王曉旭

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150000)

1 工程概況

烏裕爾河是嫩江左岸一級(jí)支流，為無(wú)尾河，地理位置為E124°53′-127°23′，N46°26′-48°25′之間。烏裕爾河發(fā)源于小興安嶺西麓山區(qū)，北源稱雞爪河，南源稱轱轆滾河，南北二源于北安市境內(nèi)匯合后稱烏裕爾河，是嫩江左岸較長(zhǎng)的內(nèi)陸河流。烏裕爾河流域呈長(zhǎng)條形，地勢(shì)自東北傾向西南。烏裕爾河有大小支流數(shù)十條，其中較大支流為轱轆滾溝、紅旗溝、鬧龍河、折鐵河、潤(rùn)津河、群勝溝、敖龍河、泰西河、寶泉河和雙陽(yáng)河等，干流在下游富?？h雅州附近又分為西、南兩支，西支又稱塔哈河，向西直接匯入嫩江，南支向南經(jīng)九道溝進(jìn)入扎龍濕地后河道消失，河道長(zhǎng)598km，流域總面積23100km2，其中龍安橋以上流域面積12345km2。

北安市位于黑龍江省北部，黑河市南部，北距黑河市260km,南距哈爾濱市330km，西距齊齊哈爾市230km，地處黑龍江省北部區(qū)域中心。東與遜克、綏棱以小興安嶺嶺脊分界，西與克東、拜泉接壤，南與海倫隔通肯河相望，北與五大連池相鄰，地理坐標(biāo)在E126°16′-127°53′、N47°53′-48°33′之間，總面積7194 km2。

2 工程布置

北安市規(guī)劃設(shè)計(jì)堤防5段，分別為東勝堤防、城鎮(zhèn)1號(hào)堤防、城鎮(zhèn)2號(hào)堤防、鬧龍河左岸回水堤和鬧龍河右岸回水堤。東勝堤防、鬧龍河左岸回水堤和鬧龍河右岸回水堤為現(xiàn)有堤防加高培厚，城鎮(zhèn)1號(hào)堤防和城鎮(zhèn)2號(hào)堤防為新建堤防。北安市規(guī)劃堤防總長(zhǎng)度25.656km，其中新建10.83km，加高培厚7.18km，達(dá)標(biāo)7.646km。建設(shè)工程護(hù)坡3處，長(zhǎng)度12.93km；建設(shè)工程護(hù)岸2處，長(zhǎng)度0.7km。

3 堤防工程設(shè)計(jì)

3.1 堤頂高程確定

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)，根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù)，結(jié)合本次堤線，堤段位置、堤距及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分別按近30a(7-9月)最大風(fēng)速資料，在與堤軸線法線方向成±45°范圍內(nèi)，其中對(duì)堤防影響最大的風(fēng)向?yàn)橹鞣较颉８鶕?jù)吹程按混凝土護(hù)坡、雷諾護(hù)墊護(hù)坡、草皮護(hù)坡等不同護(hù)坡型式，分別計(jì)算波浪爬高、壅水高度，而后確定堤頂超高，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

本次設(shè)計(jì)依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)中第7.3.1條規(guī)定，堤防高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤防超高確定。

堤頂在靜水位以上的超高值按下式計(jì)算：

y=R+e+A

(1)

式中：y為堤頂超高，m；R為設(shè)計(jì)波浪爬高，m；e為設(shè)計(jì)風(fēng)雍增水高度，m；A為安全加高。

1)風(fēng)浪要素計(jì)算：

波浪的平均波高和平均波周期采用莆田實(shí)驗(yàn)站公式計(jì)算：

(2)

(3)

(4)

(5)

2)波浪爬高計(jì)算：

按下式計(jì)算波浪爬高值，對(duì)不允許越浪的堤防，宜取累積頻率為2%的爬高值R2%進(jìn)行計(jì)算。

(6)

3)風(fēng)壅水面高度計(jì)算：

(7)

式中：e為計(jì)算點(diǎn)處的風(fēng)壅水面高度，m；K為綜合摩阻系數(shù)，取3.6×10-6；B為計(jì)算風(fēng)向與壩軸線法線的夾角，°。

計(jì)算風(fēng)速值采用汛期多年平均最大風(fēng)速值的1.5倍，根據(jù)風(fēng)速資料，結(jié)合堤線分別按不同吹程及護(hù)坡型式計(jì)算波浪爬高、壅水高度，以各堤段典型斷面為例，計(jì)算堤頂超高值見(jiàn)表1。

表1 堤頂高程計(jì)算表

本次設(shè)計(jì)城鎮(zhèn)1號(hào)堤防超高值為1.9m，城鎮(zhèn)2號(hào)堤防超高值為2.0m，東勝堤防超高值為1.40m，鬧龍河右岸回水堤超高值為1.3m，鬧龍河左岸回水堤超高值為1.1m。堤防設(shè)計(jì)水位及堤頂高程見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)堤頂高程成果表

