堤防工程橫斷面設(shè)計型式比選

□張家坤（阿克蘇地區(qū)水利水電勘測設(shè)計院有限公司）

堤防工程橫斷面設(shè)計型式比選

□張家坤（阿克蘇地區(qū)水利水電勘測設(shè)計院有限公司）

水利工程堤防工程加固設(shè)計及橫斷面型式的選擇，對于工程能否順利完工，及經(jīng)濟效益、社會效益能否順利發(fā)揮至關(guān)重要。文章從庫瑪拉克河溫宿段水毀維修加固工程實際出發(fā)，對工程堤防設(shè)計橫斷面型式的選擇與確定進行探討，結(jié)果表明，工程堤防橫斷面采用的是“混凝土斜插板基礎(chǔ)+卵石格賓籠水平鋪蓋”和“拋石+亂石粗排”的結(jié)構(gòu)型式，經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)景觀效益突出。

水毀維修加固工程，堤防設(shè)計，橫斷面

1 工程概況

工程位于溫宿縣西部區(qū)域，沿庫瑪拉克河呈線性分布，具體范圍為西北至溫宿縣吐木秀克鄉(xiāng)的恰克拉克渡槽，東南至溫宿縣托乎拉鄉(xiāng)達汗村。溫宿縣位于天山中段南麓，塔里木盆地北部邊緣，隸屬阿克蘇地區(qū)，東鄰拜城縣、新和縣，南鄰阿克蘇市、阿瓦提縣，西與柯坪縣、烏什縣連接，西北面為國界，與吉爾吉斯斯坦相鄰，北面與昭蘇縣相依。地理坐標：東經(jīng)79°28′～81°28′，北緯40°52′～42°21′，東西寬約153 km，南北長約167 km，全縣總面積14 215.10 km2，約占全疆總面積的0.86%，縣城距阿克蘇市9 km，距烏魯木齊市1 000 km。

2 水毀維修加固工程堤防設(shè)計橫斷面型式比選

2.1 堤防型式的確定

工程堤防橫斷面擬采用梯形斷面，筑堤材料的選擇按照就地取材的原則，堤身采用當?shù)厣暗[石填筑，砂礫石土堤填筑相對密度要求≥0.70。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）要求，工程級別為三級及以下堤防的堤頂寬度≥3 m，考慮今后運行管理的要求，工程堤頂寬度擬定為4 m寬。

通過之前許多已建工程的設(shè)計及實踐經(jīng)驗，本區(qū)域常用的堤防型式有兩種，分別是斜插板基礎(chǔ)型式和重力式擋土墻基礎(chǔ)型式。因重力式擋土墻基礎(chǔ)型式土方的開挖量較大，同時耗費混凝土量較大，考慮到盡量節(jié)省工程資金，因而工程的堤防橫斷面型式擬定為斜插板基礎(chǔ)型式。在選定工程主要采用斜插板基礎(chǔ)型式后，按照基礎(chǔ)底部護砌材料不同及基礎(chǔ)下深不同，擬定了三種方案進行比選。

2.1.1 方案一：混凝土斜插板基礎(chǔ)+卵石格賓籠水平鋪蓋

堤防迎水面為現(xiàn)澆C20混凝土板襯砌，混凝土板厚度15～20 cm，邊坡系數(shù)均為1∶1.75，混凝土斜插板底部為0.50 m×0.50 m的C20混凝土阻滑墻，阻滑墻頂部設(shè)0.50 m厚、11.50 m長的卵石格賓籠鋪蓋（其中1.50 m作為混凝土斜插板根部鋪蓋）。并在卵石格賓籠下鋪設(shè)0.50 m厚、粒徑＞20 cm的散拋石。

2.1.2 方案二：混凝土斜插板基礎(chǔ)+拋石護砌

堤防迎水面為現(xiàn)澆C20混凝土板襯砌，混凝土板厚度15～20 cm，邊坡系數(shù)均為1∶1.75，混凝土斜插板底部為0.50 m×0.50 m的C20混凝土阻滑墻。并在現(xiàn)澆C20混凝土板襯砌上設(shè)置2～3.50 m厚的拋石護砌，拋石護砌外邊坡系數(shù)1:1.75。

2.1.3 方案三：混凝土斜插板基礎(chǔ)

堤防迎水面為現(xiàn)澆C20混凝土板襯砌，混凝土板厚度15～20cm，邊坡系數(shù)均為1:1.75，混凝土斜插板底部為0.50 m×0.50 m的C20混凝土阻滑墻。

2.2 拋石結(jié)構(gòu)型式的確定

同時考慮到恰克拉克渡槽上游左岸堤防工程末端與電站退水渠相連，電站退水渠現(xiàn)狀為“土堤+塊石鉛絲籠護坡+混凝土軟排”的結(jié)構(gòu)型式，目前該退水渠基本趨于穩(wěn)定。因此，工程考慮在恰克拉克渡槽上游左岸堤防工程末端采用拋石結(jié)構(gòu)型式，并初步擬定了兩種拋石結(jié)構(gòu)型式作為比選方案。

