扁石河堤防堤型选择及堤顶高程的确定

2013-11-08杜志刚

黑龙江水利科技 2013年2期

杜志刚

(黑龙江省红兴隆垦区江川水利建筑有限公司，黑龙江红兴隆154302)

1 工程概况

扁石河流域位于黑龙江省双鸭山市境内，为七星河左岸的一级支流，发源于完达山脉北翼的西门山。流域面积676 km2，全长47.6 km，农场境内28 km。地理坐标:E131°16＇2 ～ E131°36＇51″，N46°29＇35″～ N46°29＇29″。

扁石河流域属中温带大陆性季风气候区，多年平均降水量532 mm，最大年降水量831 mm(1960年)最小年降水量310 mm(1977年)，年降水量多集中在7—9月，占降水量的60% ～70%。年平均气温2.4℃，极端最高气温36.5℃(1978年7月2日)，极端最低气温-36.4℃(1965年1月23日)，冬季严寒，月平均气温在0℃以下的时间长达150 d。年平均蒸发量1 220 mm，年平均无霜期为121 d，历史初霜最早为9月19日，终霜最晚5月21日。年平均日照2 552 h。主风向为西南风，最大风速达28 m/s(1974年11月7日)。

本区电网改造已基本完成，各村屯均有电网覆盖，容量也能满足施工用电要求，但由于堤防战线较长，且施工地点大多位于江边地带，施工用电量不大，如自电网接线，安装拆卸费用大，不经济，因此本工程施工考虑采用自发电。本区内交通较为便利，有公路及田间作业路，对运输材料非常有利。

本工程施工所需土料可就近开采，砂、石料可就近开采或采购，砂、石方用量较小，料场能够满足材料供应;油料可在双鸭山农场场部采购。

2 堤线布置及堤型选择

2.1 堤线布置

堤线布置应根据防洪规划、地形、地址条件，河流变迁，结合现有及拟建建筑物的位置、施工条件、已有工程状况以及征地拆迁、文物保护、行政区划等因素，经经济技术比较后综合分析确定。一般来说，堤线布置应遵循下列原则［1］:

1)河堤堤线应与河流流向相适应，并与大洪水的主流向大致平行。

2)堤线应力求平顺，各堤段平缓连接，不得采用折线或急弯。

3)堤防工程应尽可能地利用现有堤防和有利地形，修筑在土质较好、比较稳定的滩岸上，留有适当宽度的滩地，尽可能地避开软弱地基、深水地带、强透水地基。

4)堤线应布置在占压耕地、拆迁房屋等建筑物少的地带，以利于防汛抢险和工程管理。

2.2 堤型选择

扁平河堤坝现为土堤，应就地取材，选用土堤加高增厚方案。按设计洪水标准加高，由于扁平河沿河建筑物多，搬迁任务大，同时现有道路狭窄，为避免大量占地，故选择混凝土防洪墙［2］。

3 堤顶高程的确定

扁石河堤防堤顶超高值的大小直接关系到整个工程的投资大小，因此，堤顶超高值的计算非常关键，通常1、2级堤防的堤顶超高值应≥2.0 m，可按下式计算:

式中:Y为堤顶超高，m;R为设计风浪爬高，m;e为设计风壅增水高度，m;A为安全加高，m，按表1计算。

3.1 风壅水面高度计算

在有限风区的情况下，风壅水面高度可以按下式计算:

式中:e为计算点的风壅水面高度，m;K为综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6;v为设计风速，按计算波浪的风速确定;F为由计算点逆风向量到对岸的距离，m;d为水域的平均水深，m;β为风向与垂直于堤轴线法线的夹角，°。

3.2 波浪爬高计算

1)在风的直接作用下，正向来波在单一斜坡上的波浪爬高可按下列方法确定:

当m=1.5～5.0时，可按下式计算:

式中:Rp为累积频率为P的波浪爬高，m;KΔ为斜坡的糙率及渗透性系数，根据护面类型按表1确定;KV为经验系数，可根据风速v，m/s;堤前水深d，m;重力加速度g，m/s2组成无维量v/√gd，可按表2确定;Kp为爬高累积频率换算系数，可按表3确定;对不允许越浪的堤防，爬高累积频率宜取2%，对允许越浪的堤防，爬高累积频率宜取13%。

当m≤1.25时，可用下式计算:

当1.25＜m＜1.5时，可由m=1.5和m=1.25的计算值按内插法确定。

2)当来波波向线与堤轴线的法线成β角时，波浪爬高应乘以系数Kβ，当堤坡坡率m≥1时，Kβ可按表3确定。

4 结论

当各个假设的堤距方案的堤顶高程已定后，即可进行堤身的断面设计，从而估计各方案筑堤时所需要的工程量、劳动力、工期以及必要的施工设备等;同时，还要估计以后维修时所需的材料及年费用。另一方面，不同堤距方案给出了不同河内滩地所占用的面积。进行方案比较时，应采用综合分析的原则。从施工经济观点，堤距宽的方案堤顶高程可较低，因而比较窄堤距的工程量小而且容易施工;同时对地基要求不高，容易选择堤线。但从土地利用经济观点看，宽堤距所占用的滩地较多，对农业生产是不利的。因此，论证最优的堤距方案时，必须根据施工时所需要的劳动力、工期、维修年费用及河内滩地占用耕地面积的大小等因素，结合当时当地堤线所经地区对劳动力的供应情况和对耕地需要的情况，进行详细分析，做出决定。