飲馬河堤防塌岸險段工程除險加固工程設計方案

何 淼，田春玲

（吉林省水利水電勘測設計研究院，吉林 長春 130021）

1 堤防現狀

1.1 概 況

飲馬河屬第二松花江水系，發源于伊通縣地局子鄉老爺嶺東南側，流經伊通、磐石、永吉、雙陽、九臺、德惠、農安等縣、市、區，于農安縣靠山鎮紅石壘屯東南匯入松花江，河道總長386.8 km，流域總面積18 247 km2。飲馬河石頭口門水庫壩下至松花江河口河道長201 km，匯水面積13 303 km2，區間共有21條較大支流匯入。

本工程位于飲馬河自石頭口門水庫壩下至伊通河入河口處（除德惠市磚廠處往下游1.0 km無堤段除外），兩岸堤防總長193.755 km，其中左岸堤防長96.535 km，右岸堤防長97.22 km。

1.2 現 狀

經現場對堤防沿線檢查發現，目前主堤大部分堤身質量完好，但由于存在部分穿堤建筑物破損、局部砂基段滲水現象比較嚴重，河道塌岸較多，有的凹岸堤身已塌落，嚴重威脅堤防安全。

經水力計算分析，目前不滿足20年一遇設計洪水要求的堤防總長為109.705 km，其中左岸堤防長62.46 km，右岸堤防長47.242 km，最大差1.14 m，發生在德惠市北鐵路橋下游段。

飲馬河干流河道極為蜿蜒蛇曲，多呈“Ω”型，河床不穩定，河道呈“U”形，河床的底質多是由細粒的泥沙組成，在水流作用下，河床逐年向左、右岸侵岸，每遇洪水，塌岸現象經常發生，有的直接危及堤防安全。塌岸處岸坡陡峭，河床較深，岸坡段高度 2～5 m，岸邊坡度 45°～80°，局部接近直立，塌岸最嚴重處，堤防已坍塌。

經現場檢查統計，目前對堤防構成威脅的河道塌岸險工險段共有19處，其中九臺市段14處，德惠市段5處。

1.3 塌岸原因

各處塌岸的主要因素是中粗砂層抗沖刷能力差，允許不沖刷流速僅為0.5～0.8 m/s，經計算河水流速為0.27～1.36 m/s，河水主流靠近岸邊，對河岸的側蝕淘刷能力非常強，特別是洪水期側蝕能力更大，使岸坡坍塌更為嚴重，洪水下落時，地下水位較高，向河水排泄，滲透比降增大，由于滲流作用，中、細砂顆被帶走，產生潛蝕，間隙加大，上覆粘性土層在自重應力作用下，岸邊產生拉張裂隙，形成楔形裂縫，寬度最大達15 cm，塊體塌落，造成坍岸，漸漸逼近堤腳。

2 設計基本資料

飲馬河堤防塌岸工程除險加固方案設計參數見表1。

表1 堤防塌岸工程除險加固方案設計參數表

3 工程等別及標準

依據SL252-2000《水利水電工程等級劃分及洪水標準》，及GB 50286-98《堤防工程設計規范》，確定飲馬河洪水重現期為20年，主要建筑物為4級，臨時建筑物為5級。

4 塌岸工程設計

經現場檢查，飲馬河河道左、右岸兩岸，對堤防產生威脅的塌岸共有19處（距離堤防30～50 m），總長7 599 m。其中九臺市境內14處，長5 779 m，德惠市境內5處，長1 820 m。

4.1 塌岸工程總體布置

護岸長度從彎曲河段上游不坍落處開始，到下游不坍落處為止，再向上、下游各延伸50 m左右。護岸由護坡和護腳兩部分組成，護坡頂部護砌到岸項，底部以枯水位加0.5 m為護腳頂高程，護腳頂寬為2.0 m，按1∶2.5邊坡向河底拋填塊石護腳。上、下游兩側與不護坡段之間采取順坡開槽，將模袋混凝土埋入槽中的方式，接頭處連接平順。開槽埋入深度上、下游端均采用1.0 m。頂部采用水平延伸長度1.0 m進行封項。坡腳深度為1.0 m。

