關莊湖均質土堤的設計分析

梁春騰

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563000)

關莊湖均質土堤的設計分析

梁春騰

(遵義水利水電勘測設計研究院，貴州 遵義 563000)

文章主要結合關莊湖生態堤(均質土堤-均質壩指采用黏性土料填筑而成的土壩)的實際情況，首先提出了關莊湖均質土堤結構布置，接著分析了筑堤材料、填筑標準以及基礎處理，最后詳細的論述了關莊湖均質土堤的設計計算要點。

生態堤；均質土堤；結構布置；基礎；計算

1 工程概況

關莊湖生態堤位于遵義市新蒲新區新蒲鎮關聯村關莊河的關莊河段，關莊湖生態堤修建后，常年水位829.50m，常水位水體體積15.8萬m3，總水體體積25.6萬m3，水面面積可達到3.99萬m2，水域岸線長900m。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》(SL252—2000)及《防洪標準》(GB50201—2014)規定，該工程規模為小(2)型，工程等別為Ⅴ等，主要建筑物生態堤、溢洪道為5級建筑物，次要建筑物和臨時建筑物為5級建筑物。經綜合比較，適宜本工程特點堤型是均質土堤。

2 關莊湖均質土堤結構布置

關莊湖生態堤為均質土堤，堤頂高程為832.50m，堤頂寬7.0m，堤頂長202.0m，最大堤高13.50m，最大堤底厚112.9m，堤基需采用塊石進行基礎置換，壩軸線中心位置設置齒槽，底寬5m，兩側開挖坡比為11，齒槽需開挖至基巖。堤頂為瀝青混凝土路面，上游側設青石欄桿，可結合景觀要求進行景觀設計。

生態堤上游面堤頂至829.50m高程，壩坡坡比為1∶2.5，壩坡采用卵石自然堆砌護坡，石縫間植草綠化；829.50m高程至坡腳壩坡表面采用C20混凝土預制塊護坡。

生態堤下游坡比為1∶2.5，均采用黏土填筑。均質土堤與老壩體之間的倒梯形區域采用土石渣夯填至堤頂高程832.50m，并按1∶2.5的坡比與原壩體壩頂下游邊線銜接。在泄水箱涵與填筑土石渣接觸帶于泄水箱涵底板與側墻相交位置布置Φ50排水孔，排水孔間距為2m，將滲水排入泄水箱涵。詳見圖1、圖2。

3 筑堤材料、填筑標準和基礎處理

3.1 筑堤材料

均質土堤采用第四系殘坡積黃黏土，根據試驗成果：天然含水率為46.1%-54.0%，干密度ρd=1.08-1.19g/m3，塑性指數Ip=28.1-33.1，摩擦角Φ=10.5°-12.5°，粘聚力C=57.0-67.5kPa，壓縮模量E=5.07-9.38MPa，土體滲透系數5×10-5cm/s。生態堤土石混合料粒徑≤300mm。相應的指標為：天然含水率20%-23%，干密度ρd=1.40-1.50g/m3，摩擦角Φ=14°-16°，黏聚力C=15.0-18.0kPa，密實度Dr<0.2。

3.2 填筑標準

根據規范要求，生態堤填筑應密實均勻，足夠的抗剪強度和低壓縮性，按本工程生態堤材料分區，生態堤各區填筑質量標準見表1。生態堤填筑施工前，必須根據相關規范進行碾壓試驗，獲取碾壓遍數、含水量等施工參數指標。

圖1 生態堤平面布置圖

圖2 生態堤典型斷面圖

壩料分區粒徑/mm壓實干容重/kN·m3壓實度/%空隙率/%滲透系數/cm·s-1相對密度最優含水率/%黏土137≥96≤1×10-4315土石渣≤50017-1820碎石墊層5

注：1、最大干密度采用擊實儀試驗確定；2、黏土施工填筑含水率應控制在最優含水率的-2%-+3%內。

3.3 基礎處理

本工程最大堤高13.5m，屬低壩，根據堤基、壩肩地層巖性、巖石的風化深度和透水性，考慮到生態堤基礎為原關莊水庫庫區，淤泥較厚，清挖的施工難度大，故堤基礎處理主要考慮采用塊石置換基礎。

4 設計計算

4.1 堤頂高程確定

根據SL274-2001《碾壓式土石壩設計規范》規定，堤頂超高Y=R+e+A。

式中：A-安全超高，正常運用情況為A=0.5m，非常運用情況為0.3m。

正常運用條件I(常年水位828.00m)：Y=0.986m。

正常運用條件II(設計洪水位829.63m)：Y=0.986m。

非常運用條件(校核洪水位830.20m)：Y=0.571m。

堤頂高程確定根據前述洪水成果及堤頂超高成果。計算成果見表2。

表2 堤頂高程計算成果表 m

綜合考慮堤頂高程與左岸公路順暢連接以及景觀設計要求，因此，確定堤頂高程為832.50m，與左岸公路齊平。

4.2 堤頂構造

堤頂結構要結合景觀打造，但因景觀設計具體方案尚未確定，方案暫時定為采用瀝青混凝土鋪筑，上下游各設斷面尺寸為0.5m×0.6m的C20混凝土路肩，上游側采用青石欄桿防護。后期施工時可根據景觀設計要求進行適當調整。

4.3 上游護坡

生態堤上游面堤頂至829.50m高程，壩坡坡比為1:2.5，壩坡采用卵石自然堆砌護坡，石縫間植草綠化；829.50m高程至上游壩坡坡腳采用C20混凝土預制塊護坡，壩體采用黏土料填筑至設計壩坡后，再依次鋪設0.1m厚細砂墊層、0.15m厚碎石墊層、混凝土預制塊，混凝土預制塊為正六邊形，邊長30cm，厚10cm。壩體與岸坡邊界接觸帶采用斷面為0.5m×0.5m的C20混凝土固邊。大壩上游后期施工時可根據景觀設計要求進行適當調整。

4.4 堤坡穩定計算

本工程生態堤為5級水工建筑物，根據SL189-2013《小型水利水電工程碾壓式土石堤設計規范》之規定，確定壩坡穩定計算考慮計算工況及相應最小安全系數。生態堤為均質土堤，根據SL274-2001《碾壓式土石壩設計規范》規定，壩坡抗滑穩定計算應采用剛體極限平衡法。計算采用北京理正軟件設計研究院編制的《理正邊坡穩定分析軟件》進行計算。通過計算，五種計算工況的計算成果見表3。

表3 壩坡穩定計算成果

可知，生態堤穩定安全系數滿足規范要求，生態堤壩坡穩定。

5 結 語

綜上所述關莊湖生態堤總水體為25.6萬m3，工程規模為小(2)型，工程等別為Ⅴ等。根據選定堤線工程地形地質條件，結合樞紐總體布置，選擇的堤型為均質土堤。在設計過程中，必須綜合水文、地質等各種因素，結合實際情況，嚴格按照設計規范，做好設計計算，從而為確保均質土提設計的合理性。

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1007-7596(2017)10-0038-03

TV871

B

2017-09-16

梁春騰(1991-)，男，貴州從江人，助理工程師；從事水工設計工作。