思山嶺三道河堤防工程治理分析

陸 榮，陳 剛

(遼寧觀音閣供水有限責任公司，遼寧 本溪117100)

1 工程任務及規模

1.1 工程任務

按照本溪市城市總體規劃的要求和城市發展的趨勢，將南芬區確定為本溪市重要農業及水產養殖業生產基地，未來發展中將成為本溪市主要的副城。為切實防洪減災，保護沿岸現有耕地、廠礦企業及重要的公路交通安全、維護社會穩定，保障沿岸居民安居樂業，擬建細河支流三道河堤防工程。該工程的建設，可使該區域防洪能力能夠達到抵御10 a一遇洪水標準，保護思山嶺周圍耕地不被洪水破壞，農民的利益得到保證。

1.2 工程規模

為提高工程所處區域防洪標準，參照本溪市細河河道整治規劃，根據本工程防護區內的各級建筑、土地面積、人口等情況，按《堤防工程設計規范》GB50286—98 規定，確定該工程所處區域防洪標準為10 a一遇，相應建筑物級別為5 級，修建堤防全長2.7 km。

2 工程規劃與設計

2.1 工程堤線布置

工程右岸堤防起點位于三道河東崴子處，由下而上，堤線呈直線布置，至樁號R0 +639.55 m處，修建一座漫水橋。防洪堤拐角處堤線為曲線段，以便利于行洪。堤距按34 ～56 m控制，至攔河壩下游處，右岸堤線布置結束。右岸設計堤長分別為2 244.74 m。

2.2 河道清障規劃

本工程所在河段內由于經過多年河流沖積在部分堤段形成了巖性較單一的灘地覆蓋層，層厚約0.5～1.0 m左右，影響了河道正常行洪，須進行河道的清障工作。河灘內除清理出的雜草、腐植土不能作為筑堤材料外，對于出露的砂礫石料層，均可作為筑堤的材料。在距堤腳3 m范圍內不在此次河道清障的工作范圍。

3 工程設計計算

3.1 水面線推算

3.1.1 河道縱、橫斷面設計

本工程治理河長2.7 km，在河床清灘、清障至設計河底高程后，采用梯形斷面均質土堤和梯形斷面漿砌石，土堤迎水坡坡比為1∶2.5，漿砌石迎水坡坡比為1∶0.4。背水坡采用直立式。河道設計比降根據實測數據設計為6.7‰。

3.1.2 設計洪峰流量(P =10%)

本次水面線推算所采用的P =10%洪峰流量值Qp=746.6 m3/s。

3.1.3 設計洪水面線推求

計算公式:

計算成果見表1。

表1 P =10%水面線計算成果表 m

3.2 堤頂高程確定

堤頂高程以P =10%洪水水位加安全超高值后與防浪墻高度之和確定，其中防浪墻高0.1 m。

堤頂超高應按下列公式計算:

風壅水面高度計算:在有限風區情況下，按下式計算:

經計算得出:e =0.00232。

波浪爬高計算:當m =1.5 ～5.0 時，可按下式計算:其中堤前波浪的平均波高H 及堤前波浪的波長L 采用下列公式計算:

經計算得，RP=0.2 m，風壅水面高e 可忽略不計。所以Y = R +e +A =0.6 m堤頂高程確定見表2。

表2 各樁號堤頂高程 m

3.3 堤頂寬度確定

為滿足防汛搶險及不占用耕地需求，河道最窄控制斷面采用漿砌石，堤頂寬度為3 m。

3.4 堤防斷面設計

根據當地的地質狀況和不占用耕地和交通的原則，分別修筑土堤和漿砌石堤。土堤段迎水坡坡比1∶2.5，采用石籠護腳。在河道縮窄段采用漿砌石堤，迎水坡坡比1∶0.4，背水坡采用直立式。堤頂寬度為0.6 m，堤頂采用100 mm厚C20 混凝土壓頂，基礎埋深1.5 m。

4 堤防穩定及滲流計算

4.1 土堤滲透穩定計算分析

4.1.1 滲透計算

防洪堤工程段均處于有限深透水地基上，因此根據《堤防工程設計規范》滲流量計算是將堤身和地基的滲透量分開計算，總單位寬度滲流量q 為兩者之和［1］。

計算公式為:

式中:qD為不透水地基上求得相同排水型式的均質土堤單位寬度滲流量。

1)不透水堤基均質土堤身滲透量計算(下游無水)公式為:

式中:qD為單位寬度滲流量，m3/s·m;K 為堤身滲透系數，1.33 ×10－5m/s;H1為上游水位，2.28 m;m2為下游坡坡率，2.5 h0為下游出逸點高度，m;m1為上游坡坡率，2.5。

求得(1)、(2)聯立方程解，得出H0、qD值。本次計算將樁號R0 +321.5 m堤防斷面作為滲透標準斷面進行計算，最后計算得出堤防滲透量q 值。q =1.87 ×10－5m3/s·m。

2)浸潤線計算:建在透水地基上的均質土堤，由于地基透水的影響，堤身浸潤線降低，計算采用堤身滲透系數k 小于堤基滲透系數k0情況下公式進行計算。

求得h0以后，浸潤線采用下列公式計算:

式中:q' = (H12 + h2)/2［L + m1H1/(2m1+ 1)－m2h0］+ k0T(H1－ h0)/(L + m1H1－ m2h0)

浸潤線公式:X =0.38Y2+3.48Y－25。

4.1.2 滲透坡降計算:

滲透坡降按以下公式計算:

1)沿滲出段AB:

2)沿地基段BC:

代入有關數據

出逸點A:J = 0.45 ＞［J］= 0.15 ～0.25

按上述公式計算，在A 點滲透比降大于允許坡降，宜設貼坡排水。在B 點計算比降J =∞，一方面是由于公式本身局限，另一方面說明在這些部位的坡面最容易發生滲透破壞，故在構造上盡可能在B 點到BC 段破壞點段加土壓重，滲透穩定可滿足要求。

4.1.3 穩定計算

1)計算剖面的選擇。根據規范要求，穩定計算應根據不同堤段的防洪任務，工程等級，地形地質條件，結合堤身的結構型式、高度和填筑材料等因素，選擇有代表性的斷面進行計算。土堤段滲透穩定計算的斷面選取樁號R0 +340.71 m處，堤高2.9 m，堤項寬4 m，作為典型計算剖面。從地質資料知，堤防基礎由河灘地砂礫石組成，基礎良好。

2)計算參數的選取。本次堤坡的抗滑穩定計算僅考慮正常情況堤防滲透穩定。在防洪堤堤線通過的地方，由于堤防基礎絕大多數為砂礫石，其承載能力很大，不會產生在施工期因基礎失穩而發生堤體失穩的現象。同時堤體材料為砂礫料，砂礫料的沉陷變形比一般土堤為小，孔隙壓力也小，因此施工期失穩的現象不易發生。計算參數參考同類工程的設計參數和細河土工試驗成果，并結合本工程的實際情況選取，詳見表3。

表3 穩定計算參數見下表

3)計算方法。堤身穩定計算按規范要求，采用瑞典圓弧法進行計算，計算公式為:

穩定計算成果見表4、表5。

表4 砂礫石土堤計算安全系數一覽表

表5 穩定計算成果表

5 結 語

思山嶺三道河通過合理的規劃設計，防洪能力得到提高，在設計過程中，設計者應該結合工程實際，提出有針對性的設計方案，計算過程中，選取參數等方面都要科學，才可以確保工程的安全性。

［1］郭亞梅. 中小河流治理和病險水庫除險加固的思考［J］.吉林水利，2013(06):56 －57.