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        防浪墻在堤防設(shè)計中的應(yīng)用研究

        2017-11-02 07:19:14
        黑龍江水利科技 2017年9期
        關(guān)鍵詞:土堤防浪堤段

        劉 罡

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

        防浪墻在堤防設(shè)計中的應(yīng)用研究

        劉 罡1,2

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

        為滿足設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn),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(shè)計中的應(yīng)用進行研究,通過防浪墻設(shè)計計算和方案對比,得出該設(shè)計形式在工程投資和占地投資上等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加高培厚的設(shè)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(fā)源于長白山張廣才嶺,是黑龍江、吉林兩省界河,流經(jīng)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(jīng)濟效益社會效益及環(huán)境效益顯著。防洪工程為社會公益性質(zhì)的水利工程,保護沿河人民的生命安全和生存環(huán)境免受洪水破壞,社會效益和環(huán)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(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

        根據(jù)各支流獨立防洪保護區(qū)的重要程度,防洪標(biāo)準(zhǔn)在10-30a一遇之間選用。規(guī)劃確定拉林河堤防干流防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇,規(guī)劃新建堤防27km,整修加固373km。依據(jù)汛期多年平均最大風(fēng)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(cè)、背水側(cè)邊坡坡比1∶2.5,砂性土堤的臨水側(cè)、背水側(cè)邊坡坡比均為1∶3,現(xiàn)狀滿足堤身穩(wěn)定要求的邊坡維持現(xiàn)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(xiàn)狀堤防長度6.923km,堤防未已達到20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次堤線及堤長不變?,F(xiàn)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(fēng)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(shè)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(xiàn)狀堤防長度5.489km,堤防未達到20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次堤線及堤長不變?,F(xiàn)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(fēng)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(shè)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(xiàn)狀堤防長度7.26km,堤防未達到20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次堤線及堤長不變?,F(xiàn)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(fēng)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(shè)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(xiàn)有穿堤建筑物1座為苗家涵,現(xiàn)狀運行良好。本次設(shè)計現(xiàn)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(shè)計從地形地質(zhì)條件、筑堤材料、施工條件、工程投資、拆遷占地、環(huán)境因素等方面對土堤、防浪墻結(jié)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(shè)計堤防工程設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇,工程級別為4級,根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB 50286-2013規(guī)定,2級堤防堤頂寬度≥3m。本次設(shè)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(shè)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(shè)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(jié)果見表1。

        表1 堤型方案工程量和投資表

        備注:表中數(shù)值僅供方案比較用。

        經(jīng)過比較,二種擬定方案優(yōu)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)斷面圖

        2.3 有防浪墻堤防滲流穩(wěn)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(yīng)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(shù);q為單位寬度滲流量,m3/s·m;A為越流系數(shù);T為堤基厚度;b為把截滲墻寬度等效的對應(yīng)堤體土寬;δ為墻厚;Ks為墻的透水系數(shù)。

        其它符號如圖2所示。

        圖2 土堤計算

        計算結(jié)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(shù);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(jīng)計算允許逸出比降為0.650,結(jié)果滿足設(shè)計要求。

        3 結(jié) 語

        堤防工程受筑堤條件等多種因素的限制,應(yīng)因地制宜,并可采取多種設(shè)計形式,并非限定一種,兩種或多種方式聯(lián)合使用,也許能夠達到更為良好的效果。本工程中,在現(xiàn)有堤頂高程基本達到設(shè)計高程或略低于設(shè)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(jù)實際情況,在安全穩(wěn)定滿足設(shè)計要求的前提下,制定合理、科學(xué)、有效、經(jīng)濟的設(shè)計方案,并且研究在一定條件下多種設(shè)計形式如何能夠結(jié)合的更有優(yōu)勢,是需要長期研究的課題。

        [1]黑龍江省水利水電勘測設(shè)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(shè)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。

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