扁石河堤防堤型選擇及堤頂高程的確定

杜志剛

(黑龍江省紅興隆墾區(qū)江川水利建筑有限公司，黑龍江紅興隆154302)

1 工程概況

扁石河流域位于黑龍江省雙鴨山市境內(nèi)，為七星河左岸的一級(jí)支流，發(fā)源于完達(dá)山脈北翼的西門(mén)山。流域面積676 km2，全長(zhǎng)47.6 km，農(nóng)場(chǎng)境內(nèi)28 km。地理坐標(biāo):E131°16＇2 ～ E131°36＇51″，N46°29＇35″～ N46°29＇29″。

扁石河流域?qū)僦袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，多年平均降水量532 mm，最大年降水量831 mm(1960年)最小年降水量310 mm(1977年)，年降水量多集中在7—9月，占降水量的60% ～70%。年平均氣溫2.4℃，極端最高氣溫36.5℃(1978年7月2日)，極端最低氣溫-36.4℃(1965年1月23日)，冬季嚴(yán)寒，月平均氣溫在0℃以下的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)150 d。年平均蒸發(fā)量1 220 mm，年平均無(wú)霜期為121 d，歷史初霜最早為9月19日，終霜最晚5月21日。年平均日照2 552 h。主風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，最大風(fēng)速達(dá)28 m/s(1974年11月7日)。

本區(qū)電網(wǎng)改造已基本完成，各村屯均有電網(wǎng)覆蓋，容量也能滿(mǎn)足施工用電要求，但由于堤防戰(zhàn)線較長(zhǎng)，且施工地點(diǎn)大多位于江邊地帶，施工用電量不大，如自電網(wǎng)接線，安裝拆卸費(fèi)用大，不經(jīng)濟(jì)，因此本工程施工考慮采用自發(fā)電。本區(qū)內(nèi)交通較為便利，有公路及田間作業(yè)路，對(duì)運(yùn)輸材料非常有利。

本工程施工所需土料可就近開(kāi)采，砂、石料可就近開(kāi)采或采購(gòu)，砂、石方用量較小，料場(chǎng)能夠滿(mǎn)足材料供應(yīng);油料可在雙鴨山農(nóng)場(chǎng)場(chǎng)部采購(gòu)。

2 堤線布置及堤型選擇

2.1 堤線布置

堤線布置應(yīng)根據(jù)防洪規(guī)劃、地形、地址條件，河流變遷，結(jié)合現(xiàn)有及擬建建筑物的位置、施工條件、已有工程狀況以及征地拆遷、文物保護(hù)、行政區(qū)劃等因素，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后綜合分析確定。一般來(lái)說(shuō)，堤線布置應(yīng)遵循下列原則［1］:

1)河堤堤線應(yīng)與河流流向相適應(yīng)，并與大洪水的主流向大致平行。

2)堤線應(yīng)力求平順，各堤段平緩連接，不得采用折線或急彎。

3)堤防工程應(yīng)盡可能地利用現(xiàn)有堤防和有利地形，修筑在土質(zhì)較好、比較穩(wěn)定的灘岸上，留有適當(dāng)寬度的灘地，盡可能地避開(kāi)軟弱地基、深水地帶、強(qiáng)透水地基。

4)堤線應(yīng)布置在占?jí)焊?、拆遷房屋等建筑物少的地帶，以利于防汛搶險(xiǎn)和工程管理。

2.2 堤型選擇

扁平河堤壩現(xiàn)為土堤，應(yīng)就地取材，選用土堤加高增厚方案。按設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)加高，由于扁平河沿河建筑物多，搬遷任務(wù)大，同時(shí)現(xiàn)有道路狹窄，為避免大量占地，故選擇混凝土防洪墻［2］。

