大凌河源頭區重點生態功能保護區堤防工程設計

改造者：熊守純

大凌河源頭區重點生態功能保護區堤防工程設計

改造者：熊守純

首先介紹了工程概況及地理位置，然后從堤線布置、堤防型式及斷面確定和堤防穩定計算分析等方面對堤防設計進行說明。

工程概況及地理位置

大凌河發源于建昌縣要路溝鄉吳坤杖子村水泉溝，建昌縣境內流域面積1199.33 km2，河長60.33km，流域比降10.69‰， 建昌縣大凌河源頭區包括山灣子水源涵養區、喇嘛洞堿廠水土保持區、宮山嘴水庫水源涵養區，本次重點生態功能保護區實施方案（以下簡稱該工程）位于大凌河要路溝鄉水泉溝至建凌第一橋段。該工程主河道疏浚5.5km；新建生態防洪堤11.0km。

根據依據《防洪標準》和《堤防工程設計規范》及《大凌河源頭區生態治理保護規劃》中的相關規定，確定大凌河主河道防洪標準為十年一遇，堤防工程等級為五級。

堤防工程設計

堤線布置

（1）堤線布置原則

該工程河道治理的堤線布置是根據河道現狀布設的。堤線布置遵循以下原則：堤線封閉、順直、利于行洪；堤距根據河道實際情況，盡力保證堤距等寬；堤線依據原河道線布置，使堤防坡度盡量大些；堤線布置，盡量不占耕地，少占林地；利用天然地形和現有工程，將堤防盡量布置在較高地面上，減少工程量。

（2）堤線布置

該工程堤線布置根據實際實地情況布置，左右岸各為5.5km。

堤防型式及斷面確定

（1）河道縱、橫斷面設計

該河道主河道治理工程縱斷面設計考慮了道路、支流交匯口與設計河道的平順銜接，并根據實測數據，確定設計河底高程，橫斷面設計優化選擇了梯型且兩側坡比比較大河道斷面型式。該型式斷面的最大優點是上口斷面寬度相對較大，能滿足一定的過水深度，使河水在下口內流動，因此上下口之間的斜坡就成了生態綠化區。本次設計在距離起點185.74m段設計河底比降為9.529‰，相鄰343.97m段設計河底比降為9.188‰，889.65m段設計河底比降為6.823‰，1235.74m段設計河底比降為4.823‰，1344.26m段設計河底比降為4.208‰，1200m段設計河底比降為3.35‰，300m段設計河底比降為3.251‰。河道疏浚5.5km。

5級堤防堤頂寬度不宜小于3m。根據工程場地實際情況及上下游的順接，擬定主河道0+000至5+500樁號左右側堤頂寬為3m，迎水坡坡比1：3，背水坡坡比1：2。筑堤材料為砂礫料。

堤防迎水坡正常水位以上、壩頂、背水坡均種植棉槐等低矮灌木，固砂護岸，綠化沿岸生態環境。

（2）設計洪水水面線推求

①采用公式

②水面線推求成果

表1　主河道水面線計算成果

表3　穩定計算參數表

（3） 堤頂高程確定

主河道堤頂高程是以p=10％的設計洪水位加上堤頂超高值，其中堤頂超高按下列公式計算：Y=R+e+A =0.3m。

堤頂高度確定見表2。

表2　主河道設計堤頂高程計算表

堤防穩定計算分析

（1）滲透穩定計算

關于滲流量計算，是將堤身和地基的滲透量分開計算，總單位寬滲流量q為兩者之和。最后計算得出：q值為0.00249m3/（s.m）

關于浸潤線計算，建在透水地基上的均質砂礫料堤，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大于堤基滲透系數k0情況下公式進行計算。結果為：堤壩外壩出逸點高0.43m，實際壩腳線外地面高出出逸點高程0.5m以上，滿足滲透穩定要求。對于局部低于出逸點高程段采用黃土填筑夯實，使高程達到出逸點高程0.5m以上。

（2）滑弧穩定計算

①計算斷面的選擇

根據規范要求，穩定計算應根據堤段的防洪任務、工程等級、結合堤身的結構形式、高度和填筑材料等因素，選擇有代表性的斷面進行計算。

砂礫料堤滲透穩定計算的斷面選取左岸樁號R0+320，頂寬3m ，作為典型計算剖面。從地質資料知，防洪堤基礎由河灘地砂礫料組成，基礎良好。

②計算參數的選取

該工程堤坡的抗滑穩定計算僅考慮正常情況下堤防滲透穩定。在防洪堤堤線通過的地方，由于堤防基礎絕大多數為砂礫料，其承載力很大，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并根據地勘報告選取，詳見表3。

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，在設計洪水情況下驗算，計算公式為：，計算安全系數為1.403，大于規范安全系數1.11。

結語

本次實施方案堅持以人為本，人水和諧共處的科學發展觀，把河道治理與生態建設、景觀建設、環境建設及土地保護有機結合起來，開發當地旅游資源，生態治理大凌河流域，減少洪患，減少水土流失，變害為利，合理利用水資源，改善生態環境，改善區域小氣候。以“生態、水保、環境、景觀”協調發展的理念，來創造“安全，舒適、優美”的水環境，通過完善防洪生態體系、改善水質、營造水景、封林育草、修復生態、提升水文化品味，使資源水利、生態水利、環境水利、工程水利和諧統一。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.033