方海霞

(喀什第三師勘測設(shè)計研究院有限責任公司， 新疆 喀什 844000)

東河灘防洪堤設(shè)計與施工淺析

方海霞

(喀什第三師勘測設(shè)計研究院有限責任公司， 新疆 喀什 844000)

東河灘防洪堤是葉爾羌河下游的典型工程，其堤基土主要由低液限粉土和細(粉)砂組成，堤防沿線低液限粉土不均勻系數(shù)小于5，地層抗沖刷能力弱。設(shè)計施工中，選用水平+垂直基礎(chǔ)防護措施，采用槽孔混凝土連續(xù)墻，并在墻前填卵石格賓籠，以保障工程效果。設(shè)計中線性插值法、水位流量關(guān)系曲線等均有代表性應(yīng)用。

粉細砂河床； 堤基； 岸坡防護； 線性插值法； 水位流量關(guān)系曲線

1 引 言

葉爾羌河位于新疆西南部，發(fā)源于喀喇昆侖山脈，是塔里木河源流之一。該河洪峰流量大(1961年實測洪峰流量6270m3/s)，而下游平原現(xiàn)有防洪工程設(shè)施簡陋，抗洪能力弱。為加強葉爾羌河下游平原地區(qū)防洪工程建設(shè)，提高抗洪能力，組織編制了《新疆葉爾羌河防洪規(guī)劃報告》。報告中指出葉爾羌河下游粉細砂河床的基礎(chǔ)及岸坡防護是防洪工程的關(guān)鍵。

東河灘防洪堤位于葉爾羌河流域的中下游，麥蓋提縣境內(nèi)，距縣城約6km，地理位置為東經(jīng)77°35′、北緯38°53′。工程區(qū)地形平坦，地面高程在1176.00～1181.00m之間，地勢由西南向東北傾斜，自然坡降1/2000～1/3000，基礎(chǔ)為典型粉細砂河床。

防洪堤從麥蓋提葉河大橋始沿河向上游右岸延伸，規(guī)劃長度5km，其主要任務(wù)是防止洪水從右岸漫溢，保障麥蓋提縣縣城的防洪能力。

2 地質(zhì)條件分析

2.1 地形地貌

葉爾羌河?xùn)|河灘段位河道寬淺，多淺灘和沙洲，水流散亂。河谷寬0.9～1.05km，最寬河段近3km。河床以細(粉)砂為主，地貌單元為沖洪積扇傾斜平原前緣與平原區(qū)細土帶過渡。兩岸發(fā)育侵蝕堆積階地，階面較為平坦，多耕地、低洼田地。

2.2 基地層巖性

防洪堤沿線地層結(jié)構(gòu)根據(jù)《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》(SL 188—2005)附錄C中堤基的地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類標準，可劃分為雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ)類，地層結(jié)構(gòu)上部為灰黃色低液限粉土，下部為河流相沖積砂層，以青灰色細(粉)砂為主。

地層結(jié)構(gòu)可分為兩層：第一層，低液限粉土，灰黃色—灰色，呈稍密—中密，濕狀態(tài)，埋深為自然地面以下0～1.5m，層厚0～1.5m；第二層，細(粉)砂層，灰黑色—青灰色，呈松散—稍密—中密，濕—飽和狀態(tài)。

2.3 堤基土物理力學(xué)性質(zhì)

防洪堤沿線的堤基土主要由低液限粉土和細(粉)砂組成。低液限粉土天然含水量21.9%～28.4%，天然密度1.73～1.89g/cm3，干密度為1.41～1.49g/cm3，孔隙比0.846～0.950，塑性指數(shù)5.6～6.7，壓縮系數(shù)0.29～0.38MPa-1，壓縮模量5.13～6.37MPa，黏聚力2.2～2.7kPa，內(nèi)摩擦角22.1°～24.1°，滲透系數(shù)6.82×10-4～9.01×10-4cm/s。地基承載力特征值建議取fak=90kPa。細(粉)砂天然含水量28.2%～31.2%，天然密度1.81～1.93g/cm3，干密度1.41～1.51g/cm3，孔隙比0.788～0.915，滲透系數(shù)4.79×10-3～7.19×10-3cm/s，相對密度0.324～0.621g/cm3。地基承載力特征值建議取fak=130kPa。

