大清河北支工程總體布置及堤防設計淺析

豐亞麗

(遼寧省盤錦水文局，遼寧 盤錦 124010)

1 概 述

根據遼寧蓋州北海新區規劃，項目位于為大清河北部片區，保護人口規模20萬人，根據現行國家標準《防洪標準》，擬定大清河北支入海口段的防洪標準為20a一遇。按照《堤防工程設計規范》的要求，與20a一遇的防洪標準相對應的堤防工程及建筑物的級別均為4級[1]。

2 工程總體布置

2.1 堤線方案比較與選擇

根據1989年出版的地形圖資料，大清河北支原河寬約為400m，大旱河匯入大清河北支后流經1500m左右即入渤海灣，入海口處寬度>700m。現狀河道由于灘地被擠占，河道寬度僅有70m左右，相對上游河道形成了瓶頸，嚴重影響上游洪水下泄。根據計算大清河北支過流量以及項目區的占地情況，以濱海路橋為界，上游河道寬擬定為300m，基本沿著老堤防進行布置，兩側均為農田，堤防布置比較合理，不做方案比較。大旱河口下游因兩岸土地權屬不同、性質不同，考慮征地費用及區域不同，擬定4個方案進行比較。

方案一：在濱海路下游左岸堤防沿著現有堤防，河道向右擴寬420m。在濱海路橋下游右岸占用鹽業公司用地，南岸動遷量相對較小。

方案二：在濱海路橋下右岸沿著鹽業公司現有堤防布置，河道向左擴寬420m。南岸征地面積較大，動遷量較大。

方案三：在濱海路橋下右岸沿著鹽業公司堤防布置堤線，河道向左擴寬300m。與方案一比較，減少左岸用地。

方案四：采用方案一的右堤線，河道向左擴寬300m。兩岸均需征地。

方案一、方案二下游河道寬度為420m，將河道基本恢復到2000年以前狀況，與南支流配合可保證發生超標準洪水順50a一遇的大洪水利下泄，保證上游主城區的防洪安全。但是需要征地面積較大，費用較高，安置難度較大。

方案三、四下游河道寬度為300m，與南支配合可保證發生20a一遇洪時北支兩岸的防洪安全。征地費用相對較小。方案三可利用部分右側堤防、節省部分工程選價，但是因左岸灘地養殖戶地面附屬物較多，征地費用較大。方案四兩岸均需征地，因兩岸土地權屬不同縣區，可降低征地難度；右岸征地中無附屬物，費用相對較小。

以上方案優缺點及征地費用估算問題，市政府專門召開會議征求相關部門意見，各部門對方案四的征地方案表示認可。各方案的估價見表1。

表1 大清河北支整治綜合費用統計表 萬元

綜合考慮各方案的優缺點，方案三、方案四均能滿足20a一遇防洪要求，且與大旱河回水部分防洪標準一致，方案四的工程造價略高，但征地費用小，綜合造價低，且能夠得到社會各有關部門的認可。因此選定方案四作為項目堤線推薦方案。

2.2工程總體布置

河道整治堤線基本沿著老河道進行布置，河道寬度為300m。濱海路橋下游左岸需滿足漁航停泊要求，按漁碼頭進行設計，在河道中心靠左側開挖30寬航道，底高程為-2.50m。本次整治河道長度7.64km。其中左岸堤防7.731km，上游與南支堤防相接，下游與圍海的堤相接；右岸堤防6.847km，上游與正在建的雙鐵段堤防相接，下游延伸至現狀的鹽業公司大堤，與規劃的納潮湖堤防相接。根據北海新區規劃，在樁號0-398、3+235左岸、樁號3+200、4+030右岸擬建4處泵站出口消能設施。

