熊岳河堤防設計與施工淺析

孔凡生

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司， 遼寧 沈陽 110003)

熊岳河堤防設計與施工淺析

孔凡生

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司， 遼寧 沈陽 110003)

本文根據有關規范資料，論述了堤防工程設計時由設計堤頂高程、風浪要素、波浪爬高及風壅增水高度分析計算方法，并對堤防施工進行簡要的論述,以達到提高堤防抗災能力的要求。

熊岳河； 堤防設計； 施工淺析

1 概 況

熊岳河自流進入渤海，流經營口蓋州市和鲅魚圈區境內。熊岳河發源于蓋州市楊運鄉老冒山。熊岳河全長42.5km，流域面積353.8km2，在熊岳鎮境內長約13km。熊岳鎮位于熊岳河的右岸。

熊岳河為季節性河流，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，對局部堤防的迎水坡腳造成破壞，攜帶泥砂下泄，對河道上的水工構筑物有一定的影響。現狀的河道內因常年采砂等原因，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。

熊岳河的問題越來越突出：堤防標準偏低，工程不完整，水流湍急分散，卵石灘雜亂無章，彎道頂沖處岸坡極不穩定。同時，由于缺乏對河道的統一規劃管理，河道內無序挖砂現象嚴重，致使已建堤防部分基礎沖刷淘蝕。現狀的熊岳河極易出險，威脅保護區人民生命財產安全，影響沿岸廠礦、企事業單位正常生產，制約了當地經濟的發展。一旦潰決，經濟損失巨大，后果嚴重。

因此，決定對熊岳河熊岳鎮段進行綜合整治，提高其防洪抗災的能力，為當地的經濟發展及人民生命財產提供保障，推動該地區工、農業生產的健康發展。

2 水文及地質情況

2.1 水文氣象

熊岳河流域屬溫帶大陸性季風氣候，四季冷暖干濕分明，溫度變化較大。防洪工程所在的熊岳鎮有氣象觀測站，且為國家站網，所以選用熊岳站資料統計氣候特征。

流域內多年平均氣溫為9.3℃左右，11月至次年2月月平均氣溫在0℃以下，1月最冷，實測極端最低氣溫為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℃。氣溫年內變化較大，一般超過35℃，多年高低溫差大于65℃。

流域內歷年最大風速23.0m/s，風向為N。

流域內多年最大積雪深度27cm，最大凍土深度105cm。

2.2 工程地質

地貌單元屬于河道、河漫灘以及沖積階地等。場地地形從東向西逐漸降低，東側高程為25m左右，西側入海口處高程為0.00m左右。

該場地從入海口向上游延伸長度大約13.0km，地層分布由上游到下游顆粒粒徑逐步變細。在熊岳河南岸場地上游，河道內地層主要為礫砂、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有堤防48km，支流堤防南支6.5km，北支7.5km。在熊岳鎮段河道長約13 km。背水側多為平地，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坡；有的堤段經長期風吹雨淋損壞較重。主要存在以下問題：

a.熊岳河現狀的堤防標準較低，破壞嚴重，堤線模糊，個別堤頂寬度不足2m；民用電線桿東倒西歪地立在堤頂，民用建筑修在堤防上，且因為西溫線公路的修建(部分從河道中通過)，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，造成現有的過流斷面縮小，影響了汛期的正常行洪。

b.現有堤防部分堤段已經破壞，堤身矮小；堤防為砂質堤防，多年失修，風吹雨沖，高程降低，斷面變小，且大多無護坡保護，經水流沖刷容易發生坍塌。

c.由于歷史原因以及人為采砂活動，造成原有堤防部分缺失。許多村屯失去堤防保護，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。

3.2 護岸工程

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

4 堤防工程設計淺析

4.1 堤頂高程

堤頂高程=設計水位+堤頂超高。

堤頂超高用下式計算：

Y=R+e+A

式中Y——堤頂超高，m;

R——設計波浪爬高，m；

e——設計風壅增水高度，m；

A——安全加高，m，2級堤防A=0.8m。

(1) 風浪要素按下列公式計算：

V——計算風速，m/s；取汛期最大風速21.3m/s的1.5倍；

F——風區長度，m；按風向取兩岸最遠距離，400m；

d——堤前平均水深，取2.0m。

(2) 波浪爬高按下式計算：

式中KΔ、KV、Kp——系數，由《堤防工程設計規范》(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。

經計算：波浪爬高Rp=0.68m。

(3) 設計風壅增水高度e由下式計算：

式中e——設計風壅增水高度，m；

K——綜合摩阻系數；取K=3.6×10-6；

V——設計風速，取31.95m/s；

F——風區長度，由計算點逆風向量到對岸的距離,取最大距離400m；

d——平均水深，取2.0；

β——為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角。

經計算，設計風壅增水高度為0.024m。

由上得Y=RP+e+A=0.68+0.024+0.8=1.51m，根據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)2級堤防堤頂超高不應小于2.0m的要求，按規范取Y= 2.0m。

4.2 堤頂寬度、堤坡及筑堤材料

依據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)的規定，2級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設計，放坡到濱河步道。堤型為砂礫石均質堤，設計相對密度為0.65。

b.新筑堤。新筑堤為均質土堤，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，堤型為粉質黏土堤，設計壓實度為0.92。

c.路堤結合段。右岸堤防與西溫線公路交匯段，預留寬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設計，與堤頂相接；堤比路高的地段，堤邊坡坡比按1∶3.0設計，與公路的綠化帶相接；如果公路比堤防高程高20cm以內的，則取公路與堤頂齊平。在路與堤防交匯處設相通的路口。

