防浪墻在堤防設計中的應用研究

劉 罡

(1.黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱 150010；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

防浪墻在堤防設計中的應用研究

劉 罡1，2

(1.黑龍江大學水利電力學院，哈爾濱 150010；2.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱 150080)

為滿足設計防洪標準，許多堤防需要加高培厚，以提高堤防的防洪能力。文章對拉林河治理工程(雙城段)中防浪墻在堤防設計中的應用進行研究，通過防浪墻設計計算和方案對比，得出該設計形式在工程投資和占地投資上等方面明顯優于傳統加高培厚的設計形式。

堤防；防浪墻；投資比較；方案比選

1 綜 述

拉林河為松花江干流右岸的一級支流，發源于長白山張廣才嶺，是黑龍江、吉林兩省界河，流經尚志、五常、雙城、舒蘭、榆樹、扶余等六個市縣。拉林河堤防工程經濟效益社會效益及環境效益顯著。防洪工程為社會公益性質的水利工程，保護沿河人民的生命安全和生存環境免受洪水破壞，社會效益和環境效益突出。拉林河治理工程是一項利國利民的百年大計，工程建成后可提高拉林河堤防防御洪水的能力，保障沿河經濟社會可持續發展。

根據各支流獨立防洪保護區的重要程度，防洪標準在10-30a一遇之間選用。規劃確定拉林河堤防干流防洪標準為20a一遇，規劃新建堤防27km，整修加固373km。依據汛期多年平均最大風速等波浪爬高計算要素，堤頂超高取1.5m，堤頂寬度采用4m，新建和加培的黏性土堤的臨水側、背水側邊坡坡比1∶2.5，砂性土堤的臨水側、背水側邊坡坡比均為1∶3，現狀滿足堤身穩定要求的邊坡維持現狀。

2 防浪墻方案比選

2.1 工程概況

后三家子堤防為拉林河干流堤防，現狀堤防長度6.923km，堤防未已達到20a一遇防洪標準。本次堤線及堤長不變。現狀堤身為黏土、砂土和混合土，對砂堤、混合堤中透水性強，抗沖刷性差的堤段及迎風頂流堤段需進行防護處理，需迎水坡進行防護處理，共新建護坡4.923km；堤頂設置4處混凝土防浪墻，共5.25km。樓上堤防為拉林河干流堤防，現狀堤防長度5.489km，堤防未達到20a一遇防洪標準。本次堤線及堤長不變。現狀堤身為黏土、砂土和混合土，對砂堤、混合堤中透水性強，抗沖刷性差的堤段及迎風頂流堤段需進行防護處理，需迎水坡進行防護處理，共新建護坡4.5km；堤頂設置2處混凝土防浪墻，共1.989km；堤后采用壓滲滲控措施共1.1km。謝家堤防為拉林河干流堤防，現狀堤防長度7.26km，堤防未達到20a一遇防洪標準。本次堤線及堤長不變。現狀堤身為黏土、砂土和混合土，對砂堤、混合堤中透水性強，抗沖刷性差的堤段及迎風頂流堤段需進行防護處理，需迎水坡進行防護處理，共新建護坡4.7km；堤頂設置8處混凝土防浪墻，共1.65km；堤后采用壓滲滲控措施共0.2km。對因河道演變形成的1段險工新建護岸，為渡口護岸，長度0.647km；現有穿堤建筑物1座為苗家涵，現狀運行良好。本次設計現有利用，新增堤頂砂石路面7.26km[1]。

2.2 堤防型式比選

本次設計從地形地質條件、筑堤材料、施工條件、工程投資、拆遷占地、環境因素等方面對土堤、防浪墻結合土堤2個方案分堤段進行綜合比較。

1)方案一、有防浪墻方案。

設計堤防工程設計防洪標準為20a一遇，工程級別為4級，根據《堤防工程設計規范》GB 50286-2013規定，2級堤防堤頂寬度≥3m。本次設計堤頂寬度為4m，迎背水坡比為1∶2.5-1∶3.0。堤頂超高為1.5m。堤頂上游設混凝土防浪墻，堤頂以上墻高1.0m，堤頂以下1.5m。

2)方案二、無防浪墻方案。

設計堤頂寬度為4m，迎背水坡比為1∶2.5-1∶3.堤頂超高為1.5m。

通過兩種方案在工程量和占地投資的對比，得出總造價的比較結果見表1。

表1 堤型方案工程量和投資表

備注：表中數值僅供方案比較用。

經過比較，二種擬定方案優缺點明顯。方案一在工程投資和占地投資上小。方案二工程投資和占地投資上大，本次初步設計推薦采用方案一，即有防浪墻方案。堤防斷面如圖1所示。

圖1堤防標準斷面圖

2.3 有防浪墻堤防滲流穩定計算

防浪墻底高程是由堤頂路面向下埋深1.5m確定，大部分的堤身高度都在3-5m，所以按截滲墻的滲流計算方式計算。即把墻體寬度等效換算為對應堤體土寬進行滲流計算。

下面以樓上堤防4+800為例進行計算：

A=b=δh=e-AX

(1)

式中：K為土堤的滲透系數；q為單位寬度滲流量，m3/s·m；A為越流系數；T為堤基厚度；b為把截滲墻寬度等效的對應堤體土寬；δ為墻厚；Ks為墻的透水系數。

其它符號如圖2所示。

圖2 土堤計算

計算結果見表2-表4：

表2 斷面滲流計算成果

表3 浸潤線計算成果

表4 蓋重計算成果表

允許出逸比降計算：

[J]=(Gs-1)(1-n)/K

(2)

式中：K為安全系數；GS為表層弱透水層土粒的比重；n為表層弱透水層土粒的孔隙率；γ蓋重料的密度。

經計算允許逸出比降為0.650，結果滿足設計要求。

3 結 語

堤防工程受筑堤條件等多種因素的限制，應因地制宜，并可采取多種設計形式，并非限定一種，兩種或多種方式聯合使用，也許能夠達到更為良好的效果。本工程中，在現有堤頂高程基本達到設計高程或略低于設計高程的，依然采用加高培厚的筑堤方式，在后三家、樓上等堤段，加高培厚需要大量填筑料、且需要大面積占地的堤段就靈活采用防浪墻的形式[2]。

總之，要根據實際情況，在安全穩定滿足設計要求的前提下，制定合理、科學、有效、經濟的設計方案，并且研究在一定條件下多種設計形式如何能夠結合的更有優勢，是需要長期研究的課題。

[1]黑龍江省水利水電勘測設計研究院.拉林河治理工程可行性研究報告[R].哈爾濱：黑龍江省水利水電勘測設計研究院，2017.

U656.2

B

2017-08-26

劉罡(1987-),女,黑龍江哈爾濱人,工程師。