饮马河堤防塌岸险段工程除险加固工程设计方案

何 淼，田春玲

（吉林省水利水电勘测设计研究院，吉林 长春 130021）

1 堤防现状

1.1 概 况

饮马河属第二松花江水系，发源于伊通县地局子乡老爷岭东南侧，流经伊通、磐石、永吉、双阳、九台、德惠、农安等县、市、区，于农安县靠山镇红石垒屯东南汇入松花江，河道总长386.8 km，流域总面积18 247 km2。饮马河石头口门水库坝下至松花江河口河道长201 km，汇水面积13 303 km2，区间共有21条较大支流汇入。

本工程位于饮马河自石头口门水库坝下至伊通河入河口处（除德惠市砖厂处往下游1.0 km无堤段除外），两岸堤防总长193.755 km，其中左岸堤防长96.535 km，右岸堤防长97.22 km。

1.2 现 状

经现场对堤防沿线检查发现，目前主堤大部分堤身质量完好，但由于存在部分穿堤建筑物破损、局部砂基段渗水现象比较严重，河道塌岸较多，有的凹岸堤身已塌落，严重威胁堤防安全。

经水力计算分析，目前不满足20年一遇设计洪水要求的堤防总长为109.705 km，其中左岸堤防长62.46 km，右岸堤防长47.242 km，最大差1.14 m，发生在德惠市北铁路桥下游段。

饮马河干流河道极为蜿蜒蛇曲，多呈“Ω”型，河床不稳定，河道呈“U”形，河床的底质多是由细粒的泥沙组成，在水流作用下，河床逐年向左、右岸侵岸，每遇洪水，塌岸现象经常发生，有的直接危及堤防安全。塌岸处岸坡陡峭，河床较深，岸坡段高度 2～5 m，岸边坡度 45°～80°，局部接近直立，塌岸最严重处，堤防已坍塌。

经现场检查统计，目前对堤防构成威胁的河道塌岸险工险段共有19处，其中九台市段14处，德惠市段5处。

1.3 塌岸原因

各处塌岸的主要因素是中粗砂层抗冲刷能力差，允许不冲刷流速仅为0.5～0.8 m/s，经计算河水流速为0.27～1.36 m/s，河水主流靠近岸边，对河岸的侧蚀淘刷能力非常强，特别是洪水期侧蚀能力更大，使岸坡坍塌更为严重，洪水下落时，地下水位较高，向河水排泄，渗透比降增大，由于渗流作用，中、细砂颗被带走，产生潜蚀，间隙加大，上覆粘性土层在自重应力作用下，岸边产生拉张裂隙，形成楔形裂缝，宽度最大达15 cm，块体塌落，造成坍岸，渐渐逼近堤脚。

2 设计基本资料

饮马河堤防塌岸工程除险加固方案设计参数见表1。

表1 堤防塌岸工程除险加固方案设计参数表

3 工程等别及标准

依据SL252-2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》，及GB 50286-98《堤防工程设计规范》，确定饮马河洪水重现期为20年，主要建筑物为4级，临时建筑物为5级。

4 塌岸工程设计

经现场检查，饮马河河道左、右岸两岸，对堤防产生威胁的塌岸共有19处（距离堤防30～50 m），总长7 599 m。其中九台市境内14处，长5 779 m，德惠市境内5处，长1 820 m。

4.1 塌岸工程总体布置

护岸长度从弯曲河段上游不坍落处开始，到下游不坍落处为止，再向上、下游各延伸50 m左右。护岸由护坡和护脚两部分组成，护坡顶部护砌到岸项，底部以枯水位加0.5 m为护脚顶高程，护脚顶宽为2.0 m，按1∶2.5边坡向河底抛填块石护脚。上、下游两侧与不护坡段之间采取顺坡开槽，将模袋混凝土埋入槽中的方式，接头处连接平顺。开槽埋入深度上、下游端均采用1.0 m。顶部采用水平延伸长度1.0 m进行封项。坡脚深度为1.0 m。

4.2 塌岸结构设计

由护坡和护脚两部分组成。护坡设计采用机织模袋混凝土护砌，下设无纺布一层。边坡比根据地质、地形资料设计分别采用1∶2或1∶2.5。

1）结构设计。护坡设计采用混凝土机织模袋护坡，模袋设计采用WYC-100型机织模袋，其性能指标见表2。灌填材料设计采用C20细砾混凝土，用泵充灌。配合比见表3。混凝土模袋下设一层无纺布（400 g/m2）。

表2 机织模袋性能指标表

表3 配合比表

2）护脚设计。护脚水下施工采用抛石护砌，水上施工采用铅丝石笼护砌。抛石厚度最小处为0.6 m，抛石边坡采用 1∶2.5。石块重量为 5～50 kg。约相当于粒径为0.15～0.33 m。抛石或铅丝石笼下面均设置一层无纺布（400 g/m2）。根据河床的冲刷深度，设计在抛石外缘加抛防冲和稳定加固的储备石方，避免河底冲刷危及护脚。

3）构造设计。为增加模袋整体刚度，抵抗冻胀、冰推等因素作用的能力，在模袋筒内顺坡度方向穿入一根直径φ12钢筋，并应保证钢筋处于模袋混凝土之中一定位置，不贴于坡面。方法是将钢筋穿入8号铁线构成的“凸”型架上部孔中，沿钢筋每米设置一只，并用22号铁丝捆绑固定，然后穿入铺于坡面上的模袋内，用尼龙线按顶部及两侧3个方向缝绑固定，使钢筋处于设计位置，再进行混凝土（砂浆）充灌。

4.3 设计计算

1）模袋护坡厚度的确定。根据波浪作用计算模袋厚度。计算时按前苏联规范CH228-64公式计算：

式中：t——波浪所需厚度，m；B——垂直于水边线（即沿斜坡方向）的护面板边长，m，B=5.0 m；C——系数，对整体大块护面板C=1.0；H——波浪高，m；L——波长，m；γm，γ——分别为模袋混凝土及水的密度，kN/m3；m——堤坡，m=2.0。

计算参数如表1，经计算t=8～15 cm。

2）护面抗动冰推压力计算。防止护面被冰压力推动沿坡面向上滑坡所需的护坡厚度h按式（2）计算：

式中：H——冰排以上护面高度，m；H′——冰排以下高度，m；H′可由式（3）计算：

经计算，模袋护坡均在冬季冰面以上，护坡厚度均为负数，即按风浪作用确定的模袋护坡厚度t=15 cm时，远远满足动冰推力的要求。

设计护坡混凝土模袋厚度采用t=15 cm。

3）冲刷深度计算。依据GB50286—98《堤防工程设计规范》附录D.2堤岸冲刷深度计算：

式中∶hB——局部冲刷深度，m；hP——冲刷处的水深，m；VCP——平均流速，m/s；V允——河床面上允许不冲流速，m/s，V允=0.7 m/s；n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取

设计选取最不利断面大榆树林子塌岸进行计算，hP=8.72 m，VCP=0.9 m/s，根据地质资料查得V允=0.7 m/s，则计算得hB=0.57 m。即河道内的最大冲刷深度为0.57 m。

[1]GB 50286-98，堤防工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，1998.

[2]华东水利学院.水工设计手册[S].北京：水利电力出版社，1984（4）.

[3]土工合成材料工程应用手册[S].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[4]SL/T25-98，水利水电工程土工合成材料应用技术规范[S].

[5]辽宁省水利水电科学研究院，盘锦市大洼县开发建设三角洲指挥部.盘锦市大洼三角洲开发水利工程建设[M].科学试验研究专辑，1997，（9）.