2.4 水文地質(zhì)條件

地下水的補給來源主要是葉爾羌河河水的垂向入滲和側(cè)向補給，地下水補給量大。由于地勢較低，地下水位較高。水循環(huán)條件差，降水稀少，主要排泄方式為蒸發(fā)和蒸騰。在勘察深度內(nèi)，東河灘防洪段地下水位埋深為自然地面以下0～0.7m，地下水位高程1174.92～1176.67m。地下水類型為潛水，含水介質(zhì)主要為低液限粉土和細(粉)砂。

3 工程設(shè)計與施工

3.1 堤防沿線工程地質(zhì)評價

3.1.1 堤防沿線滲漏評價

根據(jù)《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》(SL 188—2005)附錄D中土的滲透變形判別。堤防沿線低液限粉土屬細粒土(粒徑大于0.1mm的土粒質(zhì)量為8.8%，小于總質(zhì)量的50%)、細(粉)砂屬粗粒土(粒徑大于0.1mm的土粒質(zhì)量為81.9%～84.0%，超過總質(zhì)量的50%)，不均勻系數(shù)為3.062～3.244<5。符合附錄D.0.1細粒土與不均勻系數(shù)不大于5的粗粒土的滲透變形為流土的規(guī)定。故沿線土的滲透變形類型為流土。

根據(jù)附錄D.0.3條計算低液限粉土層的臨界水力比降：

(1-0.49)=0.90

根據(jù)附錄D.0.4確定允許水力比降。臨界水力比降除安全系數(shù)2.0得出允許水力比降為0.45，建議取0.36。

3.1.2 堤防抗沖穩(wěn)定性評價

根據(jù)堤防沿線鉆孔揭露，堤身地層巖性主要為低液限粉土、細(粉)砂，地層巖性上部主要為低液限粉土，下部為細(粉)砂，抗沖刷能力較弱。根據(jù)沿線地層巖性，洪水期對堤防已構(gòu)成嚴重威脅，堤防抗沖能力大大減弱。東河灘防洪段實測局部最大河流沖刷深度為13.7m。

3.1.3 堤防邊坡穩(wěn)定性評價

堤防沿線地層巖性主要為低液限粉土和細(粉)砂。對堤防沿線進行全線勘察，并做了大量室內(nèi)內(nèi)摩擦角和天然休止角試驗。低液限粉土的內(nèi)摩擦角為19.8°～24.7°，細(粉)砂的天然休止角為22°～25°。東河灘防洪段采用槽孔混凝土連續(xù)墻，并在墻前填卵石格賓籠防沖。防洪堤高度1.0～1.5m時，內(nèi)邊坡系數(shù)1.5，外邊坡系數(shù)1.25；防洪堤高度1.5m以上時，內(nèi)邊坡系數(shù)2.5，外邊坡系數(shù)2.0。

3.1.4 堤基工程地質(zhì)條件分類

防洪堤堤基沿線地層結(jié)構(gòu)為雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ)類，地層結(jié)構(gòu)上部為灰黃色低液限粉土，下部為河流相沖積砂層，以青灰色細(粉)砂為主，抗沖刷能力較弱，局部最大沖刷深度實測為13.7m，洪水期對堤基穩(wěn)定性已構(gòu)成嚴重威脅。由于河道淤積及多年來防洪筑堤在壩后取土等原因，致使防洪堤后地面高程比河床高程低約1.00～2.00m，而且多年來只對防洪堤進行防沖處理，而對堤基未做任何處理。東河灘防洪段歷史險情普遍，河水沖刷嚴重，歷年防洪搶險任務(wù)艱巨，根據(jù)《堤防工程地質(zhì)勘察規(guī)程》(SL 188—2005)附錄E堤基工程地質(zhì)條件分類東河灘防洪段可劃分為D類。

3.2 工程等級設(shè)定與總體布置

東河灘防洪堤擬定防洪標準為20年一遇，設(shè)計洪峰流量2590m3/s，堤防工程級別為Ⅳ等、小(1)型工程。工程區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，設(shè)計烈度為Ⅶ度，地震動峰值加速度為0.10g。