3.2 堤防斷面

本著節(jié)約用地原則，根據(jù)料場(chǎng)分布、加培土料的性質(zhì)、占地、環(huán)境影響等因素，合理確定堤防結(jié)構(gòu)斷面型式。現(xiàn)有堤防加高培厚原則為：①現(xiàn)有土堤為了充分利用現(xiàn)有堤防的穩(wěn)定性，在堤防背水側(cè)進(jìn)行加高培厚；②現(xiàn)有土堤堤后有排水溝、水庫(kù)等構(gòu)造物時(shí)，在臨水側(cè)加高培厚；③砂堤段若有黏土料時(shí)，在臨水側(cè)加高培厚[1]。

本次規(guī)劃設(shè)計(jì)堤防5段，分別為東勝堤防、城鎮(zhèn)1號(hào)堤防、城鎮(zhèn)2號(hào)堤防、鬧龍河左岸回水堤和鬧龍河右岸回水堤。東勝堤防、鬧龍河左岸回水堤和鬧龍河右岸回水堤為現(xiàn)有堤防加高培厚，城鎮(zhèn)1號(hào)堤防和城鎮(zhèn)2號(hào)堤防為新建堤防。北安市規(guī)劃堤防總長(zhǎng)度25.656km，其中新建10.83km，加高培厚7.18km，達(dá)標(biāo)7.646km。

1)東勝堤防：

東勝堤防全長(zhǎng)11.446km，全部利用原堤對(duì)未達(dá)標(biāo)段在背水側(cè)進(jìn)行加高培厚。堤防堤基為雙層地基和砂基，料場(chǎng)位于東勝段堤防0+000東北、東民村西南部，為集中料場(chǎng)，運(yùn)距約3km-14km，料場(chǎng)土料巖性為低液限黏土，料場(chǎng)土料質(zhì)量及儲(chǔ)量基本滿足設(shè)計(jì)要求。堤防堤頂寬采用4.0m，上游坡比1∶2.5，下游坡比1∶2.5。

2)城鎮(zhèn)1號(hào)堤防：

城鎮(zhèn)1號(hào)堤防為規(guī)劃新建堤防，堤防長(zhǎng)度4.734km，其建成后堤距>2.0km，滿足河道行洪斷面要求。堤防堤基為上黏性土下砂性土雙層堤基和砂性土堤基，料場(chǎng)位于城鎮(zhèn)1號(hào)堤防2+000北側(cè)、南山灣村東側(cè)，運(yùn)距約1km，料場(chǎng)土料巖性為低液限黏土，料場(chǎng)土料質(zhì)量及儲(chǔ)量基本滿足設(shè)計(jì)要求。堤防堤頂寬采用8.0m，上游坡比1∶3，下游坡比1∶3。

3)城鎮(zhèn)2號(hào)堤防：

城鎮(zhèn)2號(hào)堤防為規(guī)劃新建堤防，堤防長(zhǎng)度6.096km，其建成后堤距>2.0km，滿足河道行洪斷面要求。堤防堤基為上黏性土下砂性土雙層堤基和砂性土堤基，料場(chǎng)位于城鎮(zhèn)2號(hào)堤防末端，向陽(yáng)村南側(cè)，為集中料場(chǎng)，運(yùn)距約0.5km，料場(chǎng)土料巖性為低液限黏土，料場(chǎng)土料質(zhì)量及儲(chǔ)量基本滿足設(shè)計(jì)要求。堤防堤頂寬采用8.0m，上游坡比1∶3，下游坡比1∶3。

4)鬧龍河左岸回水堤：

鬧龍河左岸回水堤位于鬧龍河入烏裕爾河入河口處左岸，本次加培回水堤長(zhǎng)1.28km。堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為10a一遇，堤防級(jí)別為5級(jí)。堤防堤頂寬采用4.0m，上游坡比1∶2.5，下游坡比1∶2.5。

5)鬧龍河右岸回水堤：

鬧龍河右岸回水堤位于鬧龍河入烏裕爾河入河口處右岸，本次加培回水堤長(zhǎng)2.1km。堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇，堤防級(jí)別為2級(jí)。堤防堤頂寬采用8.0m，上游坡比1∶3，下游坡比1∶3。

3.3 土料設(shè)計(jì)

1)筑堤土料及控制標(biāo)準(zhǔn)：

烏裕爾河治理工程現(xiàn)有堤防為土堤，本次設(shè)計(jì)填筑土料為低液限黏土。筑堤料場(chǎng)為集中料場(chǎng)，料場(chǎng)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)地質(zhì)報(bào)告。土料采用低液限黏土，黏粒含量宜為15%-30%，塑性指數(shù)宜為10-20，且不得含植物根莖、磚瓦垃圾等雜物；填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%。按料場(chǎng)地質(zhì)勘察成果，土料基本能夠滿足設(shè)計(jì)要求[2]。

