水利工程论文
1 工程概况
本次工程关于堤线的布置是在辽宁江河水利水电新技术设计研究院 2006 年编制完成的《北沙河河道治理规划报告》及本溪市水利电力勘测设计研究院实测地形资料的基础上进行的。本次设计堤线布置遵循以下原则:
1) 遵循堤线尽量顺直，水流通畅，利于行洪，充分利用天然地形和现有堤防。
2) 考虑工程两岸未来土地的重要性，堤防布置尽量少占或不占地，不拆迁或少拆迁。对于现有跨河交通桥在满足行洪的条件下平顺与规划堤线连接，堤顶防汛路做到堤路结合，以利于未来该区域交通和防汛抢险。
3) 以河道天然现状及现有老堤堤线为基础，考虑河道洪水流势的合理性，因势利导，摒弃裁弯取直的平面规划原则，兼顾上下游及左右岸，尽量尊重河流原有的自然形态。
2 堤防型式选择
本次设计工程起点为黄木厂子村，终点为下达贝支流入汇口上游150 m，治理河长4. 6 km(干流)，治理险工 3处，新建防洪堤9 987. 02 m(包括支流回水堤)。其中干流左岸4 584. 56 m，右岸4 648. 47 m，支流黄木厂沟左岸80. 69 m，右岸 80. 02 m; 支流长沟左岸 235. 23 m，右岸234. 05 m;支流下达贝沟左岸55 m，右岸55 m。设计堤距:工程起点至下达贝沟入汇口段为75 m，下达贝沟入汇口以上段为50 m，其中黄木厂支流汇入处根据现状地形条件堤距确定为130 m。设计防洪标准 P =2%。
本段河道清滩、清障及开挖的砂砾料充足，砂砾料既是筑堤材料又是砼骨料料场;块石料场为附近村镇采石场。周边无较好防渗料。
根据以上建设材料分布、埋藏数量、工程地质及水文地质条件以及其他技术条件等，进行了综合比较，其结果分述如下:本地区工程地质及水文地质以及北沙河的特性，除洪水期外，一般季节均为地下水补给河水，因此堤基不易做防渗处理。本次设计拟定 3 种堤型:方案Ⅰ为砂砾石均质土堤;方案Ⅱ为砼挡墙背填砂砾料;方案Ⅲ为毛石砼与砂砾石组合堤(联锁砖护坡)进行比较。
根据以上 3 种堤型方案，从经济条件及技术可能性比较后，各方案优缺点分述如下:
方案Ⅰ砂砾均质土堤。具有投资较少，所需劳力也少，并可利用河道清滩、清底出的砂砾石量筑堤，节省水泥。同时，均质土堤有施工方便、容易控制质量、适应基础变形等优点，且汛期由于堤顶宽度较大便于抢险。但唯一缺点是占地较多。
方案Ⅱ砼挡墙背后填土。工程投资相对较高，需要水泥量大，对基础要求严格。其优点是占用土地少，拆迁量小，迎水面不需再做护坡工程。其缺点施工工序较多，相应工期较长，对基础要求严格。
方案Ⅲ毛石砼与砂砾石组合堤(联锁砖护坡)。投资比方案Ⅰ高，劳力比方案Ⅰ多，但需用的水泥量相对较多，对基础要求严格。占地和拆迁量比方案Ⅰ少，比方案Ⅱ多。生态效果优于方案Ⅰ、方案Ⅱ。
综合上述比较，本着生态优先、就地取材原则(结合清淤所运出的砾料)，同时考虑该区域未来城市定位，因此新建堤防堤型选择毛石砼与砂砾石组合堤(联锁砖护坡)。
3 堤防断面设计分析
3. 1 堤防顶高程确定
堤防顶高程以 50 年一遇洪水水位加风浪爬高和安全超高而定。堤顶超高应按下列公式计算:Y = R + e + A式中:Y 为堤顶超高，m;R 为设计波浪爬高，m;e 为设计风壅增水高度，m;A 为安全加高，m。
其中风浪要素可由以下公式确定：【1】
设计波浪爬高采用《堤防工程设计规范》(GB 50286－ 1998)推荐公式确定:【2】
式中:珚H 为堤前平均波高，m;T珔 为堤前平均波周期，s;V 为计算风速，m/s，取汛期多年最大平均风速 1. 5 倍，取值18. 75 m / s;F 为风区长度，m，取值90 m;d 为水域的平均水深，m，取值 3. 85、3. 6 m;g 为重力加速度，9. 81 m/s2;tmin为风浪达到稳定状态的最小风时，s;th 为双曲函数;Ｒp为累计频率为 p 的波浪爬高，m;KΔ为斜坡的粗糙率及渗透系数;KV为经验系数;Kp为爬高累计频率换算系数，不允许越浪的堤防，爬高累计频率宜取 2%;允许越浪的堤防，爬高累计频率宜取 2%;Kβ为来波波向线与堤轴线的法线成β 角时的系数;m 为斜坡坡率;K 为综合摩阻系数，可取 K = 3. 6 × 10－ 6;β 为风向与垂直于堤轴线的法线的夹角。
选取典型断面进行堤防超高计算，计算结果见表 1。【表1】
根据计算结果，堤防不允许越浪条件下，干流堤防超高值均取1. 3 m，黄木厂、长沟回水堤超高取0. 95 m，下达贝支流回水堤超高取1. 0 m。
3. 2 堤顶宽度确定
依据《堤防工程设计规范》(GB 50286 － 1998)中规定，Ⅱ级及以下堤防堤顶宽度不宜小于6. 0 m。因此，本次设计堤顶宽度为6. 0 m，以满足防汛交通要求。
3. 3 堤防设计断面
堤防工程:毛石砼与砂砾石组合堤(联锁砖护坡)，堤型为复式断面，毛石砼基础挡墙顶高程为各潜坝坝顶高程以上0. 3 m。挡墙顶设宽度为4. 0 m的亲水平台，上铺设400 g / m2土工布，0. 1 m厚联锁砖护坡，亲水平台以上砂砾石堤迎水面坡比为1∶ 2. 5，上铺设400 g/m2土工布，0. 1 m厚联锁砖护坡，土堤堤顶宽6. 0 m，背水侧1∶ 2. 0放坡与原地面连接，迎水坡联锁砖缝隙处种植草皮，联锁砖以上部分采用低矮灌木护坡，背水坡种植草皮。
3. 4 渗透计算
1) 渗透量计算。本次设计堤防工程渗流计算根据《堤防工程设计规范》的有关规定按照稳定渗流进行设计，砾料指标见表 2。【表2】
2) 计算方法及计算程序。计算按《堤防工程设计规范》(GB 50286 －1998)的有关规定进行，首先判定土的渗透变形类型，根据地质报告和有关规范计算出土的渗透允许坡降;然后计算出各种可能的最不利工况的浸润线、渗流等压线等;最后计算出渗透坡降并判定渗流的稳定性。
对选取断面分别计算，计算出各种可能的最不利工况的出逸渗流坡降及稳定性，计算成果见表 3、图 1。【表3.图1】
4 结 论
由表 3 计算结果可知，典型断面在天然条件下均满足渗透稳定要求，下游堤脚不必采取工程措施防止渗透破坏。
在防洪堤设计中，根据堤线所在区域的地形特点及解决堤外阶地排水问题，须进行穿堤建筑物布置设计，穿堤建筑物布置原则:排水涵布置的原则是根据地形和现有工程情况安排，在有天然山洪沟或已有排水沟的位置上要设置排水涵使内水顺畅地排出。另外，地形较低的地方也要设排水涵洞，保证防洪堤后不积水。
［参考文献］
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