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        大洋河堤防透水堤基防滲處理分析研究

        2020-04-24 00:57:58伏世紅
        黑龍江水利科技 2020年1期
        關鍵詞:土堤堤段龍王廟

        伏世紅

        (大連市水利建筑設計院有限公司,遼寧 大連 116021)

        1 概 述

        1.1 工程概況

        大洋河位于遼寧省東南部,地理位置為E122°51'-124°07'、N39°49'-40°49'。流域東側為鴨綠江支流愛河,北以千山山脈分水嶺為界與太子河為鄰,西側有大清河、碧流河和英那河,南臨黃海。大洋河總流域面積為6504km2,河流全長198.2km,河流的平均比降為0.69‰。大洋河為設計20a一遇洪水標準。

        大洋河龍王廟段堤防始建于20世紀70年代,1995年以來一直未進行加高培厚,堤身斷面瘦小,堤頂寬度僅為1.0-1.8m,迎水坡坡比在1∶1.5-1∶2.0之間,護砌形式為干砌石,厚度20-30cm,塊石粒徑較小,堤坡局部有塌落現(xiàn)象,背水坡坡比1∶1.7-1∶2.0局部堤頂高程不滿足,堤前為灘地,全段有1.1km耕地,堤后全部為耕地。

        1.2 透水堤基簡介

        龍王廟段全段共3.52km,兩側堤防堤基土為粉細砂、細砂,為透水堤基,容易發(fā)生管涌等破壞現(xiàn)象。代表斷面處堤防物理力學指標統(tǒng)計見表1。

        表1 透水堤基代表斷面堤防物理力學指標統(tǒng)計表

        2 文章研究的背景和意義

        2.1 河道整體存在的問題

        1)無堤段較多。根據(jù)《大洋河流域規(guī)劃》及《大洋河防洪規(guī)劃》,大洋河中下游尚需修建堤防33.00km,這些無堤段占中下游規(guī)劃堤防的27%。由于無堤段較多,堤防不封閉,部分堤防尚未形成防洪能力。

        2)斷面瘦小,防洪標準底。已建防洪堤大多至建成以來一直沒有進行加高培厚,堤身斷面瘦小,堤頂寬度僅為1.0-1.8m,大部分堤段坡比不足1∶2,部分堤段沖刷嚴重,坡比不足1∶1.5。堤頂高程不滿足設計要求,防洪標準低。

        3)河道淤積,防洪標準降低。大洋河下游為海相淤積,近年來隨著支流水系水庫工程的建設,非汛期河道流量減少,河道經(jīng)多年淤積變遷,局部河段河床抬高達2.7m,實際防洪標準降低。

        4)大壩護坡工程破損嚴重。防洪大堤建成后,護坡工程沒有進行維修加固,塊石脫落,破損嚴重。

        5)部分堤防存在管涌段。由于現(xiàn)有堤防外側局部河床沖刷嚴重,河床底部直接為粉細砂,原有壩炕變窄,地下水滲徑變小,再加上堤防內側由當初挖土修堤,形成深溝,溝底的黏性土覆蓋層變薄或者缺失而直接露出粉細砂層。當河床內水位升高、壓力變大時,水易通過堤基中砂層滲漏到堤內,在堤內黏性土層薄或缺失的深溝處冒出地面,形成管涌。

        6)穿堤建筑物年久失修,破損嚴重。穿堤建筑物經(jīng)過多年運行,受損老化程度嚴重。穿堤涵洞基礎坐落在粉細砂上,經(jīng)過多年洪水滲透,底板以下部分被掏空影響涵洞的整體穩(wěn)定性,不滿足滲透穩(wěn)定要求。啟閉架混凝土剝蝕嚴重,有鋼筋裸露現(xiàn)象;啟閉臺頂高程低于設計洪水位。出口翼墻出現(xiàn)裂縫,存在安全隱患。進、出口閘門銹蝕,漏水嚴重。啟閉機銹蝕損壞,不能正常工作。

        高端化&品質化,體現(xiàn)在以6000元以上的彩電,8000元以上的多門和對開門冰箱,3000元以上的波輪洗衣機,5000元以上的滾筒洗衣機,8000元以上的空調柜機,30000元以上的空調掛機,5000元以上的油煙機,1000元以上的電飯煲等為代表的高價格產(chǎn)品的滲透率逐漸提高。

