漠河县老槽河近期治理工程堤防断面设计

2012-03-20李岩鹏

黑龙江水利科技 2012年4期

关键词：堤身护坡堤防

石浩，李岩鹏

(1.齐齐哈尔市河道管理处，黑龙江齐齐哈尔161000;2.齐齐哈尔市水利勘测设计研究院，黑龙江齐齐哈尔161006)

1 基本资料

参见本刊P112文。

2 工程建设的必要性

参见本刊P112文。

3 堤防断面设计

3.1 设计原则及断面形式

堤防断面设计的原则:

1)满足渗透稳定和抗滑稳定要求。

2)保证防汛、管理等交通运输安全。

3)遇超标准洪水能满足抢险度汛要求。

4)经济安全。

老槽河左堤首端与大林河堤防相连接，大林河堤防为新建堤防，堤顶宽6.0 m，迎水边坡1∶3.0，背水边坡1∶3.0。此外，西林吉镇现状没有防洪通道，老槽河堤防修建后，堤顶还将起到防汛通道的作用。

根据以上原则并结合当地实际情况，拟定断面形式如下:

堤防采用梯形断面均质土堤，设计堤顶宽6m，迎水边坡1∶3.0，背水边坡1∶3.0。

老槽河左堤0+000～0+158、0+633～0+813、1+150～1+245、1+345～1+910、2+190～2+292等五段迎水侧设计洪水位以上采用生态护坡，设计洪水位以下采用混凝土护坡，长度合计1.1km，2+355～3+655段迎水侧坡面采用工程护坡防护，长度1.3 km，3+980～4+380段迎水侧坡面采用工程护坡防护，长度0.4km，老槽河右岸堤防1+240～1+ 670段和2+960～3+009段迎水侧坡面采用工程护坡防护，长度 0.479km，生态护坡全长1.1 km，工程护坡全长3.279 km。

老槽河左、右堤迎水侧无工程护坡段及背水侧全线采用草皮护坡。

3.2 堤身渗流稳定分析

根据测量资料、钻探资料选取相对不安全的断面进行渗流稳定计算。老槽河左堤、右堤堤基均为级配不良砾，选取左堤3+055、3+335和4+055断面、右堤0+300和2+800断面进行堤身渗透稳定计算和透水堤基渗透稳定计算。

3.2.1 坝坡渗透稳定计算

计算情况:迎水侧为P=3.33%设计洪水位，下游无水。坝体浸润线计算及坝坡的渗流计算按不透水堤基进行渗透计算，计算公式及简图如下:

浸润线计算式为:

渗出点比降:

下游坝趾处比降:

式中:q为单位宽渗流量，m3/s·m;k—堤身渗透系数，m/s; H为上下游水位差，m;a0为逸出点高度，m;m1为上游坡率; m2为下游坡率。

允许逸出比降按《水闸设计规范》表6.0.4水平段和出口段允许渗流坡降值，黏土出口段取值0.7－0.8。

经计算，堤身断面各种水位情况下背水坡渗出段最大逸出比降均小于背水坡容许逸出坡降［J］，满足渗流比降要求。渗流计算成果见表1、2。

图1 坝坡渗透稳定计算简图

表1 浸润线坐标值一览表

表2 堤身渗透计算成果表

3.2.2 透水地基坝基渗透稳定计算

参照《堤防工程设计规范》GB50286—98，计算简图如下。

图2 透水地基均质土堤计算简图

透水地基均质土坝渗流计算公式如下:

单宽渗流量

式中:qD为不透水地基上求得的相同均质土堤单位宽度渗流量。

浸润线计算式为:

透水地基均质土坝堤坡面渗流比降:

沿渗出段AB:

沿地基段BC:

临界水力比降计算:

无黏性土的允许比降:

式中:Gs为表层土的土粒比重;n1为表层土的孔隙率;K为安全系数，取2.0。

计算结果见表3。

从计算结果可以看出地基下游出口渗流比降不满足允许比降要求，堤后需设压渗措施，以保证工程安全。

表3 透水地堤基渗透计算成果表

4 堤身抗滑稳定分析

根据测量资料、钻探资料选取左堤3+055、3+335和4 +055断面和右堤0+300、2+800断面进行土坝抗滑稳定计算。其物理力学指标根据土工试验结果确定。

根据《堤防工程设计规范》(GB50286—98)，稳定渗流期应采用瑞典圆弧法计算，对设计洪水位下的稳定渗流期的背水坡和设计洪水位骤降期的临水侧堤坡进行抗滑稳定计算。Ⅲ级坝抗滑稳定最小安全系数设计洪水位条件下为1.20，非常情况条件下为1.10。稳定安全系数计算公式为:

有效应力法(设计水位下的稳定渗流期背水坡)

式中:b为土条宽度;W为条块重力，W=W1+W2+ ρWZb(kN);W1为在堤坡外水位以上的条块重力，kN;W2为在堤坡外水位以下的条块重力，kN;Z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离，m;u为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力，kPa;μi为水位降落前堤身的孔隙压力，kPa;β为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，度;γW为水的重度，kN/m3;CμφμC`为土的抗剪强度指标。

堤体有静水压力作用时，稳定渗流期，计算滑动力矩时，浸润线以下，静水位以上的土体用饱和容重rsat;计算抗滑力矩时，浸润以下，静水位以上土体用浮容重r'(计算上游坡稳定时，应以上游静水位为准，计算下坡稳定时，以下游水位为准);浸润线以上的土体不论计算滑动力矩还是抗滑力矩，均用湿容重rw。对于上、下游水位以下堤壳部分采用浮容重计算。由上述公式，按寻求最危险滑弧的试算步骤，求出堤坡最小稳定安全系数k值，计算参数取值见表4，计算成果见表5。