大清河北支工程總體布置及堤防設(shè)計淺析

豐亞麗

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

1 概 述

根據(jù)遼寧蓋州北海新區(qū)規(guī)劃，項目位于為大清河北部片區(qū)，保護人口規(guī)模20萬人，根據(jù)現(xiàn)行國家標準《防洪標準》，擬定大清河北支入?？诙蔚姆篮闃藴蕿?0a一遇。按照《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的要求，與20a一遇的防洪標準相對應(yīng)的堤防工程及建筑物的級別均為4級[1]。

2 工程總體布置

2.1 堤線方案比較與選擇

根據(jù)1989年出版的地形圖資料，大清河北支原河寬約為400m，大旱河匯入大清河北支后流經(jīng)1500m左右即入渤海灣，入海口處寬度>700m?，F(xiàn)狀河道由于灘地被擠占，河道寬度僅有70m左右，相對上游河道形成了瓶頸，嚴重影響上游洪水下泄。根據(jù)計算大清河北支過流量以及項目區(qū)的占地情況，以濱海路橋為界，上游河道寬擬定為300m，基本沿著老堤防進行布置，兩側(cè)均為農(nóng)田，堤防布置比較合理，不做方案比較。大旱河口下游因兩岸土地權(quán)屬不同、性質(zhì)不同，考慮征地費用及區(qū)域不同，擬定4個方案進行比較。

方案一：在濱海路下游左岸堤防沿著現(xiàn)有堤防，河道向右擴寬420m。在濱海路橋下游右岸占用鹽業(yè)公司用地，南岸動遷量相對較小。

方案二：在濱海路橋下右岸沿著鹽業(yè)公司現(xiàn)有堤防布置，河道向左擴寬420m。南岸征地面積較大，動遷量較大。

方案三：在濱海路橋下右岸沿著鹽業(yè)公司堤防布置堤線，河道向左擴寬300m。與方案一比較，減少左岸用地。

方案四：采用方案一的右堤線，河道向左擴寬300m。兩岸均需征地。

方案一、方案二下游河道寬度為420m，將河道基本恢復(fù)到2000年以前狀況，與南支流配合可保證發(fā)生超標準洪水順50a一遇的大洪水利下泄，保證上游主城區(qū)的防洪安全。但是需要征地面積較大，費用較高，安置難度較大。

方案三、四下游河道寬度為300m，與南支配合可保證發(fā)生20a一遇洪時北支兩岸的防洪安全。征地費用相對較小。方案三可利用部分右側(cè)堤防、節(jié)省部分工程選價，但是因左岸灘地養(yǎng)殖戶地面附屬物較多，征地費用較大。方案四兩岸均需征地，因兩岸土地權(quán)屬不同縣區(qū)，可降低征地難度；右岸征地中無附屬物，費用相對較小。

以上方案優(yōu)缺點及征地費用估算問題，市政府專門召開會議征求相關(guān)部門意見，各部門對方案四的征地方案表示認可。各方案的估價見表1。

表1 大清河北支整治綜合費用統(tǒng)計表 萬元

綜合考慮各方案的優(yōu)缺點，方案三、方案四均能滿足20a一遇防洪要求，且與大旱河回水部分防洪標準一致，方案四的工程造價略高，但征地費用小，綜合造價低，且能夠得到社會各有關(guān)部門的認可。因此選定方案四作為項目堤線推薦方案。

2.2工程總體布置

河道整治堤線基本沿著老河道進行布置，河道寬度為300m。濱海路橋下游左岸需滿足漁航停泊要求，按漁碼頭進行設(shè)計，在河道中心靠左側(cè)開挖30寬航道，底高程為-2.50m。本次整治河道長度7.64km。其中左岸堤防7.731km，上游與南支堤防相接，下游與圍海的堤相接；右岸堤防6.847km，上游與正在建的雙鐵段堤防相接，下游延伸至現(xiàn)狀的鹽業(yè)公司大堤，與規(guī)劃的納潮湖堤防相接。根據(jù)北海新區(qū)規(guī)劃，在樁號0-398、3+235左岸、樁號3+200、4+030右岸擬建4處泵站出口消能設(shè)施。

