郭金華，李 研

(1.葫蘆島市南票區(qū)金星鎮(zhèn)水利技術(shù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125018；2.遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

女兒河萬(wàn)屯橋上下游段治理工程堤防工程設(shè)計(jì)

郭金華1，李 研2

(1.葫蘆島市南票區(qū)金星鎮(zhèn)水利技術(shù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125018；2.遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125000)

女兒河南票區(qū)萬(wàn)屯橋上、下游段綜合治理工程上游起于烏金塘水庫(kù)壩址下游約4km處，下游止于萬(wàn)屯橋下游河道轉(zhuǎn)彎處。上游新建堤防1530m；萬(wàn)屯橋下游右岸新建堤防331.5m；新建丁壩5座；疏通河道8800m。文章介紹了女兒河萬(wàn)屯橋上、下游段綜合治理工程的堤防設(shè)計(jì)情況，得出了該堤防工程設(shè)計(jì)滿足防洪等各項(xiàng)要求。

河道；堤防工程；設(shè)計(jì)；女兒河

1 工程概況

女兒河南票區(qū)萬(wàn)屯橋上、下游段綜合治理工程上游起于烏金塘水庫(kù)壩址下游約4km處，下游止于萬(wàn)屯橋下游河道轉(zhuǎn)彎處[1]。上游新建堤防1530m；萬(wàn)屯橋下游右岸新建堤防331.5m；新建丁壩5座；疏通河道8800m。

2 堤防設(shè)計(jì)

2.1 堤頂寬度

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—98)規(guī)定，3級(jí)以下堤防堤頂寬度≥3m。本次設(shè)計(jì)為5級(jí)堤防，堤頂寬度定為3m[2]。

2.2 堤坡和筑堤材料

迎水坡坡比為1∶3，放坡到護(hù)腳平臺(tái)；背水坡坡比為1∶2.5，放坡到自然地面。堤型為砂礫石均質(zhì)堤，筑堤材料為河道內(nèi)砂礫石，設(shè)計(jì)相對(duì)密度≥0.6[3]。

2.3 護(hù)腳

2.3.1 堤岸沖刷計(jì)算

沖刷深度計(jì)算應(yīng)采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D所列公式計(jì)算為：

(1)

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，m，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，取3.5m；vp為設(shè)計(jì)水位時(shí)主河槽平均流速；Vp=3.125m/s；根據(jù)水面線計(jì)算成果治理段平均水力坡度i取1.72‰；V允為河床允許的不沖流速。

經(jīng)計(jì)算hB=1.24m。設(shè)計(jì)要滿足沖刷要求。

2.3.2 護(hù)腳

堤防采用梯形漿砌石擋土墻護(hù)腳。梯形漿砌石擋土墻高1.5m，上底寬0.6m，下底寬0.9m。擋墻基礎(chǔ)也為漿砌石寬1.7m，高1.4m[4]。

2.4 護(hù)坡

迎水坡護(hù)坡采用200mm厚預(yù)制混土空心六邊形磚，混凝土標(biāo)號(hào)C20，六邊形兩對(duì)邊之間距離60cm。每隔一塊磚鏤空處換土，栽植紫穗槐，未栽植穗槐的六邊形磚鏤空處鋪筑河卵石[5-6]。預(yù)制混土空心六邊形磚規(guī)格詳見圖1。

2.5 堤防結(jié)構(gòu)型式

2.5.1 萬(wàn)屯橋上、下游砂堤

根據(jù)實(shí)際情況，迎水坡按坡比放坡到護(hù)腳平臺(tái)。迎水面采用重力式漿砌石擋土墻護(hù)腳，基礎(chǔ)埋深1.4m。堤頂迎水坡設(shè)漿砌石防浪墻，墻高0.5m，寬0.6m[7-8]；基礎(chǔ)高0.5m，寬0.6m。見圖2。

圖1 混凝土空心磚尺寸圖

圖2 萬(wàn)屯橋上堤防斷面圖

2.5.2 丁壩

如上所述，修建10道蜂巢塊石丁壩，每道丁壩長(zhǎng)40m，高2.5m，上底寬2.0m，下底寬5.0m，如圖3所示：

圖3 丁壩斷面圖

2.6 滲流計(jì)算和穩(wěn)定分析

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—98，正常運(yùn)用條件下土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)≥1.10，非常運(yùn)用條件下土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)≥1.05；防洪墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)≥1.15；抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)≥1.40[9-10]。

