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大沙河老古溝橋-武營橋段河道治理堤防設(shè)計

2021-05-28 07:11
陜西水利 2021年4期
關(guān)鍵詞:大沙河支流干流

賈 鵬

(丹東市振安區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心,遼寧 丹東 118000)

1 河道概況

大沙河為鴨綠江一級支流,河道起點位置為五龍山的陶家溝,由西北向東南流經(jīng)五龍背、蛤蟆塘等,終點匯入鴨綠江干流。大沙口徑流面積220.94 km2,河道長度30.32 km,河道平均比降3.17‰。本次河道治理位于振安區(qū)樓房鎮(zhèn),治理范圍是老古溝大橋下游至武營橋上游之間的左岸,武營橋以上大沙河集水面積188 km2,河道長度26.70 km,平均比降4.33‰。河道治理段現(xiàn)狀與存在的主要問題有[1]:(1)干流河段部分迎水面無任何護(hù)砌,迎水坡無防護(hù)段河岸長期遭受河水沖刷,易造成岸坡失穩(wěn)脫坡,岸線后退,加重水土流失;(2)原干砌石段干砌石石塊老化破碎,砌筑零散,且均無反濾墊層、無護(hù)腳。無反濾墊層的干砌石內(nèi)部土壤的細(xì)小顆粒易被帶走而引起岸坡塌陷,無護(hù)腳的干砌石段遇急流沖刷,坡上石塊易脫坡,抗沖刷能力弱;(3)干流堤防存在缺口段2處,長度分別為5 m和11 m,汛期流域不封閉,對其后農(nóng)田、居民等生命財產(chǎn)將造成威脅。本文從河道現(xiàn)狀及存在的問題出發(fā),進(jìn)行工程總體布置、護(hù)堤方案比選,并進(jìn)行堤防穩(wěn)定計算分析,為大沙河河道整治提供一手資料。

2 工程地質(zhì)條件

本工程位于大沙河左岸上,地貌單元為大沙河河床及一級階地,地形起伏相對較大,地勢西北高東南低,工程段內(nèi)河道受河流側(cè)向有一定的侵蝕,略有彎曲。通過勘察可知,本場地的地層從上到下分別為素填土、地基的卵石、碎石土及風(fēng)化巖。根據(jù)室內(nèi)土工試驗可知,堤身素填土的現(xiàn)狀干密度為1.67 g/cm3,孔隙比為0.587。這種土的最大干密度為1.85 g/cm3,最小干密度為1.54 g/cm3,相對密度0.46,故堤身填土的密實度較低。滲透系數(shù)為8.9×10-3cm/s,中等透水,當(dāng)河床內(nèi)水位升高、壓力增大時,水易滲透到堤內(nèi),當(dāng)河床內(nèi)水位快速下降時形成的水頭差將堤內(nèi)的部分細(xì)顆粒帶走,因此應(yīng)對其進(jìn)行反濾處理。該堤身素填土滲透變形為流土型,允許水力比降取0.40。

本工程堤防和排涵基礎(chǔ)坐落在卵石層(樁號3+894~4+484基礎(chǔ)為碎石土層),其中卵石層滲透性等級為強(qiáng)透水性,滲透變形為管涌型,在河床內(nèi)水位升高的情況下,水易通過卵石層滲漏到堤外。整個工程場地內(nèi),堤基及排涵建基層層面比較平緩,層位起伏不大,物理力學(xué)性質(zhì)較好,承載力較高,因此堤基與閘基的抗滑穩(wěn)定性較好,但在高水頭作用下,卵石層及碎石土層中含有的細(xì)顆粒的砂容易被水沖刷。因此,在河堤設(shè)計時,進(jìn)行堤防滲透及抗滑穩(wěn)定計算分析至關(guān)重要。

3 河堤設(shè)計研究

3.1 工程總體布置

本次治理河段起點位于大沙河武營橋(干流樁號0+000),終點位于上游炮守營支流高速橋二(支流樁號1+000),共治理干、支流河道治理長度6.716 km,其中,干流河道全長5.143 km(干流樁號0+000~干流樁號5+143);支流B河道全長0.573 km(支流B樁號0+000~0+573),炮守營支流河道全長1.0 km(支流樁號0+000~支流樁號1+000),具體工程布置情況見表1。

表1 大沙河治理段工程布置情況表

3.2 堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 筑堤材料與土堤填筑標(biāo)準(zhǔn)

筑堤材料與土堤填筑標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《堤防設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)對筑堤材料與土堤填筑標(biāo)準(zhǔn)的要求[2],本工程筑堤土料不得含有植物根莖、磚瓦垃圾等雜質(zhì),土堤填筑要求分層碾壓,分層厚度取0.3 m~0.4 m,非粘性土相對密度不小于0.60,粘性土壓實度不小于0.91,堤防填筑段應(yīng)預(yù)留200 mm沉降量。擋水段堤防(指10 a一遇設(shè)計洪水位高于后坡地勢段)需要重新碾壓,碾壓起始高程為后坡地勢高程+0.3 m,擋水段堤防重新碾壓段工程布置見表2。

