大凌河源头区重点生态功能保护区堤防工程设计
2015-11-02改造者熊守纯
改造者:熊守纯
大凌河源头区重点生态功能保护区堤防工程设计
改造者:熊守纯
首先介绍了工程概况及地理位置,然后从堤线布置、堤防型式及断面确定和堤防稳定计算分析等方面对堤防设计进行说明。
工程概况及地理位置
大凌河发源于建昌县要路沟乡吴坤杖子村水泉沟,建昌县境内流域面积1199.33 km2,河长60.33km,流域比降10.69‰, 建昌县大凌河源头区包括山湾子水源涵养区、喇嘛洞碱厂水土保持区、宫山嘴水库水源涵养区,本次重点生态功能保护区实施方案(以下简称该工程)位于大凌河要路沟乡水泉沟至建凌第一桥段。该工程主河道疏浚5.5km;新建生态防洪堤11.0km。
根据依据《防洪标准》和《堤防工程设计规范》及《大凌河源头区生态治理保护规划》中的相关规定,确定大凌河主河道防洪标准为十年一遇,堤防工程等级为五级。
堤防工程设计
堤线布置
(1)堤线布置原则
该工程河道治理的堤线布置是根据河道现状布设的。堤线布置遵循以下原则:堤线封闭、顺直、利于行洪;堤距根据河道实际情况,尽力保证堤距等宽;堤线依据原河道线布置,使堤防坡度尽量大些;堤线布置,尽量不占耕地,少占林地;利用天然地形和现有工程,将堤防尽量布置在较高地面上,减少工程量。
(2)堤线布置
该工程堤线布置根据实际实地情况布置,左右岸各为5.5km。
堤防型式及断面确定
(1)河道纵、横断面设计
该河道主河道治理工程纵断面设计考虑了道路、支流交汇口与设计河道的平顺衔接,并根据实测数据,确定设计河底高程,横断面设计优化选择了梯型且两侧坡比比较大河道断面型式。该型式断面的最大优点是上口断面宽度相对较大,能满足一定的过水深度,使河水在下口内流动,因此上下口之间的斜坡就成了生态绿化区。本次设计在距离起点185.74m段设计河底比降为9.529‰,相邻343.97m段设计河底比降为9.188‰,889.65m段设计河底比降为6.823‰,1235.74m段设计河底比降为4.823‰,1344.26m段设计河底比降为4.208‰,1200m段设计河底比降为3.35‰,300m段设计河底比降为3.251‰。河道疏浚5.5km。
5级堤防堤顶宽度不宜小于3m。根据工程场地实际情况及上下游的顺接,拟定主河道0+000至5+500桩号左右侧堤顶宽为3m,迎水坡坡比1:3,背水坡坡比1:2。筑堤材料为砂砾料。
堤防迎水坡正常水位以上、坝顶、背水坡均种植棉槐等低矮灌木,固砂护岸,绿化沿岸生态环境。
(2)设计洪水水面线推求
①采用公式
②水面线推求成果
表1 主河道水面线计算成果
表3 稳定计算参数表
(3) 堤顶高程确定
主河道堤顶高程是以p=10%的设计洪水位加上堤顶超高值,其中堤顶超高按下列公式计算:Y=R+e+A =0.3m。
堤顶高度确定见表2。
表2 主河道设计堤顶高程计算表
堤防稳定计算分析
(1)渗透稳定计算
关于渗流量计算,是将堤身和地基的渗透量分开计算,总单位宽渗流量q为两者之和。最后计算得出:q值为0.00249m3/(s.m)
关于浸润线计算,建在透水地基上的均质砂砾料堤,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大于堤基渗透系数k0情况下公式进行计算。结果为:堤坝外坝出逸点高0.43m,实际坝脚线外地面高出出逸点高程0.5m以上,满足渗透稳定要求。对于局部低于出逸点高程段采用黄土填筑夯实,使高程达到出逸点高程0.5m以上。
(2)滑弧稳定计算
①计算断面的选择
根据规范要求,稳定计算应根据堤段的防洪任务、工程等级、结合堤身的结构形式、高度和填筑材料等因素,选择有代表性的断面进行计算。
砂砾料堤渗透稳定计算的断面选取左岸桩号R0+320,顶宽3m ,作为典型计算剖面。从地质资料知,防洪堤基础由河滩地砂砾料组成,基础良好。
②计算参数的选取
该工程堤坡的抗滑稳定计算仅考虑正常情况下堤防渗透稳定。在防洪堤堤线通过的地方,由于堤防基础绝大多数为砂砾料,其承载力很大,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并根据地勘报告选取,详见表3。
③计算方法
堤身稳定计算按规范要求,采用瑞典圆弧法进行计算,在设计洪水情况下验算,计算公式为:,计算安全系数为1.403,大于规范安全系数1.11。
结语
本次实施方案坚持以人为本,人水和谐共处的科学发展观,把河道治理与生态建设、景观建设、环境建设及土地保护有机结合起来,开发当地旅游资源,生态治理大凌河流域,减少洪患,减少水土流失,变害为利,合理利用水资源,改善生态环境,改善区域小气候。以“生态、水保、环境、景观”协调发展的理念,来创造“安全,舒适、优美”的水环境,通过完善防洪生态体系、改善水质、营造水景、封林育草、修复生态、提升水文化品味,使资源水利、生态水利、环境水利、工程水利和谐统一。
10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.033