某临江水处理厂区护坡方案优化研究

魏振荣

(吐鲁番市水利水电勘测设计研究院，新疆 吐鲁番 838000)

某临江水处理厂区护坡方案优化研究

魏振荣

(吐鲁番市水利水电勘测设计研究院，新疆 吐鲁番 838000)

某城市生活污水处理厂紧靠江边，为保证其安全稳定性，对其进行边坡防护。首先运用理正软件，对边坡处于工厂荷载之下进行稳定性分析，基于此提出了两种护坡方案，浆砌石护坡以及铺设混凝土面板护坡方案。对浆砌石护坡进行两种坡度的计算，并以回填土的参数为自变量，安全系数为因变量绘制关系曲线，最终否定浆砌石方案。随后分别计算50cm面板下两种挡土墙高度的安全系数曲线，并与80cm厚度面板护坡进行对比，最终确定此项目的推荐方案。此种分析方法对河道护坡处理有一定的借鉴作用。

混凝土面板；浆砌石；河道；护坡；理正

随着城市化的进展，河岸边坡的防护加固越来越重要，尤其当建筑物沿河岸边坡建设时，对边坡稳定性要求增大，因此不得不采用有效手段来提高边坡稳定性。分析总结中国目前河道边坡稳定性遭致破坏的形式，主要包含冲刷、崩塌等形式。而导致其稳定性失衡的因素主要包括工程设计和建设施工。工程设计方案是否合理、科学，边坡的高度、坡率及防护措施等与施工场地环境是否相适应，这些均会影响边坡稳定性。边坡的地形地貌也是影响河道边坡稳定的因素之一。在当前国内水库、江河以及湖泊和港口工程建设过程中，尤其是护岸工程项目建设过程中，混凝土护坡以其耐久性强、适应性强、施工简便以及安全可靠等特点，在工程实践中已得到较为广泛的运用，应用效果十分的显著[1]。

1 工程地质概况

拟建场地护坡总平面布置为：边坡坡度1∶1.25-1∶1.5。此工程紧靠某河段，距江边27.2-33.0m，高出江面约20.0m，场地内的地下水主要为赋存于松散岩类孔隙潜水。经勘探，勘探深度范围内场地地层由上至下分别为：第四系全新统人工填土层(Q4ml)、第四系冲洪积层卵石土(Q4al+pl)和三迭系上统雅江组(T3y)板岩。

2 边坡稳定性分析

2.1 边坡坡度1∶1.25

假设边坡坡度为1∶1.25时，坡顶至拟建地水平距离2m，荷载为50kPa，长度12m。水位设置为正常水位，距离河道底3.16m。根据地质勘察报告得知，杂填土容重为19kN/m3，粘聚力9kPa，内摩擦角19°，假设其排水通畅，计算示意图见图1：

图1 坡度1∶1.25计算示意图

在保证其正常排水，但不做任何防护措施的情况下，浸润线如图1所示。在此基础上，运用理正软件计算得出的稳定安全系数0.514<1.30。

2.2 边坡坡度1∶1.5

假设边坡坡度为1∶1.5时，坡顶至拟建地水平距离2m，荷载为50kPa，长度12m。水位设置为正常水位，距离河道底3.16m。根据地质勘察报告得知，杂填土容重为19kN/m3，粘聚力9kPa，内摩擦角19°，假设其排水通畅，计算示意图见图2：

图2 坡度1∶1.5计算示意图

在保证其正常排水，但不做任何防护措施的情况下，浸润线如图2所示。在此基础上，运用理正软件计算得出的稳定安全系数0.583<1.30。

本场地工程安全等级为二级，按《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)关于稳定安全系数规定：二级边坡采用简化毕肖普法计算时稳定安全系数K≥1.30。通过上述计算可以发现，当水位处于正常水位，并且边坡不采取任何防护措施的情况下，坡度为1∶1.25时，即使保持排水通畅的情况下，安全系数远远<1.30。而当把坡度放缓，坡比为1∶1.5时，计算出的结果依然不容乐观。如果不作任何防护加固的话，拟建场地将处于极其不稳定的状态，极有可能发生失稳滑坡等事故，造成重大伤亡。因此在此基础上，给出以下几个边坡防护方案，并进行对比分析[2]。