2.6.1 砂堤

砂堤位于萬(wàn)屯橋上游。

砂堤護(hù)腳受力分析：

原始條件見圖4：

圖4 砂堤護(hù)腳剖面圖

1)墻身尺寸：

墻身總高：2.900m；

上墻高：1.500m；

墻頂寬：0.600m；

臺(tái)寬：0.300m；

面坡傾斜坡度：1∶0.000；

上墻背坡傾斜坡度：1∶0.400；

下墻背坡傾斜坡度：1∶0.000；

采用1個(gè)擴(kuò)展墻址臺(tái)階：

墻趾臺(tái)階b1∶0.500m；

墻趾臺(tái)階h1∶1.400m；

墻趾臺(tái)階與墻面坡坡度相同。

墻底傾斜坡率：0.000∶1；

下墻土壓力計(jì)算方法：力多邊形法。

2)物理參數(shù)：

圬工砌體容重：23.000kN/m3；

圬工之間摩擦系數(shù)：0.400；

地基土摩擦系數(shù)：0.500；

墻身砌體容許壓應(yīng)力：2100.000kPa；

墻身砌體容許剪應(yīng)力：110.000kPa；

墻身砌體容許拉應(yīng)力：150.000kPa；

墻身砌體容許彎曲拉應(yīng)力：280.000kPa；

擋土墻類型：一般擋土墻。

墻后填土內(nèi)摩擦角：32.000°；

墻后填土黏聚力：0.000kPa；

墻后填土容重：19.200kN/m3；

墻背與墻后填土摩擦角：12.800°；

地基土容重：19.200kN/m3；

修正后地基土容許承載力：150.000kPa。

3)地基土容許承載力提高系數(shù)：

墻趾值提高系數(shù)：1.200；

墻踵值提高系數(shù)：1.300；

平均值提高系數(shù)：1.000；

墻底摩擦系數(shù)：0.400；

地基土類型：土質(zhì)地基；

地基土內(nèi)摩擦角：30.000°。

4)坡線土柱：

坡面線段數(shù)：2。

擋土墻投影見表1。

表1 擋土墻投影表

地面橫坡角度：18.430°；

墻頂標(biāo)高：0.000m。

第1種情況：一般情況

土壓力計(jì)算：計(jì)算高度為2.900m處的庫(kù)侖主動(dòng)土壓力。

計(jì)算上墻土壓力：

按假想墻背計(jì)算得到：

第1破裂角：38.900°；

Ea=22.640Ex=10.291Ey=20.166kN作用點(diǎn)高度Zy=0.500m；

因?yàn)楦┬眽Ρ常枧袛嗟诙屏衙媸欠翊嬖?，?jì)算后發(fā)現(xiàn)第二破裂面存在。

第2破裂角=19.891°；第1破裂角=38.090°；

Ea=17.282Ex=10.666Ey=13.598kN；作用點(diǎn)高度Zy=0.535m。

計(jì)算下墻土壓力：

按力多邊形法計(jì)算得到：

破裂角：37.540°；

Ea=24.481Ex=23.873Ey=5.424kN；作用點(diǎn)高度Zy=0.616m；

墻身截面積=4.150m2；重量=95.450kN；

衡重臺(tái)上填料重=9.829kN；重心坐標(biāo)(1.047，-0.700)(相對(duì)于墻面坡上角點(diǎn))。

2.6.1.1 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

基底摩擦系數(shù)=0.400；

滑移力=34.538kN；抗滑力=49.720kN；

滑移驗(yàn)算滿足：Kc=1.440>1.150。

2.6.1.2 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

相對(duì)于墻趾,墻身重力的力臂Zw=0.989m；

相對(duì)于墻趾,上墻Ey的力臂Zx=1.806m；

相對(duì)于墻趾,上墻Ex的力臂Zy=1.935m；

相對(duì)于墻趾,下墻Ey的力臂Zx3=2.000m；

相對(duì)于墻趾,下墻Ex的力臂Zy3=0.616m。

驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性：

傾覆力矩=35.355(kN-m)；抗傾覆力矩=145.035(kN-m)。

傾覆驗(yàn)算滿足：K0=4.102>1.300。

2.6.1.3 地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算

基礎(chǔ)為天然地基，驗(yàn)算墻底偏心距及壓應(yīng)力。

作用于基礎(chǔ)底的總豎向力=124.301kN；作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩=109.679kN-m；

基礎(chǔ)底面寬度B=2.000m；偏心距e=0.118m。

基礎(chǔ)底面合力作用點(diǎn)距離基礎(chǔ)趾點(diǎn)的距離Zn=0.882m。

基底壓應(yīng)力：趾部=84.083kPa；踵部=40.218kPa。

最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之比=84.083/40.218=2.091。

作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算滿足：e=0.118<=0.250×2.000=0.500m。