東河灘防洪堤是兵地合建工程，分兩期實施，一期防洪堤長1.899km，樁號159+135～161+024；二期防洪堤長0.6km，樁號159+135～158+535。目前，大橋上游150m護岸也需進行防護，考慮與已建成防洪堤的平順連接，盡量不束窄河道，便于施工。防洪堤線與壩軸線平行，在原防洪堤外邊坡坡腳外30～50m范圍內(nèi)新筑防洪堤，堤防長1.02km，護坡1.02km，樁號范圍161+024～162+044。

根據(jù)葉爾羌河?xùn)|河灘段位的地質(zhì)條件分析，選擇適應(yīng)于東河灘防洪堤的水平+垂直基礎(chǔ)防護措施，從而達到河道整治、工程安全的目的。

3.3 設(shè)計參數(shù)選定

3.3.1 斷面設(shè)計洪峰

a.線性插值法。場址斷面無實測水文資料，根據(jù)工程河段自依干其站至艾力克塔木站洪峰流量逐漸減小的規(guī)律，以參證站設(shè)計洪峰流量作為控制，采用線性插值法推求設(shè)計洪峰流量。采用依干其站、48團渡口站、艾力克塔木站作為參證站，推求工程場址設(shè)計洪峰流量。計算公式如下：

(1)

式中Qp——插值斷面設(shè)計洪峰流量，m3/s；

Qsp——上游參證站設(shè)計洪峰流量，m3/s；

Qxp——下游參證站設(shè)計洪峰流量，m3/s；

L——上游與工程場址斷面間距；

Lsx——上游參證站與下游參證站間距。

東河灘防洪堤起點(樁號161+024)距離上游依干其渡口站(樁號93+000)68km，距離下游48團渡口站(樁號284+0)123km，以依干其站、48團渡口站、艾力克塔木站的設(shè)計洪峰成果按河段距離內(nèi)插計算工程場址斷面不同頻率設(shè)計洪峰流量，見表1。

b.阿爾塔什水庫運用工況下的設(shè)計洪水分析。阿爾塔什水庫位處葉爾羌河干流以上55km處，規(guī)劃總庫容29.6億m3，具有多年調(diào)節(jié)功能。該水庫建成后對洪水調(diào)節(jié)作用明顯，當河道洪水20年一遇時(洪峰流量5590m3/s)，下泄流量1750m3/s，當河道洪水小于50年一遇時(洪峰流量7390m3/s)，下泄流量4214m3/s?？紤]洪水沿程遞減變化，計算節(jié)點斷面設(shè)計洪水小于下泄洪水，并且遠遠小于線性插值法計算結(jié)果。從工程安全考慮，選用線性插值法，以下僅做初步推算，以進行對比分析。

當河道洪水20年一遇時，阿爾塔什水庫出庫下泄洪水1750m3/s，根據(jù)阿爾塔什專用站和卡群站的關(guān)系，推求下泄洪水至喀群站時為1800m3/s。

采用線性插值法計算161+024、312+000、342+000斷面5%頻率設(shè)計洪水與卡群站相應(yīng)頻率設(shè)計洪水沿程變化，近似推算運用工況下設(shè)計洪水，成果見表2。

3.3.2 斷面設(shè)計洪水位

根據(jù)東河灘防洪堤場址各斷面的水位流量關(guān)系曲線表，查設(shè)計流量對應(yīng)的設(shè)計洪水位，設(shè)計洪水位成果見表3。

3.3.3 平均流速

各計算斷面平均流速用設(shè)計流量和相應(yīng)設(shè)計水位的斷面面積推求，計算結(jié)果見表4，公式為：

(2)

式中v——斷面平均流速，m/s；

Q——計算斷面設(shè)計流量，m3/s；

A——計算斷面面積，m2。

3.3.4 防洪設(shè)計

東河灘防洪堤采用梯形斷面的土堤，迎水坡1∶2.5、背水坡1∶2.0。迎水坡采用現(xiàn)澆混凝土板護坡，混凝土板厚20cm，強度C20，抗凍等級F150，抗?jié)B等級W6；混凝土板下鋪設(shè)一布一膜，膜厚0.3mm，布重200g/m2，土工膜下鋪設(shè)50cm厚砂墊層抗凍脹；封頂寬度0.5m，厚度0.1m，混凝土強度C20，抗凍等級F150；沿護坡縱向每隔100m設(shè)一道厚1000mm的現(xiàn)澆隔墻，隔墻混凝土強度為C20，抗凍等級F150，抗?jié)B等級W6。

