防浪墻在堤防設計中的應用研究

劉 罡

(1.黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱 150010；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

防浪墻在堤防設計中的應用研究

劉 罡1，2

(1.黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱 150010；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

為滿足設計防洪標準，許多堤防需要加高培厚，以提高堤防的防洪能力。文章對拉林河治理工程(雙城段)中防浪墻在堤防設計中的應用進行研究，通過防浪墻設計計算和方案對比，得出該設計形式在工程投資和占地投資上等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加高培厚的設計形式。

堤防；防浪墻；投資比較；方案比選

1 綜 述

拉林河為松花江干流右岸的一級支流，發(fā)源于長白山張廣才嶺，是黑龍江、吉林兩省界河，流經(jīng)尚志、五常、雙城、舒蘭、榆樹、扶余等六個市縣。拉林河堤防工程經(jīng)濟效益社會效益及環(huán)境效益顯著。防洪工程為社會公益性質的水利工程，保護沿河人民的生命安全和生存環(huán)境免受洪水破壞，社會效益和環(huán)境效益突出。拉林河治理工程是一項利國利民的百年大計，工程建成后可提高拉林河堤防防御洪水的能力，保障沿河經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)各支流獨立防洪保護區(qū)的重要程度，防洪標準在10-30a一遇之間選用。規(guī)劃確定拉林河堤防干流防洪標準為20a一遇，規(guī)劃新建堤防27km，整修加固373km。依據(jù)汛期多年平均最大風速等波浪爬高計算要素，堤頂超高取1.5m，堤頂寬度采用4m，新建和加培的黏性土堤的臨水側、背水側邊坡坡比1∶2.5，砂性土堤的臨水側、背水側邊坡坡比均為1∶3，現(xiàn)狀滿足堤身穩(wěn)定要求的邊坡維持現(xiàn)狀。

2 防浪墻方案比選

2.1 工程概況

后三家子堤防為拉林河干流堤防，現(xiàn)狀堤防長度6.923km，堤防未已達到20a一遇防洪標準。本次堤線及堤長不變?，F(xiàn)狀堤身為黏土、砂土和混合土，對砂堤、混合堤中透水性強，抗沖刷性差的堤段及迎風頂流堤段需進行防護處理，需迎水坡進行防護處理，共新建護坡4.923km；堤頂設置4處混凝土防浪墻，共5.25km。樓上堤防為拉林河干流堤防，現(xiàn)狀堤防長度5.489km，堤防未達到20a一遇防洪標準。本次堤線及堤長不變?，F(xiàn)狀堤身為黏土、砂土和混合土，對砂堤、混合堤中透水性強，抗沖刷性差的堤段及迎風頂流堤段需進行防護處理，需迎水坡進行防護處理，共新建護坡4.5km；堤頂設置2處混凝土防浪墻，共1.989km；堤后采用壓滲滲控措施共1.1km。謝家堤防為拉林河干流堤防，現(xiàn)狀堤防長度7.26km，堤防未達到20a一遇防洪標準。本次堤線及堤長不變?，F(xiàn)狀堤身為黏土、砂土和混合土，對砂堤、混合堤中透水性強，抗沖刷性差的堤段及迎風頂流堤段需進行防護處理，需迎水坡進行防護處理，共新建護坡4.7km；堤頂設置8處混凝土防浪墻，共1.65km；堤后采用壓滲滲控措施共0.2km。對因河道演變形成的1段險工新建護岸，為渡口護岸，長度0.647km；現(xiàn)有穿堤建筑物1座為苗家涵，現(xiàn)狀運行良好。本次設計現(xiàn)有利用，新增堤頂砂石路面7.26km[1]。

2.2 堤防型式比選

本次設計從地形地質條件、筑堤材料、施工條件、工程投資、拆遷占地、環(huán)境因素等方面對土堤、防浪墻結合土堤2個方案分堤段進行綜合比較。

1)方案一、有防浪墻方案。

設計堤防工程設計防洪標準為20a一遇，工程級別為4級，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》GB 50286-2013規(guī)定，2級堤防堤頂寬度≥3m。本次設計堤頂寬度為4m，迎背水坡比為1∶2.5-1∶3.0。堤頂超高為1.5m。堤頂上游設混凝土防浪墻，堤頂以上墻高1.0m，堤頂以下1.5m。

2)方案二、無防浪墻方案。

設計堤頂寬度為4m，迎背水坡比為1∶2.5-1∶3.堤頂超高為1.5m。

通過兩種方案在工程量和占地投資的對比，得出總造價的比較結果見表1。

表1 堤型方案工程量和投資表

備注：表中數(shù)值僅供方案比較用。

經(jīng)過比較，二種擬定方案優(yōu)缺點明顯。方案一在工程投資和占地投資上小。方案二工程投資和占地投資上大，本次初步設計推薦采用方案一，即有防浪墻方案。堤防斷面如圖1所示。

圖1堤防標準斷面圖

2.3 有防浪墻堤防滲流穩(wěn)定計算

防浪墻底高程是由堤頂路面向下埋深1.5m確定，大部分的堤身高度都在3-5m，所以按截滲墻的滲流計算方式計算。即把墻體寬度等效換算為對應堤體土寬進行滲流計算。

下面以樓上堤防4+800為例進行計算：

A=b=δh=e-AX

(1)

式中：K為土堤的滲透系數(shù)；q為單位寬度滲流量，m3/s·m；A為越流系數(shù)；T為堤基厚度；b為把截滲墻寬度等效的對應堤體土寬；δ為墻厚；Ks為墻的透水系數(shù)。

其它符號如圖2所示。

圖2 土堤計算

計算結果見表2-表4：

表2 斷面滲流計算成果

表3 浸潤線計算成果

表4 蓋重計算成果表

允許出逸比降計算：

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

(2)

式中：K為安全系數(shù)；GS為表層弱透水層土粒的比重；n為表層弱透水層土粒的孔隙率；γ蓋重料的密度。

經(jīng)計算允許逸出比降為0.650，結果滿足設計要求。

3 結 語

堤防工程受筑堤條件等多種因素的限制，應因地制宜，并可采取多種設計形式，并非限定一種，兩種或多種方式聯(lián)合使用，也許能夠達到更為良好的效果。本工程中，在現(xiàn)有堤頂高程基本達到設計高程或略低于設計高程的，依然采用加高培厚的筑堤方式，在后三家、樓上等堤段，加高培厚需要大量填筑料、且需要大面積占地的堤段就靈活采用防浪墻的形式[2]。

總之，要根據(jù)實際情況，在安全穩(wěn)定滿足設計要求的前提下，制定合理、科學、有效、經(jīng)濟的設計方案，并且研究在一定條件下多種設計形式如何能夠結合的更有優(yōu)勢，是需要長期研究的課題。

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.拉林河治理工程可行性研究報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2017.

U656.2

B

2017-08-26

劉罡(1987-),女,黑龍江哈爾濱人,工程師。