4.3 護腳

堤坡采用漿砌石擋土墻護腳。漿砌石擋墻高1.10m，底寬1.0m，頂寬0.48m，0.1m細石混凝土壓頂。

4.4 護坡

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

5 堤防施工概述

5.1 堤防填筑

施工單位在進行土方填筑施工前要做好碾壓試驗方案，根據碾壓試驗確定試驗參數。最終的試驗結果用于填筑施工。

5.1.1 基本要求

填筑作業應符合下列要求：

a.基面不平時，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，應將基面坡度削至緩于1∶5。

b.作業面鋪土、碾壓時應分層進行，整平作業時要配備人員和機械一同進行，杜絕斷層出現。

c.相鄰工段的作業面施工最好均勻上升，如果工段間無法避免出現高差時，坡面應以斜面相接。

d.堤面鋪設的土料很干的時候，應根據土料干濕情況進行灑水濕潤。

e.測量標志樁在施工過程中要做好保護，確保測量工作順利進行。

f.堤身上的坡道在填筑完成后要進行補缺口處理，必須將已經板結老硬的堤土挖松，同新鋪設土料削坡、分層填筑及碾壓。

g.堤身填筑達到設計標準后，要進行削坡和坡面碾壓處理，堤身與堤坡處理完好后應將堤坑處理平整。

5.1.2 鋪料

鋪料作業應符合下列要求：

a.應按設計要求將土料鋪至規定部位。

b.輔料厚度宜通過碾壓試驗確定。

c.筑堤料應鋪到設計邊線以外，并且有足夠的超量：人工鋪料一般為10cm，機械鋪料一般為30cm。

5.1.3 壓實

壓實作業應符合下列要求：

a.堤身填筑前要先做碾壓試驗，確定鋪土厚度、壓實遍數、灑水量及使用機械情況。

b.填身應進行分段填筑，標明分段位置，防止漏壓、欠壓及過壓。鋪土層上下層分段位置要錯開。

c.碾壓施工應符合下列規定：

①碾壓機械的行進方位要平行于堤軸線；

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

③振動碾或履帶機械壓實作業，宜采用進退錯距法，碾跡搭壓寬度應大于10cm；

④碾壓機械在工作時要控制好行進速度，不超過2km/h。

d.碾壓機械漏壓或壓不到的部位，要使用小型夯實機械進行壓實，夯實時應采用連環套打法，碾壓面雙向套壓，碾壓面接縫處重合1/3；分段、分片夯實時，碾壓面搭接寬度應不小于1/3 碾壓面。

e.砂礫料壓實時，灑水量宜為填筑方量的20%～40%；壓實施工宜用振動碾。

5.1.4 雨天與低溫施工

雨天與低溫施工應符合下列要求：

a.施工中遇下雨天氣時，要及時壓實作業面，并將工作面做成中間高、兩側低的過渡面。黏性土填筑遇雨時，要停止施工。

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

5.1.5 堤防護坡

聯鎖磚進行護坡施工前應先對堤坡進行平整，客土置換30cm的種植土，然后鋪設土工布，土工布應從上游向下游順水搭接。聯鎖磚鋪設時沿水流方向每隔50m應設分隔縫一道。草坡護坡施工前應先對堤坡進行客土置換30cm，然后再采用條播的方式進行種植。草種用量2.5kg/畝。播種時間宜在4—5月進行。

5.1.6 雙絞格網施工

在橋基防護及橡膠壩的海漫段均采用雙絞格網進行施工。

a.施工測量。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高差限差為±30mm。

b.網箱組裝。間隔網與網身應呈90°相交，經綁扎形成長方形或正方形網箱組或網箱。扣件或綁扎鋼絲必須與網絲同材質。組裝后的結構尺寸應符合設計要求。

c.填充料。網箱內所填石料的尺寸和強度必須符合設計要求。填充料質量應符合《水利水電工程天然建筑材料勘察規程》(SL 251—2000)的規定。非裸露部位可以適當用些廢混凝土碎塊或耐風化的建筑廢料作為填充料。網箱應控制在粒徑8～25cm范圍的占80%以上，其余以良好級配的碎石填滿空隙。

5.1.7 堤頂道路

堤頂砂石路面施工應在筑堤完成之后進行。按設計要求進行砂礫料的填筑，按規范進行碾壓，基底用粗料，面層用細料。

6 結 語

經過對熊岳河的綜合整治，提高了其防洪抗災能力。同時結合城區規劃修建擋水建筑物，攔蓄地表水，美化環境，涵養地下水，消除不安全因素，為當地的經濟發展及人民生命財產提供保障，推動該地區的工、農業生產的健康發展。

[1] 李文家.黃河下游大堤設防標準分析[J].人民黃河,1987(6).

[2] 于強生.關于堤防工程的級別及設計標準的說明[J].水利技術監督,1999(4).

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

[4] 周風華,關靖,李勇昌.西寧市北川河綜合治理工程設計探索[J].中國水利,2015(4).

[5] 張寅虎.護岸堤防設計計算分析實例探討[J].中國水運(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