基礎(chǔ)防沖措施為采用0.6m厚、15m深槽孔混凝土防滲連續(xù)墻，墻前填1.8m深、15m長卵石格賓籠鋪蓋。根據(jù)堤身穩(wěn)定、防汛搶險、物料運輸儲存等要求，東河灘防洪堤堤頂寬10.0m，路面凈寬7.0m，兩側(cè)各設(shè)0.3m寬的路沿石，路肩寬1.2m。路面結(jié)構(gòu)為0.2m厚的混凝土加0.25m砂礫石。

3.4 工程施工

3.4.1 施工導(dǎo)流及排水

東河灘防洪堤根據(jù)壩軸線方案比較，選擇在原防洪堤外邊坡坡腳外30～50m范圍內(nèi)新筑防洪堤，利用現(xiàn)狀防洪堤作為導(dǎo)流堤。

東河灘防洪堤建設(shè)中，為保障格賓卵石籠施工順利，需將基坑積水及時排除，由于河道地下水位較高、水量豐富，針對粉細砂地基采用井點排水方法降低地下水水位。

3.4.2 施工配套

主體工程為防洪堤堤身和防洪堤基礎(chǔ)防沖工程。各施工場地、臨時設(shè)施、生活區(qū)、輔助生產(chǎn)系統(tǒng)、倉庫等可在防洪工程附近布置，施工場地開闊。施工用水和生活用水可從就近河道抽取或從附近居民區(qū)拉運。自備電(60kW發(fā)電機)占20%，電網(wǎng)電占80%。

4 結(jié) 語

為保障葉爾羌河下游防洪安全，東河灘防洪堤的設(shè)計與施工迫在眉睫。經(jīng)地質(zhì)評價分析可知：東河灘段位堤基土主要由低液限粉土和細(粉)砂組成，地層為雙層結(jié)構(gòu)(Ⅱ)類，上部為低液限粉土，下部為沖積砂層，地基承載力特征值為130kPa；堤防沿線低液限粉土不均勻系數(shù)小于5，滲透變形為流土，地層巖性抗沖刷能力較弱。

設(shè)計施工中，選用水平+垂直基礎(chǔ)防護措施，采用槽孔混凝土連續(xù)墻與在墻前填卵石格賓籠，以保障工程效果。防洪堤參數(shù)核定過程中，采用線性插值法推求設(shè)計洪峰流量，依據(jù)防洪堤場址各斷面水位流量關(guān)系曲線，選定對應(yīng)的設(shè)計洪水位，并計算平均流速。同時，根據(jù)防洪設(shè)計的具體要求，合理安排施工導(dǎo)流及排水和配套措施。

[1] 王志武.粉細砂土浸水路堤邊坡防護[J].西部探礦工程,2003,15(4):174-175.

[2] 李發(fā)領(lǐng),周向陽,軒峰,等.岸坡防護工程基礎(chǔ)淘刷防護技術(shù)探討[C]//水利部淮河水利委員會科學(xué)技術(shù)委員會成立大會暨淮河研究會學(xué)術(shù)研討會,2004.

[3] 李傳鐸,熊義輝.粉細砂地基的水工建筑基礎(chǔ)處理新技術(shù)[J].中國農(nóng)村水利水電,1994(11):26-28.

On levee design and construction in east flood land

FANG Haixia

(KashgarNo.3DivisionSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd.,Kashgar844000,China)

The levee of east flood land is a typical project on the downstream area of Yarkant River. The levee foundation soil is composed of low liquid limit silt and fine sand (powder) mainly. The non-uniform coefficient of low liquid limit silt along the levee is less than 5. The stratigraphic anti-scouring ability is weak. Level + vertical foundation protective measures are selected in design and construction. Slot concrete continuous wall is adopted. Pebble garbion cages are filled in front of walls in order to ensure the engineering effect. Linear interpolation method, water level flow relationship curve, etc. are applied typically in design.

silty sand bed; levee foundation; riverbank protection; linear interpolation method; water level flow relationship curve

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.04.007

TV871

A

1005-4774(2017)04- 0025- 04