刘英超

（辽宁省喀左县水利局，辽宁 喀左122300）

1 流域概况

大凌河是东北沿渤海西部诸河中较大的一条独流入海河流，干流全长435km，上游分西南两支，西支（亦称大凌河西支）发源于河北省平泉县郑杖子乡南塔子山余脉，南支发源于辽宁省建昌县水泉沟，西、南两支于辽宁省喀左县城附近汇合，流经朝阳市、锦州市入海。

大凌河干流流域内多为山区和丘陵地带，地貌形态为一级阶地，以河床为中心，向外过渡到一级阶地，再向外扩展为坡积洪积扇，进而过渡到丘陵地带，坡度平缓。流域内林草覆盖度底，项目区所在地为国家级水土保持综合治理区。多年平均降水量495.2mm，降雨量时空分布不均，多集中在7、8两个月，约占年总降水量的70%左右。多年平均径流深102.4mm。

充分考虑工程所在地自然情况、社会经济情况、保护范围综合考虑确定大凌河干流河道防洪标准为20年一遇，堤防工程的级别为Ⅳ级。喀左县大凌河干流原点河道堤防防洪工程位于喀左县南哨镇南窑村，大凌河南支与大凌河西支交汇处，工程主要由防洪堤、堤顶道路等部分建筑物组成，筑堤长8670m。

2 水面线推算

工程确定起点水位为东哨发电站漫水桥。1993年1月，辽宁省水利水电勘测设计院编制的《大凌河流域规划补充报告》，根据该规划报告其水文资料分析，采用喀左县大凌河干流吉利玍大桥总流量4059m3/s（P=5%），大凌河南支总流量2677m3/s（P=5%），根据现场地形测量数据，采用天然水面线计算软件V3.111计算得到大凌河干流吉利玍大桥起点水位283.950m。

大凌河干流的糙率选择根据实际河道查勘、河道特性及河床质组成，参考水力手册的糙率表确定取0.027。

大凌河干流设计水面线计算采用天然水面线计算软件V3.111，其中桥壅水计算采用鲍式公式，一般断面间用能量方程式推算。根据上述已知条件及所确定的有关参数，河道P=5%水面线成果如表1。

表1 大凌河干流水面线计算成果

3 堤型选择

大凌河干流原点河道治理工程堤防主体采用外运黏土土料填筑。工程技术重点是堤防迎水坡及岸坎的防护。根据项目区气象水文特点，在确保安全同时充分考虑生态环境保护、水土保持等因素，对平顺段、急变段分别选择符合实际情况的护岸型式［1］。

迎水坡采用客土改良植草护坡。本工程设计洪水流速2.38m/s，综合考虑植草护坡抗冲涮能力差等特点，确定迎水坡设计水位以下采用框格植草护坡。混凝土框格将整个坡面分割成小块坡面，减小了流水汇集并使流速降低，有效降低了坡面水流冲刷。

急变段护坡多采用混凝土护坡，混凝土护坡易出现裂缝且不符合生态保护和景观要求。综合分析本工程护岸对于坡面整体性、耐久性，能与生态整治相结合［2］等要求，采用框格干砌石方案。

综合确定平顺段采用框格植草护坡，易崩岸段采用框格干砌石护坡。

4 工程总体布置

4.1 防洪堤

堤线根据堤线布置规划方案，主要以现有岸线为主进行治理工程布置。具体布置时尚遵循下列原则：

（1）河堤堤与河道流向一致，与洪水的流线保持平行布置。

（2）堤防线要平顺，各段堤防连接平缓，避免出现折线和急弯［3］。

（3）合理利用原堤防和河坎等建筑物及地形，新堤防建在渗透系数小、基础稳定的基础之上。

（4）堤线布置及堤距根据GB50286—98《堤防工程设计规范》，及各设计阶段的审查、评估及批复意见等进行了综合考虑，堤线布置采用规划报告中成果，大凌河干流堤防堤距450m。

（5）堤线布置少占压耕地，利于防汛抢险和工程管理。

4.2 迎水坡

在河道转弯段及大凌河干流右岸的重点防冲段设计水位以下坡面采用30cm厚混凝土框格，框格内采用干砌石填充，下设20cm砂垫层及400g/m2土工布反滤。设计水位以上采用回填种植土，植草护坡。其余各顺直段迎水坡在设计水位以下，采用30cm厚混凝土框格，框格内回填种植土，植草防护。设计水位以上，采用回填30cm种植土，植草护坡。堤防采用二级护坡断面形式，迎水坡设有亲水平台4.0m宽，铺设15cm C20素混凝土板，10cmC10混凝土垫层，30 cm回填砂砾料，亲水侧布置理石栏杆。

迎水坡坡度均为1∶2.5，背水坡坡度为1∶20。 护脚型式为石笼护脚与浆砌石护脚相结合。护坡底脚采用浆砌石齿墙，基底埋深1.2m。

大凌河干流吉利玍大桥上游新建原点橡胶坝，考虑橡胶坝正常运行时水下草皮护坡难以成活，塌坝泄洪时对正常运行水位以下坡面容易造成冲刷，对橡胶坝正常运行期水位以下迎水坡坡面进行加固处理。原点橡胶坝正常运行时水位高度1.5m，原点橡胶坝坝底高程280.1m，综合考虑确定迎水坡坡面282m以下采用框格干砌石护坡。

