关庄湖均质土堤的设计分析

梁春腾

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

关庄湖均质土堤的设计分析

梁春腾

(遵义水利水电勘测设计研究院，贵州 遵义 563000)

文章主要结合关庄湖生态堤(均质土堤-均质坝指采用黏性土料填筑而成的土坝)的实际情况，首先提出了关庄湖均质土堤结构布置，接着分析了筑堤材料、填筑标准以及基础处理，最后详细的论述了关庄湖均质土堤的设计计算要点。

生态堤；均质土堤；结构布置；基础；计算

1 工程概况

关庄湖生态堤位于遵义市新蒲新区新蒲镇关联村关庄河的关庄河段，关庄湖生态堤修建后，常年水位829.50m，常水位水体体积15.8万m3，总水体体积25.6万m3，水面面积可达到3.99万m2，水域岸线长900m。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252—2000)及《防洪标准》(GB50201—2014)规定，该工程规模为小(2)型，工程等别为Ⅴ等，主要建筑物生态堤、溢洪道为5级建筑物，次要建筑物和临时建筑物为5级建筑物。经综合比较，适宜本工程特点堤型是均质土堤。

2 关庄湖均质土堤结构布置

关庄湖生态堤为均质土堤，堤顶高程为832.50m，堤顶宽7.0m，堤顶长202.0m，最大堤高13.50m，最大堤底厚112.9m，堤基需采用块石进行基础置换，坝轴线中心位置设置齿槽，底宽5m，两侧开挖坡比为11，齿槽需开挖至基岩。堤顶为沥青混凝土路面，上游侧设青石栏杆，可结合景观要求进行景观设计。

生态堤上游面堤顶至829.50m高程，坝坡坡比为1∶2.5，坝坡采用卵石自然堆砌护坡，石缝间植草绿化；829.50m高程至坡脚坝坡表面采用C20混凝土预制块护坡。

生态堤下游坡比为1∶2.5，均采用黏土填筑。均质土堤与老坝体之间的倒梯形区域采用土石渣夯填至堤顶高程832.50m，并按1∶2.5的坡比与原坝体坝顶下游边线衔接。在泄水箱涵与填筑土石渣接触带于泄水箱涵底板与侧墙相交位置布置Φ50排水孔，排水孔间距为2m，将渗水排入泄水箱涵。详见图1、图2。

3 筑堤材料、填筑标准和基础处理

3.1 筑堤材料

均质土堤采用第四系残坡积黄黏土，根据试验成果：天然含水率为46.1%-54.0%，干密度ρd=1.08-1.19g/m3，塑性指数Ip=28.1-33.1，摩擦角Φ=10.5°-12.5°，粘聚力C=57.0-67.5kPa，压缩模量E=5.07-9.38MPa，土体渗透系数5×10-5cm/s。生态堤土石混合料粒径≤300mm。相应的指标为：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，密实度Dr<0.2。

3.2 填筑标准

根据规范要求，生态堤填筑应密实均匀，足够的抗剪强度和低压缩性，按本工程生态堤材料分区，生态堤各区填筑质量标准见表1。生态堤填筑施工前，必须根据相关规范进行碾压试验，获取碾压遍数、含水量等施工参数指标。

图1 生态堤平面布置图

图2 生态堤典型断面图

坝料分区粒径/mm压实干容重/kN·m3压实度/%空隙率/%渗透系数/cm·s-1相对密度最优含水率/%黏土137≥96≤1×10-4315土石渣≤50017-1820碎石垫层5

注：1、最大干密度采用击实仪试验确定；2、黏土施工填筑含水率应控制在最优含水率的-2%-+3%内。

3.3 基础处理

本工程最大堤高13.5m，属低坝，根据堤基、坝肩地层岩性、岩石的风化深度和透水性，考虑到生态堤基础为原关庄水库库区，淤泥较厚，清挖的施工难度大，故堤基础处理主要考虑采用块石置换基础。

4 设计计算

4.1 堤顶高程确定

根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定，堤顶超高Y=R+e+A。

式中：A-安全超高，正常运用情况为A=0.5m，非常运用情况为0.3m。

正常运用条件I(常年水位828.00m)：Y=0.986m。

正常运用条件II(设计洪水位829.63m)：Y=0.986m。

非常运用条件(校核洪水位830.20m)：Y=0.571m。

堤顶高程确定根据前述洪水成果及堤顶超高成果。计算成果见表2。

表2 堤顶高程计算成果表 m

综合考虑堤顶高程与左岸公路顺畅连接以及景观设计要求，因此，确定堤顶高程为832.50m，与左岸公路齐平。

4.2 堤顶构造

堤顶结构要结合景观打造，但因景观设计具体方案尚未确定，方案暂时定为采用沥青混凝土铺筑，上下游各设断面尺寸为0.5m×0.6m的C20混凝土路肩，上游侧采用青石栏杆防护。后期施工时可根据景观设计要求进行适当调整。

4.3 上游护坡

生态堤上游面堤顶至829.50m高程，坝坡坡比为1:2.5，坝坡采用卵石自然堆砌护坡，石缝间植草绿化；829.50m高程至上游坝坡坡脚采用C20混凝土预制块护坡，坝体采用黏土料填筑至设计坝坡后，再依次铺设0.1m厚细砂垫层、0.15m厚碎石垫层、混凝土预制块，混凝土预制块为正六边形，边长30cm，厚10cm。坝体与岸坡边界接触带采用断面为0.5m×0.5m的C20混凝土固边。大坝上游后期施工时可根据景观设计要求进行适当调整。

4.4 堤坡稳定计算

本工程生态堤为5级水工建筑物，根据SL189-2013《小型水利水电工程碾压式土石堤设计规范》之规定，确定坝坡稳定计算考虑计算工况及相应最小安全系数。生态堤为均质土堤，根据SL274-2001《碾压式土石坝设计规范》规定，坝坡抗滑稳定计算应采用刚体极限平衡法。计算采用北京理正软件设计研究院编制的《理正边坡稳定分析软件》进行计算。通过计算，五种计算工况的计算成果见表3。

表3 坝坡稳定计算成果

可知，生态堤稳定安全系数满足规范要求，生态堤坝坡稳定。

5 结 语

综上所述关庄湖生态堤总水体为25.6万m3，工程规模为小(2)型，工程等别为Ⅴ等。根据选定堤线工程地形地质条件，结合枢纽总体布置，选择的堤型为均质土堤。在设计过程中，必须综合水文、地质等各种因素，结合实际情况，严格按照设计规范，做好设计计算，从而为确保均质土提设计的合理性。

[1]梁满洋.均质土坝填筑施工的技术要点及管理方法研究[J].广东科技， 2014(02)：87-88.

[2]郭志明.浅析土坝填筑施工程序及方法[J].科技创新导报，2011(23)：113-114.

[3]李文斌.曹家沟水库工程均质坝方案设计研究[J].甘肃水利水电技术，2011，47(11)：6-7.

1007-7596(2017)10-0038-03

TV871

B

2017-09-16

梁春腾(1991-)，男，贵州从江人，助理工程师；从事水工设计工作。