表2 擋水段堤防重新碾壓段工程布置表

3.2.2 護(hù)砌方案比較及選擇

(1)工程整體護(hù)砌方案比選

根據(jù)目前常用的護(hù)砌材料,擬選用綠濱墊護(hù)坡(方案一)、現(xiàn)澆砼塊護(hù)坡(方案二)兩種護(hù)砌形式進(jìn)行方案比較,兩種護(hù)坡型式的適用范圍及特點比較見表3,護(hù)坡方案不同型式造價比較見表4。

表3 護(hù)坡型式的適用范圍及特點表

表4 護(hù)坡方案不同型式造價比較表

通過上面2個表的比較情況來看,選擇綠濱墊護(hù)坡既滿足工程經(jīng)濟(jì)條件,又適應(yīng)近年來生態(tài)理念恢復(fù)治理的措施,因此選擇方案一作為大沙河河道治理的推薦方案。

3.2.3 護(hù)砌斷面設(shè)計

大沙河干流左岸堤頂寬6.0 m,炮守營支流堤頂寬3.0 m,戧臺寬4.0 m,本次考慮鋪設(shè)100 mm風(fēng)化砂路面,大沙河干流及炮守營支流迎背水側(cè)坡比1∶2.0,設(shè)計水位(P=10%)以上撒草籽,設(shè)計水位(P=10%)以下戧臺以上鋪設(shè)60 mm植草磚,戧臺以下鋪設(shè)綠濱墊3.0 m×2.0 m×0.3 m(長×寬×高),下設(shè)100 mm厚卵石墊層,及300 g/m2土工布,護(hù)腳采用長×寬×高分別為3.0 m×1.0 m×1.0 m固濱籠護(hù)腳,在綠濱墊護(hù)坡鋪設(shè)完成后,在其上鋪設(shè)100 mm清基腐殖土,河岸護(hù)砌典型斷面設(shè)計圖見圖1。

圖1 河岸護(hù)砌典型斷面設(shè)計圖

支流B左右岸均采用植物措施:自岸頂向下間距1 m×1 m梅花狀排列2排紫穗槐,每樹坑種植三顆。對于堤坡上的樹木,如果在綠濱墊護(hù)砌范圍以內(nèi)均清除(挖除樹根),如果在綠濱墊護(hù)砌范圍以外,死樹清除(挖除樹根),活樹保留原狀。

4 堤防穩(wěn)定計算

4.1 滲流及滲透穩(wěn)定計算

(1)透水地基均質(zhì)土堤浸潤線計算

在透水地基上的均質(zhì)土堤,下游無排水設(shè)備,計算公式采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-98)中公式計算,滲流計算按透水堤基均質(zhì)土堤考慮,計算依據(jù)本工程地質(zhì)條件,因k

表5 土堤浸潤線坐標(biāo)表

表6 滲流計算成果表

圖2 左岸樁號1+015滲流圖

(2)背水坡滲流出口比降計算

本地區(qū)下臥層為透水地基,則透水地基均質(zhì)土堤坡面滲流比降同樣可采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中的計算公式進(jìn)行計算,滲透破壞的允許滲透坡降,根據(jù)本工程地質(zhì)土工試驗和計算結(jié)果,該堤身素填土滲透變形為流土型,允許水力比降取0.40,堤基為卵石層,滲透變形為管涌型,允許水力比降取0.15。經(jīng)計算可得滲流比降成果表7。

表7 滲流比降成果表

根據(jù)表7滲流比降成果表可以看出,J

4.2 堤防抗滑穩(wěn)定計算

土堤抗抗滑穩(wěn)定計算采用理正軟件CAD-邊坡穩(wěn)定分析3.0版計算,計算時不考慮條塊間的作用力,計算時各土條濕容重及飽和容重均按照土層變化,計算以樁號1+015為典型斷面進(jìn)行計算,見圖3。計算工況可分為正常情況和非正常情況[3],正常情況主要為:①設(shè)計洪水位下穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡;②設(shè)計洪水位驟降期的迎水側(cè)堤坡;非正常情況主要為:③施工期的迎水側(cè)堤坡;④施工期的背水側(cè)堤坡。

土堤抗滑穩(wěn)定分析計算以工況二簡圖(圖3:左岸樁號1+015抗滑穩(wěn)定圖)為例,抗滑穩(wěn)定安全系成果見表8。

圖3 左岸樁號1+015抗滑穩(wěn)定圖(以工況二為例)表8 大沙河土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

表8 大沙河土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)成果表

通過計算可知,所求得的安全系數(shù)均大于允許值,滿足抗滑穩(wěn)定要求。

5 結(jié)論與建議

通過地質(zhì)勘查、方案比選設(shè)計及穩(wěn)定計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行河道堤防設(shè)計,并于2017年開工,2018年完建,河道治理后提高了河道行洪能力和抵御洪水的能力,保證了兩岸及下游人民的生命財產(chǎn)安全。

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