大沙河老古溝橋-武營橋段河道治理堤防設(shè)計

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(diǎn)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(diǎn)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(yàn)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(shí)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(diǎn)位于大沙河武營橋(干流樁號0+000)，終點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)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(yàn)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。