余姚东江堤防挡土墙工程的设计

潘　杰，林明钦，王燕飞，孙　奇

(1.浙江省千人计划余姚产业园管理中心，浙江 余姚　315400;2.余姚市江河水利建筑设计有限公司,浙江 余姚　315400；3.余姚市海涂围垦和海塘管理局，浙江 余姚　315400；4.余姚市政府办公室，浙江 余姚　315400)



余姚东江堤防挡土墙工程的设计

潘杰1，林明钦2，王燕飞3，孙奇4

(1.浙江省千人计划余姚产业园管理中心，浙江 余姚315400;2.余姚市江河水利建筑设计有限公司,浙江 余姚315400；3.余姚市海涂围垦和海塘管理局，浙江 余姚315400；4.余姚市政府办公室，浙江 余姚315400)

摘要：从工程水文、设计暴雨与设计水位、工程地质等对余姚东江堤防整治工程进行了基础数据的分析和计算，根据堤防初步设计原则、设计了堤防断面结构和防浪墙的断面结构，对堤防抗滑稳定性、抗倾稳定性和基底压应力进行计算的结果表明，本河道堤防挡土墙的设计满足堤防稳定的要求.

关键词：余姚；堤防;设计

0引言

余姚东江河道治理工程的设计，由于水文和地址条件复杂，给设计带来了很多问题.余姚东江河道位于余姚经济开发区城东新区，城东新区，规划用地范围东至萧甬铁路支线东侧穴湖路，南至子陵路，北至北环东路，西至东江.紧靠中国轻工模具城和中国塑料城，高速公路连接线及城市主干道贯穿其间，地理位置和交通条件十分优越其河道区位图(见图1).

城东新区按照宁波市确定实施的“东扩、北联、南统筹、中提升”的区域发展战略，作为“北联”策略的前沿阵地，余姚市政府将余姚城东新区定位为：以商贸、居住、工业科研功能为主，与主城区形成功能互补，生态条件良好的复合功能区块，市级商务、会展中心的生活服务基地的“一心、二点、三轴、四个功能片区”.按照余姚市生态环保城市理念和新区控详规划，城东新区将设置绿化带、生态走廊和城市公园，达到40%绿化率，构筑生态型人居家园和绿色环保型产业园.城市的发展有也不能满足社会经济发展对需求，为此，需要对东江进行河道设计和治理.河道治理工程的设计包括很多方面，下面对几个对堤防设计的重要问题进行分析.

图1　余姚东江河道区位图

1水文计算分析

水文计算复杂，受降雨径流和河流特性的制约，河流洪水计算方法主要有括经验公式法、推理公式法、瞬时单位线法等，各种方法有其特点[1-4]，根据东江河道流域的特点，水位计算采用浙江省推理公式.

余姚东江河道工程区域多年平均降雨量1 400 mm，最大年降雨量1 890.8 mm(1930年)，最小年降雨量879.4 mm(1967年)，

1.1设计暴雨分析

根据《浙江省短历时暴雨》图集查得(见表1).时段排列与分配，根据“图集”规定，最大值排在第18～21时段内.

表1　余姚城东新区设计暴雨计算表

1.2设计水位

1.2.1洪水计算

设计洪水主要是向南河山区块洪水，汇流计算采用浙江省推理公式:

(1)

(2)

式中：Qm—洪峰流量，m3/s；

h—在全面汇流时代表相应于τ时段的最大净雨，mm；F—流域面积，km2；τ—流域汇流历时，h；

m—汇流参数，根据河道特征、植被条件取III线;

L—主河道长度，km；

J—沿流程L的平均比降.

根据本流域的水文特征，F—6.47km2(陈山片山区面积0.39km2未计入)；L—3.08km；J—0.014，产流计算扣损法，初损20mm，后损扣1mm/h.计算得到不同重现期洪峰流量(见表2).

表2　洪水过程成果表

1.2.2山区洪水

(1)对产流

根据流域面积(包括陈山片面积0.39 km2)为6.33 km2，产流计算中初损15 mm，不扣初损.

(2)对汇流

净雨过程直接汇入河道.根据上述条件，就得不同重现期的排涝水量与流量(见表3).