3 堤防設計

3.1 堤防斷面設計

大清河北支河道根據景觀河道親水效果要求及營口北海新區的總體規劃，以及當地的漁業要求，分段設計堤防斷面型式：

1)大旱河口上游段(樁號0-405-3+320)左岸、(樁號0+000-3+320)右岸：左岸與南支堤防相接，右岸與在建的雙鐵段堤防相接。堤防斷面均采用單坡均質黏土堤，堤頂寬4m，兩側邊坡坡比均為1∶3。迎、背水邊坡坡面均采用草皮護坡。堤頂設瀝青路面防護，路面結構型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩定層300mm厚[2]。

考慮水流慣性對凹岸的沖刷，在樁號1+800-2+800段左岸、樁號0+600-1+400段右岸迎水坡面采用300mm厚雙鉸格網護坡，下設400g/m2短纖針刺土工無紡布。護坡范圍由堤腳至設計水位。

2)大旱河口至濱海路橋上游段(樁號3+320-4+114)左、右岸：兩岸堤防斷面均采用單坡均質黏土堤，堤頂寬4m，兩側邊坡坡比均為1∶3。考慮大旱河水流匯入，流態不穩，迎水側坡面采用生態格網護坡，護坡厚度為300mm，下設400g/m2短纖針刺土工無紡布，護坡范圍由堤腳至設計水位。堤腳前鋪設500mm厚生態格網護墊，護墊寬5m。背水側坡面采用草皮護坡，堤頂設瀝青路面防護[3]，路面結構型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩定層300mm厚。

3)濱海路橋下游段(樁號4+114-7+640)左岸：沿線臨水側為直立式混凝土擋墻，墻頂高程2.10m，墻后回填山皮石，在墻頂以上設臺階，以方便漁民上下漁船，在3.00m高程處設置4.00m寬碼頭平臺，碼頭平臺結構型式由上至下為C25混凝土150mm厚，水泥砂礫穩定層300mm厚。碼頭平臺后側為斜坡式均質黏土堤，堤頂寬4m，迎水側及背水側邊坡均為1∶3.0。臨水側邊坡坡面采用鉸接式水工磚護坡，下設150mm厚礫石墊層、400g/m2短纖針刺土工無紡布；背水邊坡坡面采用草皮護坡。堤頂設瀝青路面防護，路面結構型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩定層300mm厚。考慮當地漁民泊船需要，在碼頭沿線平臺內側每隔20m設一處系船柱。

4)濱海路橋下至納潮庫邊緣段(樁號4+114-6+250)右岸：堤防采用單坡均質黏土堤，堤頂寬4m，兩側邊坡坡比均為1∶3。迎水側坡面采用鉸接式水工磚護坡，護坡厚度為150mm，下設150mm礫石墊層、400g/m2短纖針刺土工無紡布，堤腳設雙絞格網網箱，網箱寬1m，深1m。背水側坡面采用草皮護坡。堤頂設瀝青路面防護，路面結構型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩定層300mm厚。

5)現狀海內延伸段(樁號6+250-6+650)右岸，堤防斷面采用單坡土堤，堤頂寬4m，兩側邊坡坡比均為1∶3。該段堤防以后為改建的納潮庫大堤，堤身臨河側采用山皮石填筑，臨海側將來為湖堤需要填筑3m寬黏土防滲，山皮石與黏土之間設置一層400g/m2短纖針刺土工無紡布。堤防兩側坡面均采用鉸接式水工磚護坡[4]，護坡厚度為150mm，下設150mm礫石墊層、400g/m2短纖針刺土工無紡布，堤腳設雙絞格網網箱，網箱寬1m，深1m。同時堤頂設瀝青路面防護，路面結構型式由上至下為細粒式瀝青混凝土30mm厚，中粒式瀝青混凝土40mm厚，水泥砂礫穩定層300mm厚。

樁號6+650-7+640段右岸堤防由營口鹽業有限責任公司修建，本次設計只對河道進行清淤處理。

3.2 堤頂高程確定

根據北海新區規劃景觀要求堤防不宜太高，本次設計堤防均采用允許越浪式堤防[5]。大清河北支堤防工程等級為4級，堤頂高程采用20a一遇設計水面線加超高確定。按照堤防走向及波浪要素，分段進行超高計算，取其中較大值作為設計超高值。