3 边坡防护方案

3.1 方案①：基础抗冲桩方案

拟建场地紧靠某河段，拟建场地距河面约27.2-30.0m，高出河水面约20.00-22.00m。拟建场地长69.5m，宽12m。此设计方案是在厂房梁的基础之下打桩用以固定厂房，保证厂房的稳定，不会受到河岸冲刷破坏以及滑坡危害。而边坡防护则主要由浆砌块石组成，沿着厂房长边方向每隔4m左右向地面下打桩，共19排。宽边方向隔4m打柱，共3排，共计57根桩。

3.1.1 边坡坡比1∶1.25

假设边坡坡度为1∶1.25时，坡顶至拟建地水平距离2m，荷载为50kPa，长度12m。水位设置为正常水位，距离河道底3.16m。当排水通畅时，根据岩土工程物理力学指标表得知，回填土容重一般为19kN/m3，与现场观测相吻合，因此我们假设回填土粘聚力为15kPa、20kPa，不断增大其内摩擦角进行试算。

通过试算，发现对于坡比1∶1.25的边坡来说，如果要达到1.30的安全系数，这对回填土的内摩擦角度要求较大，通过查常见岩土力学参数表，可以发现要大于普通岩土的内摩擦角度，并且浆砌块石有冲坏的可能性，因此对回填土的质量要求更高，基于此，进行坡度1∶1.5的试算。

3.1.2 边坡坡比1∶1.5

假设边坡坡度为1∶1.5时，坡顶至拟建地水平距离2m，荷载为50kPa，长度12m。水位设置为正常水位，距离河道底3.16m。当排水通畅时，假设回填土粘聚力为15kPa、20kPa，不断增大其内摩擦角进行试算，计算结果如图3所示：

图3 坡比1∶1.5抗冲刷桩计算结果图

通过试算，可以发现相同参数下1∶1.5的坡度比1∶1.25的坡度所计算出的安全系数要高。因此，坡度1∶1.5对于回填土的质量要求可以比1∶1.25的要更低一些。但此方案虽然在一定基础上能满足安全系数，且施工简单，并且河流冲刷对污水处理厂没有影响，但坡度更缓，占用河道更多，并且边坡只进行了简单的浆砌石护坡，在河水冲刷下，浆砌块石可能会被冲坏，这就大大降低了边坡抗冲能力，提高了维修费用。另一方面，造孔等造价高，初期投资多并且后期维护成本较高。

3.2 方案②：边坡铺设混凝土面板方案

此方案进行开挖工程之后，回填砂砾石。护坡由挡土墙、面板、齿墙构成，均采用C20混凝土。此方案采用重力式挡土墙，局部采用钢筋混凝土悬臂挡墙；墙基底部宽2.5m，高0.5m；墙身底部宽1.1m，顶部宽0.8m；墙背坡度1∶0.06，挡土墙墙身设置泄水孔、伸缩缝。坡面坡度1∶1.25，坡面顶部垂直于墙面处宽0.8m，面板间设伸缩缝。齿墙底部处于基坑底，齿墙高2m，宽3m，底部凹槽顶部宽1m，两边坡度均为1∶1。

3.2.1 挡土墙高5.5m，排水通畅

边坡坡度为1∶1.25，坡顶至拟建地水平距离2m，荷载为50kPa，长度12m。水位设置为正常水位，距离河道底3.16m。在保证其正常排水的情况下，浸润线如图3所示。

