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熊岳河堤防設(shè)計(jì)與施工淺析

2017-01-10 01:45:13孔凡生
水資源開發(fā)與管理 2016年6期
關(guān)鍵詞:堤頂護(hù)坡堤防

孔凡生

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司, 遼寧 沈陽(yáng) 110003)

熊岳河堤防設(shè)計(jì)與施工淺析

孔凡生

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司, 遼寧 沈陽(yáng) 110003)

本文根據(jù)有關(guān)規(guī)范資料,論述了堤防工程設(shè)計(jì)時(shí)由設(shè)計(jì)堤頂高程、風(fēng)浪要素、波浪爬高及風(fēng)壅增水高度分析計(jì)算方法,并對(duì)堤防施工進(jìn)行簡(jiǎn)要的論述,以達(dá)到提高堤防抗災(zāi)能力的要求。

熊岳河; 堤防設(shè)計(jì); 施工淺析

1 概 況

熊岳河自流進(jìn)入渤海,流經(jīng)營(yíng)口蓋州市和鲅魚圈區(qū)境內(nèi)。熊岳河發(fā)源于蓋州市楊運(yùn)鄉(xiāng)老冒山。熊岳河全長(zhǎng)42.5km,流域面積353.8km2,在熊岳鎮(zhèn)境內(nèi)長(zhǎng)約13km。熊岳鎮(zhèn)位于熊岳河的右岸。

熊岳河為季節(jié)性河流,每年汛期流量較大,其他月份流量較小。洪水期間,水流下切河床,對(duì)局部堤防的迎水坡腳造成破壞,攜帶泥砂下泄,對(duì)河道上的水工構(gòu)筑物有一定的影響。現(xiàn)狀的河道內(nèi)因常年采砂等原因,已改變了天然河床比降,河床局部呈起伏變化且深度高差較大,有的采砂坑已與地下水連通。

熊岳河的問題越來(lái)越突出:堤防標(biāo)準(zhǔn)偏低,工程不完整,水流湍急分散,卵石灘雜亂無(wú)章,彎道頂沖處岸坡極不穩(wěn)定。同時(shí),由于缺乏對(duì)河道的統(tǒng)一規(guī)劃管理,河道內(nèi)無(wú)序挖砂現(xiàn)象嚴(yán)重,致使已建堤防部分基礎(chǔ)沖刷淘蝕。現(xiàn)狀的熊岳河極易出險(xiǎn),威脅保護(hù)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全,影響沿岸廠礦、企事業(yè)單位正常生產(chǎn),制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。一旦潰決,經(jīng)濟(jì)損失巨大,后果嚴(yán)重。

因此,決定對(duì)熊岳河熊岳鎮(zhèn)段進(jìn)行綜合整治,提高其防洪抗災(zāi)的能力,為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生命財(cái)產(chǎn)提供保障,推動(dòng)該地區(qū)工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的健康發(fā)展。

2 水文及地質(zhì)情況

2.1 水文氣象

熊岳河流域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候,四季冷暖干濕分明,溫度變化較大。防洪工程所在的熊岳鎮(zhèn)有氣象觀測(cè)站,且為國(guó)家站網(wǎng),所以選用熊岳站資料統(tǒng)計(jì)氣候特征。

流域內(nèi)多年平均氣溫為9.3℃左右,11月至次年2月月平均氣溫在0℃以下,1月最冷,實(shí)測(cè)極端最低氣溫為1981年的-28.7℃;6—8月平均氣溫最高,平均氣溫高于20℃,極端最高氣溫為1961年的36.6℃。氣溫年內(nèi)變化較大,一般超過(guò)35℃,多年高低溫差大于65℃。

流域內(nèi)歷年最大風(fēng)速23.0m/s,風(fēng)向?yàn)镹。

流域內(nèi)多年最大積雪深度27cm,最大凍土深度105cm。

2.2 工程地質(zhì)

地貌單元屬于河道、河漫灘以及沖積階地等。場(chǎng)地地形從東向西逐漸降低,東側(cè)高程為25m左右,西側(cè)入??谔幐叱虨?.00m左右。

該場(chǎng)地從入海口向上游延伸長(zhǎng)度大約13.0km,地層分布由上游到下游顆粒粒徑逐步變細(xì)。在熊岳河南岸場(chǎng)地上游,河道內(nèi)地層主要為礫砂、圓礫,下游以粗砂地層為主,至河口段地層以中砂、粗砂為主。