3.2.1 河堤各段堤頂超高計算

依據《堤防工程設計規范》有關規定，堤頂超高應為風浪爬高加安全加高再加風壅高度[6]。

堤防超高計算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y為堤頂超高，m；e為設計風壅增水高度，m；A為安全加高，m，按規范可知允許越浪安全加高為0.3m；R為設計波浪爬高，m。

風壅增水高度計算公式：

(2)

式中：e為風壅增水高度，m；K為綜合摩阻系數，可取K=3.6×10-6；β為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角，最不利情況下β=0°。

其余符號意義同前。

波浪爬高按下式計算：

(3)

式中：Rp累積頻率為p%的波浪爬高，m；K△為斜坡的糙率及滲透性系數，混凝土護坡K△=0.95；KV為經驗系數，KV=1.25；Kp為爬高累積頻率換處系數，本次設計堤防為允許越浪的堤防，參照《海堤工程設計規范》規定，爬高累積頻率取13%；其余符號意義同前。

3.2.2 臨海側堤頂超高計算

由于現有納潮庫以下段右岸堤防伸入大海，堤后面臨大海。堤頂超高除按照上述方法計算外，還應依據《海堤工程設計規范》進行堤頂超高復核計算[7]。

ZP=hP+RF+A

(4)

式中：ZP為設計頻率的堤頂高程，m)；hP為設計的高潮(水)位，取hP=3.12m；RF為按設計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值，m；A為安全超高，m，按《海堤工程設計規范》選取0.4m。

1)波浪爬高計算：

波浪爬高值RF按《海堤工程設計規范》中式E.0.3計算，公式如下：

RF=K△KVR0H1%KMF

(5)

式中：F為波浪爬高累積率，%；RF為波浪爬高累積率為F的波浪爬高值，m；K△與護面結構型式有關的糙率及滲透性系數，查《海堤工程設計規范》確定；KV與風速v及堤前水深d前有關的經驗系數，查《海堤工程設計規范》確定；R0不透水光滑墻上相對爬高，即當K△=1.0，H=1.0m時的爬高值，可由斜坡m及深水波坦L0/H0(1%)，查《海堤工程設計規范》確定；H1%為波高累積率F=1%的波高值，m；KF為爬高累積頻率換算系數，查確定，KF=1。

2)波高累積率F=1%的波高值H1%計算：

H1%按《海堤工程設計規范》中公式如下：

(6)

由上述計算結果得出波浪爬高：RF=1.92m。

3)各段堤防堤頂超高的確定：

通過計算，各段堤防堤頂超高計算成果見表2。

表2 各段堤防堤頂超高計算參數及成果表

考慮現狀納潮庫以下段右岸堤防伸入大海，兩側均有水，且河道與大海相通，不需用超高來控制越浪量，堤頂及堤坡均做防護[8]。各堤段超高相差不大，本次設計統一取為0.87m。大清河北支河口段堤防堤頂高程設計成果見表3。

表3 大清河北支河口段堤防堤頂高程設計成果表

3.3 越浪量計算

根據堤防各方向風場、波浪要素，按《海堤工程設計規范》計算越浪量，選定最大值做為越浪量[9]。

越浪量計算公式：

(6)

其余符號意義同前。

經計算，堤防最大越浪量為0.0015≤0.02m3/( s﹒m)，根據《海堤工程設計規范》的要求，本工程堤頂設置瀝青路面，背海側設置草皮護坡進行防護[10]。

4 結 語

大清河北支河口段的河道兩岸堤防高低不等，寬窄不一，防洪標準不足10a一遇，局部甚至不足5a。北支流河道出口段寬度只有70m左右，阻水嚴重，泄流能力極差，致使上游水位壅高，汛期經常出現破堤現象[11]。堤防工程修建后，可使上游主城區段洪水順利下泄，提高入海口段防洪標準，保護北海新區的防洪安全，同時改變河口周邊環境，具有顯著的經濟效益、社會效益和環境效益[12]。