        2.2 文章研究的意義

        大洋河途徑東港市龍王廟鎮(zhèn),有3.52km堤段堤基土為粉細砂、細砂,滲透系數(shù)為2×10-3呈中等透水性,易發(fā)生管涌型破壞,根據(jù)歷史洪災記載,1982年8月7日晚,發(fā)生洪水時,堤后因管涌冒出的水柱高達1.60m。而當時洋河閘站的水位記錄為8.60m,12點30分黃旗閘決口,龍王廟鎮(zhèn)透水堤基的堤段,經(jīng)群眾奮力搶險用大柴和濾料石進行充填才幸免一災。

        由上述歷史洪災記錄可見,該堤段現(xiàn)狀存在的問題已直接影響到人民生命財產(chǎn)安全,研究解決大洋河堤防透水堤基滲透破壞問題意義重大。

        3 透水堤基滲流穩(wěn)定分析

        3.1 滲透穩(wěn)定分析

        龍王廟防洪工程中有新建土堤段和土堤加高培厚段,根據(jù)地質情況,堤基均屬于透水堤基,滲流計算按透水堤基均質土堤考慮,采用《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)公式計算:

        1)滲流計算按透水堤基均質土堤(下游坡無排水設備)考慮,堤身和堤基的流量分開計算,參數(shù)見表2。

        (1)

        (2)

        (3)

        L1=L+△L

        (4)

        (5)

        浸潤線按下式計算:

        (6)

        計算浸潤線各點坐標列入表3。

        表3 土堤浸潤線坐標表

        圖1 (11+500)滲流圖

        2)背水坡滲流出口比降計算:

        本地區(qū)下臥層為透水堤基,則透水堤基均質土堤坡面滲流比降可采用《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-2013)公式:

        (7)

        沿堤基段:

        (8)

        滲透破壞的允許滲透坡降,參照《碾壓土石壩設計規(guī)范》SL274-2001,計算公式:

        J破壞=(Gs-1)(1-n1)

        (9)

        相應的允許坡降可按下式計算:

        (10)

        式中:GS為土粒比重;n1為土的孔隙率;J為滲透比降;KB為安全系數(shù),取2.0。

        經(jīng)計算所得滲流比降成果見表4。

        表4 滲流比降成果表

        根據(jù)滲流比降成果表可以看出,龍王廟防洪土堤基J>J允,不滿足要求,需要對堤基進防滲處理[1]。

        3.2 透水堤基處理措施的選取

        本次研究選取土工膜垂直防滲與帷幕灌漿兩方案進行比較。

        方案一:采用土工膜垂直防滲增加滲徑,應對管涌現(xiàn)象,土工膜延迎水坡坡面鋪設至設計水位,護腳以下使用鏈槽機垂直鋪設6.0m。

        方案二:采用高噴防滲墻,布置1排灌漿孔,孔間距1.5m,孔徑采用110mm,灌漿孔設在堤腳,高噴采用擺噴對接,擺角采用30°。

        方案一和方案二的工程理及投比較表見表5。

        表5 方案一和方案二的工程理及投比較表

        方案二施工方便,不需要特殊機械設備,而且投資較方案一節(jié)省很多,故本次研究堤基防滲處理采用方案二。

        3.3 土工膜垂直防滲措施復核

        針對該工程而言,其主要問題是由于粉細砂具有的透水性,使堤基不穩(wěn)定,滲徑長度不滿足要求。在堤防護腳前增加垂直鋪設土工膜,即增加了堤防的滲徑長度,使河道內的水位向堤后滲透時形成穩(wěn)定。以該工程的某個斷面為例,土工膜垂直鋪設6.0m,進行滲徑計算:

        允許滲徑采用公式:

        L允=C×H=9×5.2=46.8m。(以某斷面為例)

        (11)

        式中:L允為允許滲徑;C為滲徑系數(shù),取9(粉細砂,根據(jù)《水閘設計規(guī)范》SL 265-20 1 6);H為上下游水頭差,5.2m[2]。

        該斷面基礎底寬37.5m+土工膜12.0m=49.5m

        實際滲徑L=49.5m> L允,滿足規(guī)范要求。

        4 結 論

        大洋河東港市龍王廟堤段透水堤基,潛在很大的洪水隱患,洪水時發(fā)生的管涌破壞現(xiàn)象已有歷史記載,洪災直接危及當?shù)厝嗣裆敭a(chǎn)安全。文章列舉了大洋河整河段存在的問題,論述了龍王廟堤段透水堤基分析研究的意義,通過理論計算、方案比選等,選取了土工膜垂直防滲這一透水堤基處理的工程措施[3]。

        以上研究方法及結論為同類工程設計研究提供了參考借鑒。

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