3 存在的問題

3.1 堤防工程

熊岳河干流左右岸現(xiàn)有堤防48km,支流堤防南支6.5km,北支7.5km。在熊岳鎮(zhèn)段河道長(zhǎng)約13 km。背水側(cè)多為平地,局部堤段因采砂后形成深坑,堤高0.5~2.5m。局部段堤防已殘缺不全,且大部堤防迎水坡沒有護(hù)坡;有的堤段經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)吹雨淋損壞較重。主要存在以下問題:

a.熊岳河現(xiàn)狀的堤防標(biāo)準(zhǔn)較低,破壞嚴(yán)重,堤線模糊,個(gè)別堤頂寬度不足2m;民用電線桿東倒西歪地立在堤頂,民用建筑修在堤防上,且因?yàn)槲鳒鼐€公路的修建(部分從河道中通過(guò)),致使原有堤防被破壞;印染廠附近原有支流匯入口已被封堵,造成現(xiàn)有的過(guò)流斷面縮小,影響了汛期的正常行洪。

b.現(xiàn)有堤防部分堤段已經(jīng)破壞,堤身矮??;堤防為砂質(zhì)堤防,多年失修,風(fēng)吹雨沖,高程降低,斷面變小,且大多無(wú)護(hù)坡保護(hù),經(jīng)水流沖刷容易發(fā)生坍塌。

c.由于歷史原因以及人為采砂活動(dòng),造成原有堤防部分缺失。許多村屯失去堤防保護(hù),處在洪水威脅之中,上、下游堤防未形成完整的防洪體系。

d.背水坡側(cè)存在人為的采砂大深坑,致使堤防已形成管涌通道。洪水期間極易出險(xiǎn)。

3.2 護(hù)岸工程

熊岳河右岸原有部分干砌石護(hù)岸工程,但因西溫線公路的修建,將原護(hù)岸工程破壞。殘存干砌石防護(hù)段1500m。

4 堤防工程設(shè)計(jì)淺析

4.1 堤頂高程

堤頂高程=設(shè)計(jì)水位+堤頂超高。

堤頂超高用下式計(jì)算:

Y=R+e+A

式中Y——堤頂超高,m;

R——設(shè)計(jì)波浪爬高,m;

e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度,m;

A——安全加高,m,2級(jí)堤防A=0.8m。

(1) 風(fēng)浪要素按下列公式計(jì)算:

V——計(jì)算風(fēng)速,m/s;取汛期最大風(fēng)速21.3m/s的1.5倍;

F——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度,m;按風(fēng)向取兩岸最遠(yuǎn)距離,400m;

d——堤前平均水深,取2.0m。

(2) 波浪爬高按下式計(jì)算:

式中KΔ、KV、Kp——系數(shù),由《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)查得,KA=0.75、KV=1.28、KP=1.76;

m——斜坡坡率,取3.0;

d——堤前水深,取2.00m;

g——重力加速度,取9.81m/s。

經(jīng)計(jì)算:波浪爬高Rp=0.68m。

(3) 設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度e由下式計(jì)算:

式中e——設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度,m;

K——綜合摩阻系數(shù);取K=3.6×10-6;

V——設(shè)計(jì)風(fēng)速,取31.95m/s;

F——風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度,由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離,取最大距離400m;

d——平均水深,取2.0;

β——為風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角。

經(jīng)計(jì)算,設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度為0.024m。

由上得Y=RP+e+A=0.68+0.024+0.8=1.51m,根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)2級(jí)堤防堤頂超高不應(yīng)小于2.0m的要求,按規(guī)范取Y= 2.0m。

4.2 堤頂寬度、堤坡及筑堤材料

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)的規(guī)定,2級(jí)堤防堤頂寬度不宜小于6m。因此確定堤頂寬度為6m。

a. 老堤加高培厚。原老堤背水坡有的為地面或路面,選定堤頂寬度不小于6.0m,迎水坡坡比按1∶3.0設(shè)計(jì),放坡到濱河步道。堤型為砂礫石均質(zhì)堤,設(shè)計(jì)相對(duì)密度為0.65。

b.新筑堤。新筑堤為均質(zhì)土堤,迎水坡1∶3.0,放坡到濱河步道,背水坡1∶3.0,放坡到原狀地面,堤頂寬6.0m,堤型為粉質(zhì)黏土堤,設(shè)計(jì)壓實(shí)度為0.92。

c.路堤結(jié)合段。右岸堤防與西溫線公路交匯段,預(yù)留寬1.0m公路綠化帶,然后做堤防。路比堤高的地段,公路邊坡按1∶2.5設(shè)計(jì),與堤頂相接;堤比路高的地段,堤邊坡坡比按1∶3.0設(shè)計(jì),與公路的綠化帶相接;如果公路比堤防高程高20cm以內(nèi)的,則取公路與堤頂齊平。在路與堤防交匯處設(shè)相通的路口。