本工程堤防級(jí)別為2級(jí)和5級(jí)，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)規(guī)定，對(duì)于2級(jí)堤防，黏性土土堤的填筑標(biāo)準(zhǔn)為壓實(shí)度≥0.93；對(duì)于3級(jí)以下及低于6m的3級(jí)堤防，黏性土土堤的填筑標(biāo)準(zhǔn)為壓實(shí)度≥0.91。

設(shè)計(jì)干密度根據(jù)以下公式確定：

γd=m·γmax

(8)

式中∶γd為填筑壓實(shí)干密度；γmax為料場(chǎng)土最大干密度(由土工試驗(yàn)確定)；m為壓實(shí)度，2級(jí)堤防取0.93，5級(jí)堤防取0.91。

2)蓋重及壓滲土料選擇及填筑標(biāo)準(zhǔn)

蓋重及壓滲土料選砂性土料，壓實(shí)后的相對(duì)密度要求≥0.60。

各段堤防填筑壓實(shí)干密度見(jiàn)表3。

表3 填筑壓實(shí)干密度

3.4 護(hù)坡工程設(shè)計(jì)

1)護(hù)坡設(shè)計(jì)原則：①城市堤段采用生態(tài)護(hù)坡；②迎風(fēng)頂流，沖刷嚴(yán)重堤段采用工程護(hù)坡；③險(xiǎn)工段采用工程護(hù)坡；④砂堤段采用工程護(hù)坡；⑤其他堤段采用草皮護(hù)坡。

2)護(hù)坡段范圍的確定：

依據(jù)上述原則，本次設(shè)計(jì)堤防工程護(hù)坡3處，長(zhǎng)度12.93km。護(hù)坡范圍統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表4。

表4 護(hù)坡情況統(tǒng)計(jì)表

3)護(hù)坡型式：

本著就地取材，經(jīng)濟(jì)合理，施工方便，能夠保證施工質(zhì)量并盡量降低工程造價(jià)及結(jié)合城市景觀的原則，初步擬定混凝土板、干砌石、雷諾護(hù)墊植草三種護(hù)坡型式進(jìn)行方案比較。混凝土板護(hù)坡厚15cm，下設(shè)礫石墊層10cm，其下鋪無(wú)紡布一層。干砌石護(hù)坡厚30cm，下設(shè)礫石墊層10cm，其下鋪無(wú)紡布一層。雷諾護(hù)墊厚30cm，下設(shè)礫石墊層10cm，其下鋪無(wú)紡布一層。

比較結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 護(hù)坡方案比較表

4)護(hù)坡型式比較結(jié)論：

預(yù)制混凝土板護(hù)坡具有外形美觀、施工便捷、整體性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)冰推有一定適應(yīng)能力，護(hù)坡板不易破壞，但造價(jià)比干砌石略高。

干砌石護(hù)坡屬于散體結(jié)構(gòu)，適應(yīng)變形能力較強(qiáng)，與混凝土板護(hù)坡相比造價(jià)較低。但是干砌石護(hù)坡要求石料比較堅(jiān)硬并耐風(fēng)化，實(shí)踐證明在東北地區(qū)由于凍脹、冰推力和風(fēng)浪的作用，干砌石護(hù)坡常遭到嚴(yán)重破壞。

雷諾護(hù)墊護(hù)坡施工方便，做護(hù)坡可有效防止石頭垮塌，增加結(jié)構(gòu)的抗沖刷能力，坡上植綠可增添景觀、綠化效果。缺點(diǎn)是與干砌石、混凝土板護(hù)坡相比造價(jià)較高。

結(jié)合城市景觀需求，本次設(shè)計(jì)采用雷諾護(hù)墊護(hù)坡，雷諾護(hù)墊上植草綠化。

5)雷諾護(hù)墊厚度計(jì)算：

石籠護(hù)坡厚度計(jì)算一般是根據(jù)波浪、水流沖擊下的穩(wěn)定性確定，根據(jù)《堤防工程手冊(cè)》中推薦的皮拉斯克(Pilarczyk，1990)公式計(jì)算：

(9)

計(jì)算結(jié)果雷諾護(hù)墊厚度δ=0.11m。

根據(jù)本地區(qū)以往類似工程經(jīng)驗(yàn)結(jié)合本次計(jì)算，本次設(shè)計(jì)取雷諾護(hù)墊厚度厚度為0.3m。

6)結(jié)構(gòu)型式：

雷諾護(hù)墊厚度30cm，下設(shè)砂礫石墊層10cm及400g/m2無(wú)紡布一層。固腳采用格賓石籠固腳，矩形斷面，寬0.6m，高1.0m。雷諾護(hù)墊上部鋪設(shè)10cm腐殖土，播撒草籽綠化。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前該項(xiàng)目尚未實(shí)施完成，待項(xiàng)目按照設(shè)計(jì)實(shí)施完成后將大大提高烏裕爾河堤防建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，加固工程存在的很多薄弱段，對(duì)現(xiàn)有防洪工程進(jìn)行合理布局，完善防洪體系，達(dá)到規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)。