在此基础上，分别计算边坡铺设50cm、80cm厚混凝土面板情况下，回填土粘聚力为15kPa、20kPa时，不断增大内摩擦角计算安全系数，计算结果如图4所示：

图4 挡土墙高5.5m计算结果图

3.2.2 挡土墙高8m，排水通畅

在此基础上，在边坡铺设50cm厚混凝土面板情况下，假设回填土粘聚力为15kPa、20kPa，不断增大内摩擦角进行计算，计算结果如图5所示：

图5 挡土墙高8m计算结果图

通过试算，当挡土墙高度为5.5m时，只需增大内摩擦角及粘聚力，安全系数则不断增高，并且在一定程度上已经可以达到规定所要求的安全系数，而当把挡土墙高度增加到8m时，不仅同等参数下安全系数要小，并且安全系数与内摩擦角并不完全成正比，增长缓慢。并且在计算过程中发现，挡土墙高度越高，挡土墙的上半部分容易发生坍塌等现象，极不利于边坡稳定。因此综合来看，挡土墙高5.5m时有利于边坡稳定，且不会发生挡土墙坍塌事故。

经过试算可以发现，混凝土面板80cm时，可以轻易满足规定的安全系数，保持边坡稳定。同等参数下80cm厚混凝土面板安全系数更高，但50cm厚混凝土面板方案在回填土达到要求后已经可以满足拟建地所需承载力。两种厚度方案施工难度相近，但明显50cm厚方案在投资、维护等方面占优势，而且对于此工程，在保持排水通畅以及保证土体碾压密实度的情况下，面板铺设50cm钢筋混凝土足以满足其稳定性。

但在工程实践中，有很多护坡由于未能充分考虑反滤排水对边坡稳定性的作用，引起护坡顶裂，滑坡塌方的事故可谓是屡见不鲜，尤其是对混凝土面板这种几乎全封闭式的结构，加强反滤排水措施尤为重要，如果不能有效保持排水通畅，很容易引发边坡稳定性问题。另外，文章对于方案②进行了一系列假设试算，但当土体密实度不达标的情况下，安全系数也达不到标准。因此虽然推荐方案②为施工方案，但保持排水通畅以及土体的密实度十分的有必要。

4 结 论

文章给出两种防护方案，方案①虽然施工简单，水处理厂不会受到河流冲刷，但由于坡度较缓，占用河道过多，对于周边环境影响较大，造孔等造价高，投资多后期维护成本较高。方案②虽然施工复杂，但混凝土面板更加坚固，不易冲坏且在一定基础下足以满足边坡稳定系数。因此，最后选择方案②作为推荐方案。

[1]邱友红，贾山.浆砌石大坝面板加固处理方案实例剖析[J].黑龙江水利科技，2009，37(04)：52-53.

[2]马跃.混凝土面板护岸破损修复加固措施研究[J].科技风，2016(17)：103.

[3]杨政武.山区高速公路路堑边坡滑坡稳定分析及治理研究[J].交通建设与管理，2015(08)：139-141.

[4]朱士权，李红,朱家昌,等.混凝土护坡设计中需注意的几个问题[J]．水利水电工程设计，2014，33(04)：9-10.

[5]吕强，黄启胜.天晴旺水库现浇混凝土面板护坡的应用[J].山东水利，2010(08)：32-33.

StudyonSlopeProtectionSchemeOptimizationforaRiversideEffluentPlant

WEI Zhen-rong

(Turpan Urban Water Conservancy & Hydropower Investigation, Design and Research Institute, Turpan 838000, China)

A sanitary sewage treatment plant is closely beside the river in a city, slope protection have to be done in order to guarantee its safety and stability. Firstly, Lizheng Software was applied to conduct the stability analysis for side slope lower than the factory load, two slope protection schemes were put forward including grouted rubble slope protection and laying concrete slab to protect the slope. Tow kinds of slope gradient were calculated for grouted rubble slope protection to draw the relation curve regarding the parameters of backfilled earth as the independent variable and safety coefficient as the dependant variable, at last, the grouted rubble scheme was denied, subsequently, to calculate separately the safety coefficient curves of retaining walls with two different heights lower than 50cm thick slab, and to compare with slope protection with 80cm thick slab, finally, the recommendation scheme of this project was determined. There are some references of this kind of analysis method for river-course slope protection.

concrete slab; grouted rubble; river course; slope protection; Lizheng Software

1007-7596(2017)10-0020-03

TU441.35

B

2017-09-22

魏振荣(1968-)，男，甘肃榆中人，高级工程师，从事水利工程设计工作。