思山嶺三道河堤防工程治理分析

陸 榮，陳 剛

(遼寧觀音閣供水有限責(zé)任公司，遼寧 本溪117100)

1 工程任務(wù)及規(guī)模

1.1 工程任務(wù)

按照本溪市城市總體規(guī)劃的要求和城市發(fā)展的趨勢，將南芬區(qū)確定為本溪市重要農(nóng)業(yè)及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)基地，未來發(fā)展中將成為本溪市主要的副城。為切實防洪減災(zāi)，保護(hù)沿岸現(xiàn)有耕地、廠礦企業(yè)及重要的公路交通安全、維護(hù)社會穩(wěn)定，保障沿岸居民安居樂業(yè)，擬建細(xì)河支流三道河堤防工程。該工程的建設(shè)，可使該區(qū)域防洪能力能夠達(dá)到抵御10 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)思山嶺周圍耕地不被洪水破壞，農(nóng)民的利益得到保證。

1.2 工程規(guī)模

為提高工程所處區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)，參照本溪市細(xì)河河道整治規(guī)劃，根據(jù)本工程防護(hù)區(qū)內(nèi)的各級建筑、土地面積、人口等情況，按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286—98 規(guī)定，確定該工程所處區(qū)域防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇，相應(yīng)建筑物級別為5 級，修建堤防全長2.7 km。

2 工程規(guī)劃與設(shè)計

2.1 工程堤線布置

工程右岸堤防起點位于三道河?xùn)|崴子處，由下而上，堤線呈直線布置，至樁號R0 +639.55 m處，修建一座漫水橋。防洪堤拐角處堤線為曲線段，以便利于行洪。堤距按34 ～56 m控制，至攔河壩下游處，右岸堤線布置結(jié)束。右岸設(shè)計堤長分別為2 244.74 m。

2.2 河道清障規(guī)劃

本工程所在河段內(nèi)由于經(jīng)過多年河流沖積在部分堤段形成了巖性較單一的灘地覆蓋層，層厚約0.5～1.0 m左右，影響了河道正常行洪，須進(jìn)行河道的清障工作。河灘內(nèi)除清理出的雜草、腐植土不能作為筑堤材料外，對于出露的砂礫石料層，均可作為筑堤的材料。在距堤腳3 m范圍內(nèi)不在此次河道清障的工作范圍。

3 工程設(shè)計計算

3.1 水面線推算

3.1.1 河道縱、橫斷面設(shè)計

本工程治理河長2.7 km，在河床清灘、清障至設(shè)計河底高程后，采用梯形斷面均質(zhì)土堤和梯形斷面漿砌石，土堤迎水坡坡比為1∶2.5，漿砌石迎水坡坡比為1∶0.4。背水坡采用直立式。河道設(shè)計比降根據(jù)實測數(shù)據(jù)設(shè)計為6.7‰。

3.1.2 設(shè)計洪峰流量(P =10%)

本次水面線推算所采用的P =10%洪峰流量值Qp=746.6 m3/s。

3.1.3 設(shè)計洪水面線推求

計算公式:

計算成果見表1。

表1 P =10%水面線計算成果表 m

3.2 堤頂高程確定

堤頂高程以P =10%洪水水位加安全超高值后與防浪墻高度之和確定，其中防浪墻高0.1 m。

堤頂超高應(yīng)按下列公式計算:

風(fēng)壅水面高度計算:在有限風(fēng)區(qū)情況下，按下式計算:

經(jīng)計算得出:e =0.00232。

波浪爬高計算:當(dāng)m =1.5 ～5.0 時，可按下式計算:其中堤前波浪的平均波高H 及堤前波浪的波長L 采用下列公式計算:

經(jīng)計算得，RP=0.2 m，風(fēng)壅水面高e 可忽略不計。所以Y = R +e +A =0.6 m堤頂高程確定見表2。

表2 各樁號堤頂高程 m

3.3 堤頂寬度確定

為滿足防汛搶險及不占用耕地需求，河道最窄控制斷面采用漿砌石，堤頂寬度為3 m。

3.4 堤防斷面設(shè)計

根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)狀況和不占用耕地和交通的原則，分別修筑土堤和漿砌石堤。土堤段迎水坡坡比1∶2.5，采用石籠護(hù)腳。在河道縮窄段采用漿砌石堤，迎水坡坡比1∶0.4，背水坡采用直立式。堤頂寬度為0.6 m，堤頂采用100 mm厚C20 混凝土壓頂，基礎(chǔ)埋深1.5 m。