4.2 塌岸結構設計

由護坡和護腳兩部分組成。護坡設計采用機織模袋混凝土護砌，下設無紡布一層。邊坡比根據地質、地形資料設計分別采用1∶2或1∶2.5。

1）結構設計。護坡設計采用混凝土機織模袋護坡，模袋設計采用WYC-100型機織模袋，其性能指標見表2。灌填材料設計采用C20細礫混凝土，用泵充灌。配合比見表3?；炷聊４略O一層無紡布（400 g/m2）。

表2 機織模袋性能指標表

表3 配合比表

2）護腳設計。護腳水下施工采用拋石護砌，水上施工采用鉛絲石籠護砌。拋石厚度最小處為0.6 m，拋石邊坡采用 1∶2.5。石塊重量為 5～50 kg。約相當于粒徑為0.15～0.33 m。拋石或鉛絲石籠下面均設置一層無紡布（400 g/m2）。根據河床的沖刷深度，設計在拋石外緣加拋防沖和穩定加固的儲備石方，避免河底沖刷危及護腳。

3）構造設計。為增加模袋整體剛度，抵抗凍脹、冰推等因素作用的能力，在模袋筒內順坡度方向穿入一根直徑φ12鋼筋，并應保證鋼筋處于模袋混凝土之中一定位置，不貼于坡面。方法是將鋼筋穿入8號鐵線構成的“凸”型架上部孔中，沿鋼筋每米設置一只，并用22號鐵絲捆綁固定，然后穿入鋪于坡面上的模袋內，用尼龍線按頂部及兩側3個方向縫綁固定，使鋼筋處于設計位置，再進行混凝土（砂漿）充灌。

4.3 設計計算

1）模袋護坡厚度的確定。根據波浪作用計算模袋厚度。計算時按前蘇聯規范CH228-64公式計算：

式中：t——波浪所需厚度，m；B——垂直于水邊線（即沿斜坡方向）的護面板邊長，m，B=5.0 m；C——系數，對整體大塊護面板C=1.0；H——波浪高，m；L——波長，m；γm，γ——分別為模袋混凝土及水的密度，kN/m3；m——堤坡，m=2.0。

計算參數如表1，經計算t=8～15 cm。

2）護面抗動冰推壓力計算。防止護面被冰壓力推動沿坡面向上滑坡所需的護坡厚度h按式（2）計算：

式中：H——冰排以上護面高度，m；H′——冰排以下高度，m；H′可由式（3）計算：

經計算，模袋護坡均在冬季冰面以上，護坡厚度均為負數，即按風浪作用確定的模袋護坡厚度t=15 cm時，遠遠滿足動冰推力的要求。

設計護坡混凝土模袋厚度采用t=15 cm。

3）沖刷深度計算。依據GB50286—98《堤防工程設計規范》附錄D.2堤岸沖刷深度計算：

式中∶hB——局部沖刷深度，m；hP——沖刷處的水深，m；VCP——平均流速，m/s；V允——河床面上允許不沖流速，m/s，V允=0.7 m/s；n——與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取

設計選取最不利斷面大榆樹林子塌岸進行計算，hP=8.72 m，VCP=0.9 m/s，根據地質資料查得V允=0.7 m/s，則計算得hB=0.57 m。即河道內的最大沖刷深度為0.57 m。

[1]GB 50286-98，堤防工程設計規范[S].北京：中國計劃出版社，1998.

[2]華東水利學院.水工設計手冊[S].北京：水利電力出版社，1984（4）.

[3]土工合成材料工程應用手冊[S].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[4]SL/T25-98，水利水電工程土工合成材料應用技術規范[S].

[5]遼寧省水利水電科學研究院，盤錦市大洼縣開發建設三角洲指揮部.盤錦市大洼三角洲開發水利工程建設[M].科學試驗研究專輯，1997，（9）.