墻趾處地基承載力驗(yàn)算滿足：壓應(yīng)力=84.083<=180.000kPa。

墻踵處地基承載力驗(yàn)算滿足：壓應(yīng)力=40.218<=195.000kPa。

地基平均承載力驗(yàn)算滿足：壓應(yīng)力=62.150<=150.000kPa。

2.6.2 滲流分析

計(jì)算項(xiàng)目：滲流問題公式法2。

2.6.2.1 計(jì)算條件

土堤頂部寬度b=3.000m；

土堤頂部高度h=4.500m；

上游坡坡率1：m1=3.000；

下游坡坡率1：m=2.500；

堤身滲透系數(shù)k=14.680m/d；

上游水位h1=3.500m；

下游水位h2=0.000m；

不透水地基見圖5。

圖5 不透水地基示意圖

2.6.2.2 中間計(jì)算結(jié)果

L=17.250m；

腖=1.500m；

浸潤(rùn)線計(jì)算公式原點(diǎn)=25.157m；

浸潤(rùn)線起點(diǎn)x坐標(biāo)=10.500m；

浸潤(rùn)線終點(diǎn)x坐標(biāo)=25.157m。

2.6.2.3 最終計(jì)算結(jié)果

下游出逸點(diǎn)高度h0=1.037m；

單位寬度滲流量q=5.076m3/(d·m)。

浸潤(rùn)線計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 浸潤(rùn)線計(jì)算結(jié)果表

比降計(jì)算結(jié)果：

下游出溢點(diǎn)A的比降：0.371；

下游坡腳B的比降：0.400。

圖6 浸潤(rùn)線計(jì)算示意圖

2.6.3 砂堤穩(wěn)定分析

2.6.3.1 水面信息

1)采用有效應(yīng)力法。

2)孔隙水壓力采用近似方法計(jì)算。

3)不考慮滲透力作用。

4)考慮邊坡外側(cè)靜水壓力。

5)水面線段數(shù)1，水面線起始點(diǎn)坐標(biāo)：(10.500,3.500)。

6)壩坡外水位：0.000m。

砂堤投影見表3。

表3 砂堤投影表

2.6.3.2 計(jì)算條件

1)圓弧穩(wěn)定分析方法：瑞典條分法。

2)土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí)：當(dāng)下滑力對(duì)待。

3)穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo)：給定圓心、半徑計(jì)算安全系數(shù)。

4)條分法的土條寬度：1.000m。

5)圓心X坐標(biāo)：5.000m。

6)圓心Y坐標(biāo)：12.000m。

7)半徑：15.000m。

2.6.3.3 計(jì)算結(jié)果

1)壩坡外水位按0.000m計(jì)算。

2)滑動(dòng)圓心=(5.000，12.000) m。

3)滑動(dòng)半徑=15.000m。

4)滑動(dòng)安全系數(shù)=2.735。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過以上各項(xiàng)計(jì)算論證，女兒河河道堤防工程設(shè)計(jì)是滿足防洪要求，合理、穩(wěn)定、安全的。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50286—2013堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

[2]李煒.水力計(jì)算手冊(cè)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2006：56-59.

[3]毛月紅.北川河河道堤防工程設(shè)計(jì)[J].甘肅水利水電技術(shù)，2010(01):25-27，32.

[4]蔣為群，郭偉，肖人彬.對(duì)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范護(hù)岸整體穩(wěn)定計(jì)算的探討[J].水利水電快報(bào)，2005,26(22)：10-11.

[5]于淼，劉忠宏.養(yǎng)息牧河西六家子段堤防工程設(shè)計(jì)[J].黑龍江水利科技，2013,41(12)：15-17.

[6]周瑞紅.淺析堤防工程設(shè)計(jì)中沖刷深度計(jì)算公示的應(yīng)用及實(shí)際設(shè)計(jì)中存在問題[J].甘肅水利水電技術(shù)，2012,48(11)：44-45.

[7]朱峰，湯洪杰.堤防工程設(shè)計(jì)若干問題分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013(06)：55-57.

[8]余侃柱.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范和工程地質(zhì)勘察規(guī)程中幾個(gè)問題的探討[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013(01)：30-32.

[9]呂德洪.不穩(wěn)定滲流法在堤防工程中的應(yīng)用[J].巖土工程技術(shù)，2001(03)：59-60.

[10]程旨輝，尹玉順，程玉珍.達(dá)連河堤防工程設(shè)計(jì)方案研究[J].黑龍江水利科技，2006,34(04)：104-105.

1007-7596(2014)10-0103-04

2014-03-25

郭金華(1977-)，女，遼寧葫蘆島人，助理工程師，研究方向?yàn)樗Y源、水庫(kù)除險(xiǎn)加固等；李研(1986-)，女，滿族，遼寧葫蘆島人，助理工程師，研究方向?yàn)樗乃Y源論證等。

TV871

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