防浪墙在堤防设计中的应用研究

刘 罡

(1.黑龙江大学水利电力学院，哈尔滨 150010；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

防浪墙在堤防设计中的应用研究

刘 罡1，2

(1.黑龙江大学水利电力学院，哈尔滨 150010；2.黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

为满足设计防洪标准，许多堤防需要加高培厚，以提高堤防的防洪能力。文章对拉林河治理工程(双城段)中防浪墙在堤防设计中的应用进行研究，通过防浪墙设计计算和方案对比，得出该设计形式在工程投资和占地投资上等方面明显优于传统加高培厚的设计形式。

堤防；防浪墙；投资比较；方案比选

1 综 述

拉林河为松花江干流右岸的一级支流，发源于长白山张广才岭，是黑龙江、吉林两省界河，流经尚志、五常、双城、舒兰、榆树、扶余等六个市县。拉林河堤防工程经济效益社会效益及环境效益显著。防洪工程为社会公益性质的水利工程，保护沿河人民的生命安全和生存环境免受洪水破坏，社会效益和环境效益突出。拉林河治理工程是一项利国利民的百年大计，工程建成后可提高拉林河堤防防御洪水的能力，保障沿河经济社会可持续发展。

根据各支流独立防洪保护区的重要程度，防洪标准在10-30a一遇之间选用。规划确定拉林河堤防干流防洪标准为20a一遇，规划新建堤防27km，整修加固373km。依据汛期多年平均最大风速等波浪爬高计算要素，堤顶超高取1.5m，堤顶宽度采用4m，新建和加培的黏性土堤的临水侧、背水侧边坡坡比1∶2.5，砂性土堤的临水侧、背水侧边坡坡比均为1∶3，现状满足堤身稳定要求的边坡维持现状。

2 防浪墙方案比选

2.1 工程概况

后三家子堤防为拉林河干流堤防，现状堤防长度6.923km，堤防未已达到20a一遇防洪标准。本次堤线及堤长不变。现状堤身为黏土、砂土和混合土，对砂堤、混合堤中透水性强，抗冲刷性差的堤段及迎风顶流堤段需进行防护处理，需迎水坡进行防护处理，共新建护坡4.923km；堤顶设置4处混凝土防浪墙，共5.25km。楼上堤防为拉林河干流堤防，现状堤防长度5.489km，堤防未达到20a一遇防洪标准。本次堤线及堤长不变。现状堤身为黏土、砂土和混合土，对砂堤、混合堤中透水性强，抗冲刷性差的堤段及迎风顶流堤段需进行防护处理，需迎水坡进行防护处理，共新建护坡4.5km；堤顶设置2处混凝土防浪墙，共1.989km；堤后采用压渗渗控措施共1.1km。谢家堤防为拉林河干流堤防，现状堤防长度7.26km，堤防未达到20a一遇防洪标准。本次堤线及堤长不变。现状堤身为黏土、砂土和混合土，对砂堤、混合堤中透水性强，抗冲刷性差的堤段及迎风顶流堤段需进行防护处理，需迎水坡进行防护处理，共新建护坡4.7km；堤顶设置8处混凝土防浪墙，共1.65km；堤后采用压渗渗控措施共0.2km。对因河道演变形成的1段险工新建护岸，为渡口护岸，长度0.647km；现有穿堤建筑物1座为苗家涵，现状运行良好。本次设计现有利用，新增堤顶砂石路面7.26km[1]。

2.2 堤防型式比选

本次设计从地形地质条件、筑堤材料、施工条件、工程投资、拆迁占地、环境因素等方面对土堤、防浪墙结合土堤2个方案分堤段进行综合比较。

1)方案一、有防浪墙方案。

设计堤防工程设计防洪标准为20a一遇，工程级别为4级，根据《堤防工程设计规范》GB 50286-2013规定，2级堤防堤顶宽度≥3m。本次设计堤顶宽度为4m，迎背水坡比为1∶2.5-1∶3.0。堤顶超高为1.5m。堤顶上游设混凝土防浪墙，堤顶以上墙高1.0m，堤顶以下1.5m。

2)方案二、无防浪墙方案。

设计堤顶宽度为4m，迎背水坡比为1∶2.5-1∶3.堤顶超高为1.5m。

通过两种方案在工程量和占地投资的对比，得出总造价的比较结果见表1。

表1 堤型方案工程量和投资表

备注：表中数值仅供方案比较用。

经过比较，二种拟定方案优缺点明显。方案一在工程投资和占地投资上小。方案二工程投资和占地投资上大，本次初步设计推荐采用方案一，即有防浪墙方案。堤防断面如图1所示。

图1堤防标准断面图

2.3 有防浪墙堤防渗流稳定计算

防浪墙底高程是由堤顶路面向下埋深1.5m确定，大部分的堤身高度都在3-5m，所以按截渗墻的渗流计算方式计算。即把墙体宽度等效换算为对应堤体土宽进行渗流计算。

下面以楼上堤防4+800为例进行计算：

A=b=δh=e-AX

(1)

式中：K为土堤的渗透系数；q为单位宽度渗流量，m3/s·m；A为越流系数；T为堤基厚度；b为把截渗墻宽度等效的对应堤体土宽；δ为墙厚；Ks为墙的透水系数。

其它符号如图2所示。

图2 土堤计算

计算结果见表2-表4：

表2 断面渗流计算成果

表3 浸润线计算成果

表4 盖重计算成果表

允许出逸比降计算：

[J]=(Gs-1)(1-n)/K

(2)

式中：K为安全系数；GS为表层弱透水层土粒的比重；n为表层弱透水层土粒的孔隙率；γ盖重料的密度。

经计算允许逸出比降为0.650，结果满足设计要求。

3 结 语

堤防工程受筑堤条件等多种因素的限制，应因地制宜，并可采取多种设计形式，并非限定一种，两种或多种方式联合使用，也许能够达到更为良好的效果。本工程中，在现有堤顶高程基本达到设计高程或略低于设计高程的，依然采用加高培厚的筑堤方式，在后三家、楼上等堤段，加高培厚需要大量填筑料、且需要大面积占地的堤段就灵活采用防浪墙的形式[2]。

总之，要根据实际情况，在安全稳定满足设计要求的前提下，制定合理、科学、有效、经济的设计方案，并且研究在一定条件下多种设计形式如何能够结合的更有优势，是需要长期研究的课题。

[1]黑龙江省水利水电勘测设计研究院.拉林河治理工程可行性研究报告[R].哈尔滨：黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2017.

U656.2

B

2017-08-26

刘罡(1987-),女,黑龙江哈尔滨人,工程师。