4.3 護(hù)腳

堤坡采用漿砌石擋土墻護(hù)腳。漿砌石擋墻高1.10m,底寬1.0m,頂寬0.48m,0.1m細(xì)石混凝土壓頂。

4.4 護(hù)坡

右岸堤防迎水坡(右堤)護(hù)坡采用厚10cm的聯(lián)鎖磚,下鋪400g/m2土工布,漿砌石護(hù)腳。背水坡采用植草護(hù)坡。

5 堤防施工概述

5.1 堤防填筑

施工單位在進(jìn)行土方填筑施工前要做好碾壓試驗(yàn)方案,根據(jù)碾壓試驗(yàn)確定試驗(yàn)參數(shù)。最終的試驗(yàn)結(jié)果用于填筑施工。

5.1.1 基本要求

填筑作業(yè)應(yīng)符合下列要求:

a.基面不平時(shí),按水平分層由底層向上逐層填筑,不得順著坡面鋪填;堤防橫斷基面坡度陡于1∶5 時(shí),應(yīng)將基面坡度削至緩于1∶5。

b.作業(yè)面鋪土、碾壓時(shí)應(yīng)分層進(jìn)行,整平作業(yè)時(shí)要配備人員和機(jī)械一同進(jìn)行,杜絕斷層出現(xiàn)。

c.相鄰工段的作業(yè)面施工最好均勻上升,如果工段間無(wú)法避免出現(xiàn)高差時(shí),坡面應(yīng)以斜面相接。

d.堤面鋪設(shè)的土料很干的時(shí)候,應(yīng)根據(jù)土料干濕情況進(jìn)行灑水濕潤(rùn)。

e.測(cè)量標(biāo)志樁在施工過(guò)程中要做好保護(hù),確保測(cè)量工作順利進(jìn)行。

f.堤身上的坡道在填筑完成后要進(jìn)行補(bǔ)缺口處理,必須將已經(jīng)板結(jié)老硬的堤土挖松,同新鋪設(shè)土料削坡、分層填筑及碾壓。

g.堤身填筑達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后,要進(jìn)行削坡和坡面碾壓處理,堤身與堤坡處理完好后應(yīng)將堤坑處理平整。

5.1.2 鋪料

鋪料作業(yè)應(yīng)符合下列要求:

a.應(yīng)按設(shè)計(jì)要求將土料鋪至規(guī)定部位。

b.輔料厚度宜通過(guò)碾壓試驗(yàn)確定。

c.筑堤料應(yīng)鋪到設(shè)計(jì)邊線以外,并且有足夠的超量:人工鋪料一般為10cm,機(jī)械鋪料一般為30cm。

5.1.3 壓實(shí)

壓實(shí)作業(yè)應(yīng)符合下列要求:

a.堤身填筑前要先做碾壓試驗(yàn),確定鋪土厚度、壓實(shí)遍數(shù)、灑水量及使用機(jī)械情況。

b.填身應(yīng)進(jìn)行分段填筑,標(biāo)明分段位置,防止漏壓、欠壓及過(guò)壓。鋪土層上下層分段位置要錯(cuò)開。

c.碾壓施工應(yīng)符合下列規(guī)定:

①碾壓機(jī)械的行進(jìn)方位要平行于堤軸線;

②分段、分片碾壓,相鄰作業(yè)面的搭接碾壓寬度,平行堤軸線方向不應(yīng)小于0.5m;垂直堤軸線方向不應(yīng)小于3m;

③振動(dòng)碾或履帶機(jī)械壓實(shí)作業(yè),宜采用進(jìn)退錯(cuò)距法,碾跡搭壓寬度應(yīng)大于10cm;