3 堤頂高程的確定

扁石河堤防堤頂超高值的大小直接關(guān)系到整個(gè)工程的投資大小，因此，堤頂超高值的計(jì)算非常關(guān)鍵，通常1、2級(jí)堤防的堤頂超高值應(yīng)≥2.0 m，可按下式計(jì)算:

式中:Y為堤頂超高，m;R為設(shè)計(jì)風(fēng)浪爬高，m;e為設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，m;A為安全加高，m，按表1計(jì)算。

3.1 風(fēng)壅水面高度計(jì)算

在有限風(fēng)區(qū)的情況下，風(fēng)壅水面高度可以按下式計(jì)算:

式中:e為計(jì)算點(diǎn)的風(fēng)壅水面高度，m;K為綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6×10-6;v為設(shè)計(jì)風(fēng)速，按計(jì)算波浪的風(fēng)速確定;F為由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離，m;d為水域的平均水深，m;β為風(fēng)向與垂直于堤軸線法線的夾角，°。

3.2 波浪爬高計(jì)算

1)在風(fēng)的直接作用下，正向來(lái)波在單一斜坡上的波浪爬高可按下列方法確定:

當(dāng)m=1.5～5.0時(shí)，可按下式計(jì)算:

式中:Rp為累積頻率為P的波浪爬高，m;KΔ為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，根據(jù)護(hù)面類(lèi)型按表1確定;KV為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)風(fēng)速v，m/s;堤前水深d，m;重力加速度g，m/s2組成無(wú)維量v/√gd，可按表2確定;Kp為爬高累積頻率換算系數(shù)，可按表3確定;對(duì)不允許越浪的堤防，爬高累積頻率宜取2%，對(duì)允許越浪的堤防，爬高累積頻率宜取13%。

當(dāng)m≤1.25時(shí)，可用下式計(jì)算:

當(dāng)1.25＜m＜1.5時(shí)，可由m=1.5和m=1.25的計(jì)算值按內(nèi)插法確定。

2)當(dāng)來(lái)波波向線與堤軸線的法線成β角時(shí)，波浪爬高應(yīng)乘以系數(shù)Kβ，當(dāng)?shù)唐缕侣蕀≥1時(shí)，Kβ可按表3確定。

4 結(jié)論

當(dāng)各個(gè)假設(shè)的堤距方案的堤頂高程已定后，即可進(jìn)行堤身的斷面設(shè)計(jì)，從而估計(jì)各方案筑堤時(shí)所需要的工程量、勞動(dòng)力、工期以及必要的施工設(shè)備等;同時(shí)，還要估計(jì)以后維修時(shí)所需的材料及年費(fèi)用。另一方面，不同堤距方案給出了不同河內(nèi)灘地所占用的面積。進(jìn)行方案比較時(shí)，應(yīng)采用綜合分析的原則。從施工經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，堤距寬的方案堤頂高程可較低，因而比較窄堤距的工程量小而且容易施工;同時(shí)對(duì)地基要求不高，容易選擇堤線。但從土地利用經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，寬堤距所占用的灘地較多，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是不利的。因此，論證最優(yōu)的堤距方案時(shí)，必須根據(jù)施工時(shí)所需要的勞動(dòng)力、工期、維修年費(fèi)用及河內(nèi)灘地占用耕地面積的大小等因素，結(jié)合當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐叹€所經(jīng)地區(qū)對(duì)勞動(dòng)力的供應(yīng)情況和對(duì)耕地需要的情況，進(jìn)行詳細(xì)分析，做出決定。

表1 扁平河堤壩斜坡的糙率及滲透系數(shù)KΔ數(shù)值表

表2 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kv數(shù)值表

表3 系數(shù)Kβ數(shù)值表

［1］付新鈺.斜坡式海堤堤頂高程確定的可靠性分析［D］.青島:中國(guó)海洋大學(xué)，2008.

［2］唐巨山，袁文喜，曾甄.海堤堤頂高程確定中若干問(wèn)題的探討［J］.水力發(fā)電，2008(02):39-42.