线沟河堤堤防设计探析

2017-08-16李日芳

黑龙江水利科技 2017年7期

关键词：条块堤顶挡土墙

李日芳

(辽宁省江河流域管理局，沈阳 110003)

线沟河堤堤防设计探析

李日芳

(辽宁省江河流域管理局，沈阳 110003)

线沟河为穿越开发区的一条山洪沟，地形条件复杂，沿岸村落多，人口多，汛期山地坡度大，流程短，来势凶猛，洪水峰急量大，下游地势平坦，受潮水顶托，山洪往往不得以宣泄，对开发区的防洪造成较大威胁。目前该流域下游入海口至高速公路桥段已进行了综合整治，设计防洪标准为50a一遇，文章计划对高速公路桥以上河段进行防洪治理，以保证该流域防洪能力有效提升，形成比较完整的防洪体系。

线沟河堤；堤防设计；渗流稳定；抗滑稳定

0 引言

线沟河为穿越开发区的一条山洪沟，主流流经辽宁鲅鱼圈芦屯镇、红旗镇两个重镇，地形条件复杂，汛期山地坡度大，流程短，来势凶猛，洪水峰急量大，下游地势平坦，受潮水顶托，山洪往往不得以宣泄，对开发区的防洪造成较大威胁。急需整治。

1 堤防横断面设计

根据治理河段特点及现场实测地形条件进行护岸工程横断面设计，护岸断面采用浆砌石挡土墙结构型式，护岸设计顶高程为10a一遇洪水位加0.5m超高，设计顶宽4.0m，背水坡坡比1:2，堤顶路面结构为沥青路面，路面以下设C10混凝土垫层厚100mm，水泥砂砾稳定层200mm，山皮石层厚200mm。沿墙背设直径0.1mPVC排水管，间距2.0m，排水管后包无纺布并通常设置中粗砂替代反滤料。挡土墙顶设置栏杆，栏杆柱间距3.0m。

2 堤防顶高程的确定

线沟河堤所在区域汛期盛行西北风，即主风向为SW，根据规范要求，本次计算以主风向SW进行堤防波浪爬高计算。

按照《堤防工程设计规范》的要求，根据实际情况，采用不允许越浪式堤防工程。

线沟河堤防等级为5级，堤顶高程采用10a一遇设计水面线加超高确定。依据《堤防工程设计规范》(GB50286)有关规定，堤顶超高应为风浪爬高加安全加高再加风壅增水高度。计算公式如下：

堤防超高计算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y为堤顶超高，m；e为设计风壅增水高度，m；A为安全加高，m，按规范5级堤防工程：不允许越浪为0.5m；R为设计波浪爬高，m。

其中风浪计算要素按下式确定：

(2)

设计风壅增水高度由以下公式确定：

(3)

式中：e为风壅增水高度，m；K为综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；β为风向与垂直于堤轴线的法线的夹角；其余符号意义同前。

波浪爬高按下式计算：

(4)

式中：Rp为累积频率为p的波浪爬高，m；K△为斜坡的糙率及渗透性系数；KV为经验系数；Kp爬高累积频率换处系数，对不允许越浪的堤防爬高累积频率取2%。

该工程堤防波浪爬高计算参数及成果见表1。

表1 堤顶超高计算成果表(P=10%)

本次堤顶高程取0.70m。

堤顶高程确定

Z=H+Y

(5)

式中：Z为堤顶高程，m；H为设计洪水位，m，10a一遇；Y为设计堤顶超高，m。

因此堤顶高程采用设计水面线以上加0.70m超高确定。

3 护岸渗流稳定计算

3.1 渗流计算

根据河道沿线工程布置情况，选择最不利断面进行渗流稳定计算，根据工程的筑堤材料和堤基情况，堤防按不透水地基均质土堤计算浸润线是偏于安全的，所以本工程按下游无水稳定渗流计算浸润线。计算如下：

(6)

式中：q为单位宽度渗流量，m3/s·m；k为堤身渗透系数，m/s；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；h0为下游出逸点高度，m；m1为上游坡坡率，m1=2.5；m2为下游坡坡率，m2=2.0。

联立解上面两方程，得q/k=0.336；h0=0.84

得浸润线计算式为：

(7)

3.2 渗透稳定计算

1)堤防背水坡渗透坡降J0：

渗出点A点：

(8)

堤坡与不透水面交点B点：

(9)

式中：m2=2.0为背水坡坡率。

2)临界水力坡降：

(10)

式中：G为土的比重，取G=2.74；e为土的孔隙比；比照勘察试验资料平均最大干容重为1.64g/cm3，5级堤防压实度按规范取0.91,由此推算e=0.671。

代入公式得ic=1.04，取安全系数为2.0，则允许水力坡降为：i允=ic/2.0=0.52。

因J0

4 堤防抗滑稳定计算

采用土坝稳定分析(圆弧滑动条分法)计算程序，计算公式如下：

(11)

式中：b为条块宽度，m；W1为堤坡外水位以上的条块重力，kN；W2为堤坡外水位以下的条块重力,kN；Z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离，m；u为稳定渗流期间堤身或堤基中的孔隙压力，kPa；在本次计算中，令此项为零而将孔隙水压力包含在土体重量的计算之中；β为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，°；γW为水的重度，kN/m3；C′、φ′为土的抗剪强度指标，kN/m3、°。

堤身采用河道内开挖土方进行堤身填筑，填筑料计算指标见表2。