表3　不同重现期的排涝水量与流量表

2工程地质

通过地址勘察，本区未发生过>4.75级地震，场地稳定性较好，本场地未发现影响工程稳定性的不良地质现象.场地勘探深度范围内地基土可分为4个工程地质大层，根据条件求出各土层的物理力学性质指标及承载力；工程区区域构造基本稳定，场地地震设防烈度为Ⅵ度第一组，可不考虑液化问题.以上多为淤泥质粘土，属软弱地基土，为抗震不利地段；拟建项目地下水位埋深在0.40～1.10 m之间，1985年国家高程基准高程为1.72～1.77 m，地下水位变化幅度为1.50 m左右.根据《水利水电工程地质勘察规范》(GB50487—2008)附录，环境水对混凝土腐蚀性为无腐蚀，环境水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性为无腐蚀；环境水对钢结构腐蚀性为弱腐蚀.由于本场地地下水位埋深较浅，土的腐蚀性评价可参照水的腐蚀性评价.堤基主要工程地质问题是抗滑稳定性及过大沉降与不均匀沉降问题，为此需采用提高地基承载力及减少变形的工程措施.第2—2层淤泥质粘土分布广，局部厚度大，工程性质最差，是抗滑稳定及地基沉降的最主要控制层，也是地基处理的关键层.堤基长期抗滑稳定性计算宜采用固结快剪指标.十字板剪切试验成果为峰值强度，设计时应根据设计经验适当折减，建议折减系数为0.7，并在施工过程中通过沉降、位移监控，验证分析，完善设计；堤基的加固处理除考虑堤基抗滑稳定要求外，尚应考虑堤基的沉降要求，堤线内软土层厚分布为0.70～5.40 m,是造成过大沉降和不均匀沉降的主要因素.地基加固处理宜采用水泥搅拌桩、松木桩或抛石等加固处理加固，打入深度和间距可由设计根据地质条件计算确定；本工程筑堤所需的片石、块石、碎石等可从沿线石料场就近采购，石料为凝灰岩性，质地坚硬、密实，质量基本能满足筑堤及护坡要求；工程区属海涂，区内无砂料分布.天然砂砾料储量和质量不能满足工程需要.因此建议采用外购商品砂，粗骨料可采用人工轧石方法.粘土料主要分布在场地浅层，以淤泥质土较多，能满足堤身闭气土料要求，可就近开采利用.

3堤防设计

余姚东江城市河流堤防的设计，首先要满足防洪排涝的需求，同时要满足生态环境和景观休闲的需求，河道设计及其问题复杂[5-8].

3.1堤防设计原则

根据《防洪标准》(GB50201—94)、《堤防工程设计规范》(GB50286—98)，确定防洪标准为50年一遇，排涝标准为20年一遇24小时暴雨，24小时排出不受淹.本工程等级为IV等，其主要建筑为4级，次要建筑物为5级，临时建筑物为5级.堤线布置原则是以原有河道走向为基础，做到与河势流向相适应，堤线力求平顺，并且尽可能利用现有的有利地形.在满足行洪、排涝要求前提下，结合生态、景观等要求，尽可能的节省投资.

河道断面型式的设计基本原则是在满足排涝要求前提下，结合生态、景观等要求，将防洪排涝与环境整治有机结合起来.本工程主要由堤防加高，土堤加高，防浪墙加高，排水沟，河埠头及泵站组成.

要按照“水清、流畅、岸绿、景美”的总目标，在整治中充分体现生态观，在治污及满足河湖防洪、供水等基本功能的前提下，注重水利设施的造型美观及滨河的绿化、美化，满足人们的亲水及休憩游乐的要求，保护沿河的历史文物及人文景观，采用生物护坡等措施，创造水生物生存的良好环境，确定堤防的横断面.

3.2堤防加高设计

本工程采用挡墙结构型式对堤防加高(见图2)，挡墙结构型式均为浆砌块石挡墙，挡墙底高程为0.13(1.13) m，顶高程为2.13(2.63) m，迎水面的坡度1 ∶0.1，背水面的坡度1 ∶0.3，底板采用0.3 m厚的C25混凝土底板，下设0.1 m厚的C15素混凝土垫层，下垫0.1 m厚的碎石垫层，基础采用梢径120长6 m松木桩，纵向间距800,采用梅花桩布置；挡墙顶宽0.60 m，采用150厚C25混凝土压顶.墙后采用土方填筑，土堤顶高程为4.13 m，堤顶采用200厚泥结石路面.