3 堤防設(shè)計

3.1 堤防斷面設(shè)計

大清河北支河道根據(jù)景觀河道親水效果要求及營口北海新區(qū)的總體規(guī)劃，以及當?shù)氐臐O業(yè)要求，分段設(shè)計堤防斷面型式：

1)大旱河口上游段(樁號0-405-3+320)左岸、(樁號0+000-3+320)右岸：左岸與南支堤防相接，右岸與在建的雙鐵段堤防相接。堤防斷面均采用單坡均質(zhì)黏土堤，堤頂寬4m，兩側(cè)邊坡坡比均為1∶3。迎、背水邊坡坡面均采用草皮護坡。堤頂設(shè)瀝青路面防護，路面結(jié)構(gòu)型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩(wěn)定層300mm厚[2]。

考慮水流慣性對凹岸的沖刷，在樁號1+800-2+800段左岸、樁號0+600-1+400段右岸迎水坡面采用300mm厚雙鉸格網(wǎng)護坡，下設(shè)400g/m2短纖針刺土工無紡布。護坡范圍由堤腳至設(shè)計水位。

2)大旱河口至濱海路橋上游段(樁號3+320-4+114)左、右岸：兩岸堤防斷面均采用單坡均質(zhì)黏土堤，堤頂寬4m，兩側(cè)邊坡坡比均為1∶3?？紤]大旱河水流匯入，流態(tài)不穩(wěn)，迎水側(cè)坡面采用生態(tài)格網(wǎng)護坡，護坡厚度為300mm，下設(shè)400g/m2短纖針刺土工無紡布，護坡范圍由堤腳至設(shè)計水位。堤腳前鋪設(shè)500mm厚生態(tài)格網(wǎng)護墊，護墊寬5m。背水側(cè)坡面采用草皮護坡，堤頂設(shè)瀝青路面防護[3]，路面結(jié)構(gòu)型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩(wěn)定層300mm厚。

3)濱海路橋下游段(樁號4+114-7+640)左岸：沿線臨水側(cè)為直立式混凝土擋墻，墻頂高程2.10m，墻后回填山皮石，在墻頂以上設(shè)臺階，以方便漁民上下漁船，在3.00m高程處設(shè)置4.00m寬碼頭平臺，碼頭平臺結(jié)構(gòu)型式由上至下為C25混凝土150mm厚，水泥砂礫穩(wěn)定層300mm厚。碼頭平臺后側(cè)為斜坡式均質(zhì)黏土堤，堤頂寬4m，迎水側(cè)及背水側(cè)邊坡均為1∶3.0。臨水側(cè)邊坡坡面采用鉸接式水工磚護坡，下設(shè)150mm厚礫石墊層、400g/m2短纖針刺土工無紡布；背水邊坡坡面采用草皮護坡。堤頂設(shè)瀝青路面防護，路面結(jié)構(gòu)型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩(wěn)定層300mm厚?？紤]當?shù)貪O民泊船需要，在碼頭沿線平臺內(nèi)側(cè)每隔20m設(shè)一處系船柱。

4)濱海路橋下至納潮庫邊緣段(樁號4+114-6+250)右岸：堤防采用單坡均質(zhì)黏土堤，堤頂寬4m，兩側(cè)邊坡坡比均為1∶3。迎水側(cè)坡面采用鉸接式水工磚護坡，護坡厚度為150mm，下設(shè)150mm礫石墊層、400g/m2短纖針刺土工無紡布，堤腳設(shè)雙絞格網(wǎng)網(wǎng)箱，網(wǎng)箱寬1m，深1m。背水側(cè)坡面采用草皮護坡。堤頂設(shè)瀝青路面防護，路面結(jié)構(gòu)型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩(wěn)定層300mm厚。

5)現(xiàn)狀海內(nèi)延伸段(樁號6+250-6+650)右岸，堤防斷面采用單坡土堤，堤頂寬4m，兩側(cè)邊坡坡比均為1∶3。該段堤防以后為改建的納潮庫大堤，堤身臨河側(cè)采用山皮石填筑，臨海側(cè)將來為湖堤需要填筑3m寬黏土防滲，山皮石與黏土之間設(shè)置一層400g/m2短纖針刺土工無紡布。堤防兩側(cè)坡面均采用鉸接式水工磚護坡[4]，護坡厚度為150mm，下設(shè)150mm礫石墊層、400g/m2短纖針刺土工無紡布，堤腳設(shè)雙絞格網(wǎng)網(wǎng)箱，網(wǎng)箱寬1m，深1m。同時堤頂設(shè)瀝青路面防護，路面結(jié)構(gòu)型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩(wěn)定層300mm厚。