4 堤防穩(wěn)定及滲流計算

4.1 土堤滲透穩(wěn)定計算分析

4.1.1 滲透計算

防洪堤工程段均處于有限深透水地基上，因此根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》滲流量計算是將堤身和地基的滲透量分開計算，總單位寬度滲流量q 為兩者之和［1］。

計算公式為:

式中:qD為不透水地基上求得相同排水型式的均質(zhì)土堤單位寬度滲流量。

1)不透水堤基均質(zhì)土堤身滲透量計算(下游無水)公式為:

式中:qD為單位寬度滲流量，m3/s·m;K 為堤身滲透系數(shù)，1.33 ×10－5m/s;H1為上游水位，2.28 m;m2為下游坡坡率，2.5 h0為下游出逸點高度，m;m1為上游坡坡率，2.5。

求得(1)、(2)聯(lián)立方程解，得出H0、qD值。本次計算將樁號R0 +321.5 m堤防斷面作為滲透標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行計算，最后計算得出堤防滲透量q 值。q =1.87 ×10－5m3/s·m。

2)浸潤線計算:建在透水地基上的均質(zhì)土堤，由于地基透水的影響，堤身浸潤線降低，計算采用堤身滲透系數(shù)k 小于堤基滲透系數(shù)k0情況下公式進(jìn)行計算。

求得h0以后，浸潤線采用下列公式計算:

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

浸潤線公式:X =0.38Y2+3.48Y－25。

4.1.2 滲透坡降計算:

滲透坡降按以下公式計算:

1)沿滲出段AB:

2)沿地基段BC:

代入有關(guān)數(shù)據(jù)

出逸點A:J = 0.45 ＞［J］= 0.15 ～0.25

按上述公式計算，在A 點滲透比降大于允許坡降，宜設(shè)貼坡排水。在B 點計算比降J =∞，一方面是由于公式本身局限，另一方面說明在這些部位的坡面最容易發(fā)生滲透破壞，故在構(gòu)造上盡可能在B 點到BC 段破壞點段加土壓重，滲透穩(wěn)定可滿足要求。

4.1.3 穩(wěn)定計算

1)計算剖面的選擇。根據(jù)規(guī)范要求，穩(wěn)定計算應(yīng)根據(jù)不同堤段的防洪任務(wù)，工程等級，地形地質(zhì)條件，結(jié)合堤身的結(jié)構(gòu)型式、高度和填筑材料等因素，選擇有代表性的斷面進(jìn)行計算。土堤段滲透穩(wěn)定計算的斷面選取樁號R0 +340.71 m處，堤高2.9 m，堤項寬4 m，作為典型計算剖面。從地質(zhì)資料知，堤防基礎(chǔ)由河灘地砂礫石組成，基礎(chǔ)良好。

2)計算參數(shù)的選取。本次堤坡的抗滑穩(wěn)定計算僅考慮正常情況堤防滲透穩(wěn)定。在防洪堤堤線通過的地方，由于堤防基礎(chǔ)絕大多數(shù)為砂礫石，其承載能力很大，不會產(chǎn)生在施工期因基礎(chǔ)失穩(wěn)而發(fā)生堤體失穩(wěn)的現(xiàn)象。同時堤體材料為砂礫料，砂礫料的沉陷變形比一般土堤為小，孔隙壓力也小，因此施工期失穩(wěn)的現(xiàn)象不易發(fā)生。計算參數(shù)參考同類工程的設(shè)計參數(shù)和細(xì)河土工試驗成果，并結(jié)合本工程的實際情況選取，詳見表3。

表3 穩(wěn)定計算參數(shù)見下表

3)計算方法。堤身穩(wěn)定計算按規(guī)范要求，采用瑞典圓弧法進(jìn)行計算，計算公式為:

穩(wěn)定計算成果見表4、表5。

表4 砂礫石土堤計算安全系數(shù)一覽表

表5 穩(wěn)定計算成果表

5 結(jié) 語

思山嶺三道河通過合理的規(guī)劃設(shè)計，防洪能力得到提高，在設(shè)計過程中，設(shè)計者應(yīng)該結(jié)合工程實際，提出有針對性的設(shè)計方案，計算過程中，選取參數(shù)等方面都要科學(xué)，才可以確保工程的安全性。

［1］郭亞梅. 中小河流治理和病險水庫除險加固的思考［J］.吉林水利，2013(06):56 －57.