5 工程设计计算

5.1 堤顶高程

本工程等级为4级，依据GB50286—98《堤防工程设计规范》有关规定，堤顶超高等于安全加高加风浪爬高加风壅增水高度［4］。4级堤防安全加高采用0.6m。

经计算，大凌河干流堤防安全加高0.60m，风浪爬高0.793m，设计风壅增水高度0.0067m，本工程堤防超高1.39m，为与原有堤防连接，安全超高值取1.4m。

5.2 护脚冲刷深度

经计算，冲刷深度为1.1m。水流平行于岸坡冲刷深度计算成果如表2。根据本工程护脚冲深的计算结果及水文特性因素，结合堤防基础特性，本工程采用浆砌石护脚。

表2 水流平行于岸坡冲刷深度计算

5.3 护坡厚度计算

本工程的迎水坡面采用框格混凝土内砌干砌石，混凝土强度为C20、F150，框格内填充30cm厚干砌石。

混凝土框格内砌干砌石整体性好，并有一定的适应变形的能力，为安全起见，其厚度按干砌石厚度计算，采用GB5028—98《堤防工程设计规范》计算公式，经计算干砌石护面厚度0.11m，根据施工条件及构造上的需要，厚度一般为15～30cm，结合多年观测资料和已有堤防防护数据，干砌石护坡厚度确定为30cm。

5.4 堤防渗流及渗透稳定计算

依据本工程地质勘察报告描述，堤身及堤基土体粉土②层、粗砂③层的渗透变形为流土型。堤基圆砾，其渗透变形类型为管涌型。

本工程堤段较多利用原有、堤防、河坎，背水坡基础面较高，堤防背水坡填筑量不大。0+500断面为最不利断面，顾选取此断面作为典型断面进行渗透稳定分析，计算参数均采用《大凌河干流原点河道治理工程地勘勘察报告》中的建议值。

5.4.1 计算工况

根据GB50286—98《堤防工程设计规范》对渗流计算的规定及阐述，本次设计选取如下计算工况：

（1）临水侧为设计洪水，背水侧无水。

（2）洪水降落时（及橡胶坝塌坝运行时）对临水侧堤坡稳定最不利工况。根据计算，k/μV=58.5，大于1/10小于60，按缓降过程计算浸润线下降的位置。

5.4.2 计算方法及结论

计算采用理正软件，对典型断面分别计算堤防背水侧渗出段、地基段及临水侧堤坡的渗流坡降，通过与允许的渗流比降相比较判定渗透的稳定性。计算结果如表3。

表3 堤防渗流稳定计算结果

根据计算结果，第1种工况背水侧坡面、地基渗出部位及第2种工况的迎水坡坡面渗出部位的渗流稳定计算结果均满足设计要求。

5.5 堤身抗滑稳定计算

5.5.1 计算参数选择

本工程计算参数采用 《大凌河干流原点河道治理工程地勘勘察报告》中的建议值，其中堤身采用压实后黏土数据，堤基采用地勘勘察现场实测数据，计算过程参照工程渗流计算所取得的成果。

表4 稳定计算采用土料的物理力学指标

5.5.2 计算工况与允许安全系数

根据GB50286—98《堤防工程设计规范》对稳定计算控制时期和运行条件的规定，本地区地震基本烈度为Ⅵ度，项目区多年平均水位相对较低，只进行正常情况下稳定分析，未进行特殊情况稳定分析计算，计算工况选取正常情况下的稳定计算：

（1）设计洪水位情况下稳定渗流期的背水坡。

（2）设计洪水骤降期的迎水坡。

本工程为Ⅳ级堤防，根据简化毕肖普法可知，正常运用条件下安全允许系数为1.15。

5.5.3 计算方法及计算程序

堤坡安全系数计算公式，稳定分析计算选取断面与渗流计算选取断面为同一典型断面。计算结果如表5。

表5 堤坡稳定计算结果

根据稳定分析计算结果可知，堤防在两种正常工况下堤坡安全系数均大于抗滑稳定允许安全系数1.15，符合规范抗滑稳定要求，工程断面坡比设计合理、安全。

6 结语

大凌河干流原点河道堤防防洪工程工程任务为在大凌河南支与大凌河西支交汇处修建防洪堤，总长度8670m。经综合比选平顺段迎水坡采用客土改良植草护坡，易崩段迎水坡采用框格干砌石岸护，筑堤材料为黏土，护脚采用浆砌石基础。通过对堤型结构、堤顶高程、堤脚冲刷深度、护坡厚度计算、渗流稳定计算、堤身抗滑稳定进行计算，分析并选择经济适用、成熟可靠、生态效果良好的设计方案，确保工程满足实际防洪需求。