樁號6+650-7+640段右岸堤防由營口鹽業(yè)有限責(zé)任公司修建，本次設(shè)計只對河道進行清淤處理。

3.2 堤頂高程確定

根據(jù)北海新區(qū)規(guī)劃景觀要求堤防不宜太高，本次設(shè)計堤防均采用允許越浪式堤防[5]。大清河北支堤防工程等級為4級，堤頂高程采用20a一遇設(shè)計水面線加超高確定。按照堤防走向及波浪要素，分段進行超高計算，取其中較大值作為設(shè)計超高值。

3.2.1 河堤各段堤頂超高計算

依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，堤頂超高應(yīng)為風(fēng)浪爬高加安全加高再加風(fēng)壅高度[6]。

堤防超高計算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y為堤頂超高，m；e為設(shè)計風(fēng)壅增水高度，m；A為安全加高，m，按規(guī)范可知允許越浪安全加高為0.3m；R為設(shè)計波浪爬高，m。

風(fēng)壅增水高度計算公式：

(2)

式中：e為風(fēng)壅增水高度，m；K為綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6×10-6；β為風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角，最不利情況下β=0°。

其余符號意義同前。

波浪爬高按下式計算：

(3)

式中：Rp累積頻率為p%的波浪爬高，m；K△為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，混凝土護坡K△=0.95；KV為經(jīng)驗系數(shù)，KV=1.25；Kp為爬高累積頻率換處系數(shù)，本次設(shè)計堤防為允許越浪的堤防，參照《海堤工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，爬高累積頻率取13%；其余符號意義同前。

3.2.2 臨海側(cè)堤頂超高計算

由于現(xiàn)有納潮庫以下段右岸堤防伸入大海，堤后面臨大海。堤頂超高除按照上述方法計算外，還應(yīng)依據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》進行堤頂超高復(fù)核計算[7]。

ZP=hP+RF+A

(4)

式中：ZP為設(shè)計頻率的堤頂高程，m)；hP為設(shè)計的高潮(水)位，取hP=3.12m；RF為按設(shè)計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值，m；A為安全超高，m，按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》選取0.4m。

1)波浪爬高計算：

波浪爬高值RF按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》中式E.0.3計算，公式如下：

RF=K△KVR0H1%KMF

(5)

式中：F為波浪爬高累積率，%；RF為波浪爬高累積率為F的波浪爬高值，m；K△與護面結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的糙率及滲透性系數(shù)，查《海堤工程設(shè)計規(guī)范》確定；KV與風(fēng)速v及堤前水深d前有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)，查《海堤工程設(shè)計規(guī)范》確定；R0不透水光滑墻上相對爬高，即當K△=1.0，H=1.0m時的爬高值，可由斜坡m及深水波坦L0/H0(1%)，查《海堤工程設(shè)計規(guī)范》確定；H1%為波高累積率F=1%的波高值，m；KF為爬高累積頻率換算系數(shù)，查確定，KF=1。

2)波高累積率F=1%的波高值H1%計算：

H1%按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》中公式如下：

(6)

由上述計算結(jié)果得出波浪爬高：RF=1.92m。

3)各段堤防堤頂超高的確定：

通過計算，各段堤防堤頂超高計算成果見表2。

表2 各段堤防堤頂超高計算參數(shù)及成果表

考慮現(xiàn)狀納潮庫以下段右岸堤防伸入大海，兩側(cè)均有水，且河道與大海相通，不需用超高來控制越浪量，堤頂及堤坡均做防護[8]。各堤段超高相差不大，本次設(shè)計統(tǒng)一取為0.87m。大清河北支河口段堤防堤頂高程設(shè)計成果見表3。

表3 大清河北支河口段堤防堤頂高程設(shè)計成果表

3.3 越浪量計算

根據(jù)堤防各方向風(fēng)場、波浪要素，按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》計算越浪量，選定最大值做為越浪量[9]。

越浪量計算公式：

(6)

其余符號意義同前。

經(jīng)計算，堤防最大越浪量為0.0015≤0.02m3/( s﹒m)，根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》的要求，本工程堤頂設(shè)置瀝青路面，背海側(cè)設(shè)置草皮護坡進行防護[10]。

4 結(jié) 語

大清河北支河口段的河道兩岸堤防高低不等，寬窄不一，防洪標準不足10a一遇，局部甚至不足5a。北支流河道出口段寬度只有70m左右，阻水嚴重，泄流能力極差，致使上游水位壅高，汛期經(jīng)常出現(xiàn)破堤現(xiàn)象[11]。堤防工程修建后，可使上游主城區(qū)段洪水順利下泄，提高入海口段防洪標準，保護北海新區(qū)的防洪安全，同時改變河口周邊環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益[12]。