图2　挡墙式堤防加高断面图

3.3防浪墙设计

防浪墙断面设计(见图3).挡墙采用M7.5浆砌块石，表面C25钢筋混凝土衬砌，混凝土防浪墙墙宽均为0.15 m，防浪墙高0.9 m，顶高3.93 m.防浪墙三挡墙采用M7.5浆砌块石，混凝土防浪墙墙宽0.15 m，防浪墙高0.8 m，顶高3.93 m.

图3　防浪墙断面设计图

4挡墙稳定计算

为确保堤防的安全，对堤防加高标准断面的挡墙的抗滑稳定性、抗倾稳定性和基底压应力进行计算.

4.1计算方法

抗滑稳定安全系数按下式计算：

式中：KC—抗滑稳定安全系数；

f—底板与堤基间磨擦系数；

∑W—作用于墙体上的全部垂直力的总和,kN；

∑P—作用于墙体上的全部水平力的总和,kN.

抗倾稳定性按下式计算：

式中：KO—抗倾稳定安全系数；∑MV—抗倾覆力矩(kN·m)；∑MH—倾覆力矩(kN·m).

式中：σmax、min—基底的最大和最小压应力，kPa；

A—底板面积；∑M—荷载对底板形心轴的力矩，kN·m；

∑W—底板的截面系数，m3.

4.2计算参数

根据报告并参考有关资料，所采用材料的物理力学指标(见表3).

表3　材料物理力学指标

底板与地基摩擦系数f取0.25.

4.3计算工况及结果

根据上述计算理论及参数取用，对施工期工况进行计算，计算结果(见表4).

表4　挡土墙计算结果

从计算结果看，河道挡土墙抗滑安全系数计算结果满足规范要求.

5结论

从工程水文、设计暴雨与设计水位、工程地质等进行了基础数据的分析和计算，根据堤防初步设计原则、设计了堤防断面结构和防浪墙的断面结构，对堤防抗滑稳定性、抗倾稳定性和基底压应力进行计算的结果表明，本河道堤防挡土墙的设计满足堤防稳定的要求，本水位计算结果设计和设计方法可供类似工程参考.

参考文献：

[1]何圣贤.长潭水库最大暴雨及短时暴雨计算分析[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(1):48-51.

[2]叶萍,蔡红娟.杭州市青山水库防洪标准复核分析[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(3):54-57.

[3]步春俊,何艳.温岭前溪小流域“7.26”洪水调查[J].浙江水利水电学院学报,2014,26(2):15-17.

[4]闵惠学.钱塘江流域“2011-06”暴雨洪水分析[J].浙江水利水电专科学校学报,2012,24(4):20-24.

[5]林蔚.建德市河流生态治理的对策[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(1):63-66.

[6]杨丽娟,余学彦.诸暨市璜山镇龙泉江综合治理工程设计[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(1):7-9.

[7]张峰.大治河整治工程挡墙坍塌修复施工方法分析[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(3):13-15.

[8]邱志荣.绍兴市龙横江园林工程的建设思路与效果[J].浙江水利水电专科学校学报,2013,25(3):32-35.

Design of Dongjiang Dyke Construction in Yuyao

PAN Jie1, LIN Ming-qin2, WANG Yan-fei3, SUN Qi4

(1.Yuyao Industrial Park Administration Center of Zhejiang Thousand Talents Scheme, Yuyao 315400, China;2.Yuyao Jianghe Water Construction and Design Co. Ltd., Yuyao 315400, China;3.Yuyao Tideland Reclamation and Seawall Administration Bureau, Yuyao 315400, China;4.Yuyao Municipal Office, Yuyao 315400, China)

Abstract:The essential data of Dongjiang Dyke Regulation Project in Yuyao is analyzed and calculated in terms of engineering hydrology, engineering geology, design rainstorm and designed water level. According to the preliminary design principle of the dyke, the cross section structure sof the dyke and the parapet wall are displayed. The calculated results of the anti-sliding stability, the anti-inclining stability and basal compressive stress show that the design of river retaining wall can meet the requirements of dyke stability.

Key words:Yuyao; dyke; design

收稿日期：2015-10-13

基金项目：国家自然科学基金(51479081);浙江省水利科技计划项目( RC11092011);浙江省自然科学基金项目( M503254);浙江省教育厅科技计划项目 (Z200909405)

作者简介：潘杰(1983-)，男，浙江余姚人，工程师，主要从事工程和咨询等工作.

中图分类号：TV214

文献标志码：A

文章编号：1008-536X(2016)04-0030-05