思山岭三道河堤防工程治理分析

2015-10-29陆荣，陈刚

黑龙江水利科技 2015年4期

陆荣，陈刚

(辽宁观音阁供水有限责任公司，辽宁本溪117100)

1 工程任务及规模

1.1 工程任务

按照本溪市城市总体规划的要求和城市发展的趋势，将南芬区确定为本溪市重要农业及水产养殖业生产基地，未来发展中将成为本溪市主要的副城。为切实防洪减灾，保护沿岸现有耕地、厂矿企业及重要的公路交通安全、维护社会稳定，保障沿岸居民安居乐业，拟建细河支流三道河堤防工程。该工程的建设，可使该区域防洪能力能够达到抵御10 a一遇洪水标准，保护思山岭周围耕地不被洪水破坏，农民的利益得到保证。

1.2 工程规模

为提高工程所处区域防洪标准，参照本溪市细河河道整治规划，根据本工程防护区内的各级建筑、土地面积、人口等情况，按《堤防工程设计规范》GB50286—98 规定，确定该工程所处区域防洪标准为10 a一遇，相应建筑物级别为5 级，修建堤防全长2.7 km。

2 工程规划与设计

2.1 工程堤线布置

工程右岸堤防起点位于三道河东崴子处，由下而上，堤线呈直线布置，至桩号R0 +639.55 m处，修建一座漫水桥。防洪堤拐角处堤线为曲线段，以便利于行洪。堤距按34 ～56 m控制，至拦河坝下游处，右岸堤线布置结束。右岸设计堤长分别为2 244.74 m。

2.2 河道清障规划

本工程所在河段内由于经过多年河流冲积在部分堤段形成了岩性较单一的滩地覆盖层，层厚约0.5～1.0 m左右，影响了河道正常行洪，须进行河道的清障工作。河滩内除清理出的杂草、腐植土不能作为筑堤材料外，对于出露的砂砾石料层，均可作为筑堤的材料。在距堤脚3 m范围内不在此次河道清障的工作范围。

3 工程设计计算

3.1 水面线推算

3.1.1 河道纵、横断面设计

本工程治理河长2.7 km，在河床清滩、清障至设计河底高程后，采用梯形断面均质土堤和梯形断面浆砌石，土堤迎水坡坡比为1∶2.5，浆砌石迎水坡坡比为1∶0.4。背水坡采用直立式。河道设计比降根据实测数据设计为6.7‰。

3.1.2 设计洪峰流量(P =10%)

本次水面线推算所采用的P =10%洪峰流量值Qp=746.6 m3/s。

3.1.3 设计洪水面线推求

计算公式:

计算成果见表1。

表1 P =10%水面线计算成果表 m

3.2 堤顶高程确定

堤顶高程以P =10%洪水水位加安全超高值后与防浪墙高度之和确定，其中防浪墙高0.1 m。

堤顶超高应按下列公式计算:

风壅水面高度计算:在有限风区情况下，按下式计算:

经计算得出:e =0.00232。

波浪爬高计算:当m =1.5 ～5.0 时，可按下式计算:其中堤前波浪的平均波高H 及堤前波浪的波长L 采用下列公式计算:

经计算得，RP=0.2 m，风壅水面高e 可忽略不计。所以Y = R +e +A =0.6 m堤顶高程确定见表2。

表2 各桩号堤顶高程 m

3.3 堤顶宽度确定

为满足防汛抢险及不占用耕地需求，河道最窄控制断面采用浆砌石，堤顶宽度为3 m。

3.4 堤防断面设计

根据当地的地质状况和不占用耕地和交通的原则，分别修筑土堤和浆砌石堤。土堤段迎水坡坡比1∶2.5，采用石笼护脚。在河道缩窄段采用浆砌石堤，迎水坡坡比1∶0.4，背水坡采用直立式。堤顶宽度为0.6 m，堤顶采用100 mm厚C20 混凝土压顶，基础埋深1.5 m。

4 堤防稳定及渗流计算

4.1 土堤渗透稳定计算分析

4.1.1 渗透计算

防洪堤工程段均处于有限深透水地基上，因此根据《堤防工程设计规范》渗流量计算是将堤身和地基的渗透量分开计算，总单位宽度渗流量q 为两者之和［1］。

计算公式为:

式中:qD为不透水地基上求得相同排水型式的均质土堤单位宽度渗流量。

1)不透水堤基均质土堤身渗透量计算(下游无水)公式为:

式中:qD为单位宽度渗流量，m3/s·m;K 为堤身渗透系数，1.33 ×10－5m/s;H1为上游水位，2.28 m;m2为下游坡坡率，2.5 h0为下游出逸点高度，m;m1为上游坡坡率，2.5。

求得(1)、(2)联立方程解，得出H0、qD值。本次计算将桩号R0 +321.5 m堤防断面作为渗透标准断面进行计算，最后计算得出堤防渗透量q 值。q =1.87 ×10－5m3/s·m。

2)浸润线计算:建在透水地基上的均质土堤，由于地基透水的影响，堤身浸润线降低，计算采用堤身渗透系数k 小于堤基渗透系数k0情况下公式进行计算。

求得h0以后，浸润线采用下列公式计算:

式中:q' = (H12 + h2)/2［L + m1H1/(2m1+ 1)－m2h0］+ k0T(H1－ h0)/(L + m1H1－ m2h0)

浸润线公式:X =0.38Y2+3.48Y－25。

4.1.2 渗透坡降计算:

渗透坡降按以下公式计算:

1)沿渗出段AB:

2)沿地基段BC:

代入有关数据

出逸点A:J = 0.45 ＞［J］= 0.15 ～0.25

按上述公式计算，在A 点渗透比降大于允许坡降，宜设贴坡排水。在B 点计算比降J =∞，一方面是由于公式本身局限，另一方面说明在这些部位的坡面最容易发生渗透破坏，故在构造上尽可能在B 点到BC 段破坏点段加土压重，渗透稳定可满足要求。

4.1.3 稳定计算

1)计算剖面的选择。根据规范要求，稳定计算应根据不同堤段的防洪任务，工程等级，地形地质条件，结合堤身的结构型式、高度和填筑材料等因素，选择有代表性的断面进行计算。土堤段渗透稳定计算的断面选取桩号R0 +340.71 m处，堤高2.9 m，堤项宽4 m，作为典型计算剖面。从地质资料知，堤防基础由河滩地砂砾石组成，基础良好。

2)计算参数的选取。本次堤坡的抗滑稳定计算仅考虑正常情况堤防渗透稳定。在防洪堤堤线通过的地方，由于堤防基础绝大多数为砂砾石，其承载能力很大，不会产生在施工期因基础失稳而发生堤体失稳的现象。同时堤体材料为砂砾料，砂砾料的沉陷变形比一般土堤为小，孔隙压力也小，因此施工期失稳的现象不易发生。计算参数参考同类工程的设计参数和细河土工试验成果，并结合本工程的实际情况选取，详见表3。