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)
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采,砂、石料可就近開采或采購,砂、石方用量較小,料場(chǎng)能夠滿足材料供應(yīng);油料可在雙鴨山農(nóng)場(chǎng)場(chǎng)部采購。
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。一般來說,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。
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]。
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。
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,°。
1)在風(fēng)的直接作用下,正向來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。
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題的探討[J].水力發(fā)電,2008(02):39-42.