2.2.1 方案一：拋石+亂石粗排

堤防迎水面采用拋石結(jié)構(gòu)型式，尺寸為6 m（寬）×3.50 m（高），內(nèi)外邊坡系數(shù)均為1∶1.50，拋石頂部高程距堤頂1.80 m。拋石頂部設(shè)置寬0.80～1.25 m的亂石粗排作為坡面護砌，內(nèi)邊坡系數(shù)1∶1.50，外邊坡系數(shù)1∶1.75。亂石粗排及拋石下設(shè)20 cm砂礫石墊層及200 g/m2的無紡布一層。

2.2.2 方案二：干砌塊石護坡+拋石

堤防迎水面邊坡采用干砌塊石護砌，干砌塊石護坡頂部寬度0.80 m，內(nèi)邊坡系數(shù)1∶1.50，外邊坡系數(shù)1∶1.75，下設(shè)20 cm厚砂礫石及200 g/m2無紡布一層。干砌塊石護坡前設(shè)置頂部寬度為4.75 m，內(nèi)邊坡系數(shù)1∶1.75，外邊坡系數(shù)1∶1.50的拋石。拋石頂部高程距堤頂1.80 m。

2.3 橫斷面型式方案比較

2.3.1 斜插板基礎(chǔ)型式

根據(jù)以上三種橫斷面設(shè)計方案的描述，通過對堤防的穩(wěn)定性及整體性、抗沖刷性、施工難易程度及經(jīng)濟合理性等各方面的綜合比較，來確定適合本工程實際情況的橫斷面方案。

表1“斜插板基礎(chǔ)型式”堤防設(shè)計橫斷面型式方案比選表

設(shè)計橫斷面方案比較過程見表1。

通過上述三種橫斷面設(shè)計方案的各方面綜合比較：方案一、三的整體性、穩(wěn)定性及抗沖刷性能均較好；方案一施工進度較慢，但質(zhì)量易于控制，方案二施工質(zhì)量難以把握，方案三施工難度較大；方案一、三的運行維護簡單且費用較低，方案二運行維護費用較大。

綜合以上各方面因素，工程擬定選用方案一作為本工程的堤防橫斷面型式。

2.3.2 拋石結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)兩種拋石結(jié)構(gòu)型式方案的描述，通過對堤防的穩(wěn)定性及整體性、抗沖刷性、施工難易程度及經(jīng)濟合理性等各方面的綜合比較，來確定適合本工程實際情況的橫斷面方案。設(shè)計橫斷面方案比較過程見表2。

根據(jù)上述兩種方案的各方面綜合比較，兩種方案的適應變形能力、整體性、穩(wěn)定性、抗沖刷性及運行管理等方面性能基本一致。但方案一的施工進度相對較快，施工質(zhì)量易于控制，同時在經(jīng)濟合理性上方案一較為經(jīng)濟。綜合以上各方面因素，本工程擬定選用方案一作為本工程的堤防橫斷面結(jié)構(gòu)型式。

通過對“斜插板基礎(chǔ)型式”的三種類型方案及“拋石結(jié)構(gòu)型式”的兩種類型方案的比選，確定本工程采用的堤防橫斷面型式為“混凝土斜插板基礎(chǔ)+卵石格賓籠水平鋪蓋”和“拋石+亂石粗排”的橫斷面結(jié)構(gòu)。

工程中新建堤防工程為恰克拉克渡槽上游左岸0+000～0+400段防洪堤?？紤]到恰克拉克渡槽上游左岸堤防工程末端與電站退水渠相連，電站退水渠現(xiàn)狀為“土堤+塊石鉛絲籠護坡+混凝土軟排”的結(jié)構(gòu)型式，目前該退水渠基礎(chǔ)基本趨于穩(wěn)定。因此，本工程考慮在恰克拉克渡槽上游左岸堤防工程末端（樁號0+300～0+400段）采用“拋石+亂石粗排”的結(jié)構(gòu)型式，避免擾動已建工程的穩(wěn)定性。其余新建堤段均采用“混凝土斜插板基礎(chǔ)+卵石格賓籠水平鋪蓋”的結(jié)構(gòu)型式。

表2“拋石結(jié)構(gòu)型式”堤防設(shè)計橫斷面型式方案比選表

3 結(jié)論

在水毀維修工程堤防設(shè)計中首先必須明確堤防斷面型式，因為堤型選擇與堤防工程量、工程投資及工期密切相關(guān)，堤防設(shè)計及堤型選擇中需要綜合考慮筑堤材料、地形地貌、地質(zhì)條件、施工便利程度等因素，堤防設(shè)計既與水安全密切相關(guān)，同時又關(guān)系堤防工程親水環(huán)境、城市景觀及生態(tài)環(huán)境等方面，工程堤防設(shè)計必須綜合考慮經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)景觀效益。

［1］張艷麗，帕克孜墩防洪工程規(guī)劃與堤防斷面形式設(shè)計研究［J］，中國水運月刊，2016（16）：232-233.

［2］袁培，紅旗北干渠渠首—307省道間防洪工程堤防橫斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計及方案比選［J］，陜西水利，2016（1）：84-85.

［3］馬凱，北沙河石橋子張其寨段治理工程堤防型式選擇及斷面設(shè)計分析［J］，水利科技與經(jīng)濟，2014（2）：71-72.

TV554+.13

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1673-8853（2017）10-0057-02

張家坤（1983—）男，工程師，主要從事水利水電工程設(shè)計咨詢工作。

2017-8-19

編輯：符 蕾