn)題在于堤坡土體強(qiáng)度指標(biāo)按勘察報(bào)告建議值取用。我們知道，在坡高一定的情況下，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果的可靠性很大程度上取決于地基土和填土的抗剪強(qiáng)度的正確選擇。因?yàn)椋瑢?duì)任意一種給定的土來(lái)說(shuō)，抗剪強(qiáng)度變化幅度之大遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)不同計(jì)算方法之間的差別。因此，正確地選用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)并合理取值就成為影響邊坡穩(wěn)定性大小和工程造價(jià)的決定性因素。四、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分析與設(shè)計(jì)取用1、勘察報(bào)告直剪標(biāo)準(zhǔn)值可靠性分析場(chǎng)地③層土質(zhì)為粉質(zhì)粘土夾粉土，rd=15.8kN/m^3，根據(jù)文獻(xiàn)〖2〗,c=30kPa,Ф=19°；其Ip=10.3，e=0.808，根據(jù)文獻(xiàn)〖3〗，c=34.5kPa,Ф=19°?？辈靾?bào)告直剪標(biāo)準(zhǔn)值c=25.4kPa,Ф=18°基本上接近于上述兩組指標(biāo)值，說(shuō)明其數(shù)據(jù)有一定的可靠性。2、邊坡反分析現(xiàn)場(chǎng)踏勘發(fā)現(xiàn)，XX河鐵路橋以下左側(cè)鉆孔79#處有一陡坡,其斷面及土層分布見(jiàn)下圖：對(duì)③層粉質(zhì)粘土夾粉土假設(shè)其Φ=14°,c=18kPa，根據(jù)文獻(xiàn)〖1〗，用瑞典條分法總應(yīng)力模式求得其邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.03，符合暫時(shí)穩(wěn)定邊坡安全系數(shù)為1.00～1.05的一般要求。3、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)設(shè)計(jì)取用勘察報(bào)告直剪標(biāo)準(zhǔn)值c=25.4kPa,Ф=18°可以看成③層土體固結(jié)不排水剪峰值強(qiáng)度，而快剪建議使用值c=10.0kPa,Ф=8°，分別相當(dāng)于以上峰值強(qiáng)度的0.40和0.44倍，從工程經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大致相當(dāng)于本層土的殘余強(qiáng)度。實(shí)際上，邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞時(shí)，土體抗剪強(qiáng)度介于峰值強(qiáng)度與殘余強(qiáng)度之間。本工程如采用殘余強(qiáng)度指標(biāo)，則設(shè)計(jì)過(guò)于保守，且不符合場(chǎng)地實(shí)際(因?yàn)楝F(xiàn)有河坡基本穩(wěn)定，并沒(méi)有發(fā)生較大的滑坡)，因此考慮一定的抗剪強(qiáng)度安全儲(chǔ)備并結(jié)合邊坡反分析結(jié)果，最終確定邊坡穩(wěn)定性計(jì)算用③層粉質(zhì)粘土夾粉土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為c=18.0kPa,Ф=14°。4、放坡設(shè)計(jì)結(jié)果根據(jù)以上抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，對(duì)樁號(hào)3+70處河道東側(cè)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性重新計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表：內(nèi)容項(xiàng)目按勘察報(bào)告建議值設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度合理取值設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)4.70m厚回回填粉質(zhì)粘粘土r=19.0kN/mm3,Ф=15°°,c=110kPaa約1.5m厚①層層雜填土r=19.3kN/mm3，Ф=6,cc=10kkPa3.2m厚③層層粉質(zhì)粘土夾粉土土r=19.4kN/mm3，Ф=8,c=100kPar=19.4kN/mm3，Ф=14,c=118kPaa⑦層粉土夾砂r=20.1kN/mm3，Ф=16,,c=155kPa放坡計(jì)算結(jié)果親水平臺(tái)寬度5m3m平臺(tái)以上邊坡1∶3.51∶2邊坡穩(wěn)定安全系系數(shù)k1.241.28注：邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法采用畢肖普法總應(yīng)力模式。五、結(jié)語(yǔ)：本工程堤坡屬先挖后填邊坡，堤坡完建期河內(nèi)無(wú)水時(shí)邊坡穩(wěn)定性最不利。在計(jì)算方法上，根據(jù)文獻(xiàn)〖1〗，同時(shí)采用瑞典法和簡(jiǎn)化畢肖普法，并以兩者中較大的安全系數(shù)為準(zhǔn)。為合理地確定計(jì)算用土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，通過(guò)工程地質(zhì)類比法和查表法對(duì)勘察報(bào)告直剪標(biāo)準(zhǔn)