④碾壓機(jī)械在工作時(shí)要控制好行進(jìn)速度,不超過(guò)2km/h。

d.碾壓機(jī)械漏壓或壓不到的部位,要使用小型夯實(shí)機(jī)械進(jìn)行壓實(shí),夯實(shí)時(shí)應(yīng)采用連環(huán)套打法,碾壓面雙向套壓,碾壓面接縫處重合1/3;分段、分片夯實(shí)時(shí),碾壓面搭接寬度應(yīng)不小于1/3 碾壓面。

e.砂礫料壓實(shí)時(shí),灑水量宜為填筑方量的20%~40%;壓實(shí)施工宜用振動(dòng)碾。

5.1.4 雨天與低溫施工

雨天與低溫施工應(yīng)符合下列要求:

a.施工中遇下雨天氣時(shí),要及時(shí)壓實(shí)作業(yè)面,并將工作面做成中間高、兩側(cè)低的過(guò)渡面。黏性土填筑遇雨時(shí),要停止施工。

b.土堤不宜在負(fù)溫下填筑施工;如具備保溫措施時(shí),允許在氣溫不低于-10℃的情況下施工。

5.1.5 堤防護(hù)坡

聯(lián)鎖磚進(jìn)行護(hù)坡施工前應(yīng)先對(duì)堤坡進(jìn)行平整,客土置換30cm的種植土,然后鋪設(shè)土工布,土工布應(yīng)從上游向下游順?biāo)罱?。?lián)鎖磚鋪設(shè)時(shí)沿水流方向每隔50m應(yīng)設(shè)分隔縫一道。草坡護(hù)坡施工前應(yīng)先對(duì)堤坡進(jìn)行客土置換30cm,然后再采用條播的方式進(jìn)行種植。草種用量2.5kg/畝。播種時(shí)間宜在4—5月進(jìn)行。

5.1.6 雙絞格網(wǎng)施工

在橋基防護(hù)及橡膠壩的海漫段均采用雙絞格網(wǎng)進(jìn)行施工。

a.施工測(cè)量。平面位置允許誤差為±30mm~±40mm;高程允許誤差為±30mm;坡面不平整度的相對(duì)高差限差為±30mm。

b.網(wǎng)箱組裝。間隔網(wǎng)與網(wǎng)身應(yīng)呈90°相交,經(jīng)綁扎形成長(zhǎng)方形或正方形網(wǎng)箱組或網(wǎng)箱??奂蚪壴摻z必須與網(wǎng)絲同材質(zhì)。組裝后的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

c.填充料。網(wǎng)箱內(nèi)所填石料的尺寸和強(qiáng)度必須符合設(shè)計(jì)要求。填充料質(zhì)量應(yīng)符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》(SL 251—2000)的規(guī)定。非裸露部位可以適當(dāng)用些廢混凝土碎塊或耐風(fēng)化的建筑廢料作為填充料。網(wǎng)箱應(yīng)控制在粒徑8~25cm范圍的占80%以上,其余以良好級(jí)配的碎石填滿空隙。

5.1.7 堤頂?shù)缆?/p>

堤頂砂石路面施工應(yīng)在筑堤完成之后進(jìn)行。按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行砂礫料的填筑,按規(guī)范進(jìn)行碾壓,基底用粗料,面層用細(xì)料。

6 結(jié) 語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)熊岳河的綜合整治,提高了其防洪抗災(zāi)能力。同時(shí)結(jié)合城區(qū)規(guī)劃修建擋水建筑物,攔蓄地表水,美化環(huán)境,涵養(yǎng)地下水,消除不安全因素,為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生命財(cái)產(chǎn)提供保障,推動(dòng)該地區(qū)的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的健康發(fā)展。

[1] 李文家.黃河下游大堤設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)分析[J].人民黃河,1987(6).

[2] 于強(qiáng)生.關(guān)于堤防工程的級(jí)別及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的說(shuō)明[J].水利技術(shù)監(jiān)督,1999(4).

[3] 張素仁.南云中河三、四干渠河道堤防設(shè)計(jì)[J].山西水利,2016(4).

[4] 周風(fēng)華,關(guān)靖,李勇昌.西寧市北川河綜合治理工程設(shè)計(jì)探索[J].中國(guó)水利,2015(4).

[5] 張寅虎.護(hù)岸堤防設(shè)計(jì)計(jì)算分析實(shí)例探討[J].中國(guó)水運(yùn)(下半月),2015(6).

Analysis on embankment design and construction in Xiongyue River

KONG Fansheng

(Liaoning River Water Conservancy and Hydropower Project Construction Supervision Co., Ltd.,Shenyang110003,China)

In the paper, analysis calculation methods of designed levee top elevation, wave elements, wave climbing height, wind bank water increase height are discussed according to related specification and information. Embankment construction is briefly described to improve disaster resistance ability of the embankment.

Xiongyue River; embankment design; analysis on construction

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.06.016

TV871

A

2096- 0131(2016)06- 0051- 04

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