飲馬河堤防塌岸險(xiǎn)段工程除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)方案

何 淼，田春玲

（吉林省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130021）

1 堤防現(xiàn)狀

1.1 概 況

飲馬河屬第二松花江水系，發(fā)源于伊通縣地局子鄉(xiāng)老爺嶺東南側(cè)，流經(jīng)伊通、磐石、永吉、雙陽、九臺(tái)、德惠、農(nóng)安等縣、市、區(qū)，于農(nóng)安縣靠山鎮(zhèn)紅石壘屯東南匯入松花江，河道總長(zhǎng)386.8 km，流域總面積18 247 km2。飲馬河石頭口門水庫壩下至松花江河口河道長(zhǎng)201 km，匯水面積13 303 km2，區(qū)間共有21條較大支流匯入。

本工程位于飲馬河自石頭口門水庫壩下至伊通河入河口處（除德惠市磚廠處往下游1.0 km無堤段除外），兩岸堤防總長(zhǎng)193.755 km，其中左岸堤防長(zhǎng)96.535 km，右岸堤防長(zhǎng)97.22 km。

1.2 現(xiàn) 狀

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)堤防沿線檢查發(fā)現(xiàn)，目前主堤大部分堤身質(zhì)量完好，但由于存在部分穿堤建筑物破損、局部砂基段滲水現(xiàn)象比較嚴(yán)重，河道塌岸較多，有的凹岸堤身已塌落，嚴(yán)重威脅堤防安全。

經(jīng)水力計(jì)算分析，目前不滿足20年一遇設(shè)計(jì)洪水要求的堤防總長(zhǎng)為109.705 km，其中左岸堤防長(zhǎng)62.46 km，右岸堤防長(zhǎng)47.242 km，最大差1.14 m，發(fā)生在德惠市北鐵路橋下游段。

飲馬河干流河道極為蜿蜒蛇曲，多呈“Ω”型，河床不穩(wěn)定，河道呈“U”形，河床的底質(zhì)多是由細(xì)粒的泥沙組成，在水流作用下，河床逐年向左、右岸侵岸，每遇洪水，塌岸現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，有的直接危及堤防安全。塌岸處岸坡陡峭，河床較深，岸坡段高度 2～5 m，岸邊坡度 45°～80°，局部接近直立，塌岸最嚴(yán)重處，堤防已坍塌。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查統(tǒng)計(jì)，目前對(duì)堤防構(gòu)成威脅的河道塌岸險(xiǎn)工險(xiǎn)段共有19處，其中九臺(tái)市段14處，德惠市段5處。

1.3 塌岸原因

各處塌岸的主要因素是中粗砂層抗沖刷能力差，允許不沖刷流速僅為0.5～0.8 m/s，經(jīng)計(jì)算河水流速為0.27～1.36 m/s，河水主流靠近岸邊，對(duì)河岸的側(cè)蝕淘刷能力非常強(qiáng)，特別是洪水期側(cè)蝕能力更大，使岸坡坍塌更為嚴(yán)重，洪水下落時(shí)，地下水位較高，向河水排泄，滲透比降增大，由于滲流作用，中、細(xì)砂顆被帶走，產(chǎn)生潛蝕，間隙加大，上覆粘性土層在自重應(yīng)力作用下，岸邊產(chǎn)生拉張裂隙，形成楔形裂縫，寬度最大達(dá)15 cm，塊體塌落，造成坍岸，漸漸逼近堤腳。

2 設(shè)計(jì)基本資料

飲馬河堤防塌岸工程除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 堤防塌岸工程除險(xiǎn)加固方案設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 工程等別及標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)SL252-2000《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，及GB 50286-98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定飲馬河洪水重現(xiàn)期為20年，主要建筑物為4級(jí)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)。

4 塌岸工程設(shè)計(jì)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，飲馬河河道左、右岸兩岸，對(duì)堤防產(chǎn)生威脅的塌岸共有19處（距離堤防30～50 m），總長(zhǎng)7 599 m。其中九臺(tái)市境內(nèi)14處，長(zhǎng)5 779 m，德惠市境內(nèi)5處，長(zhǎng)1 820 m。

4.1 塌岸工程總體布置

護(hù)岸長(zhǎng)度從彎曲河段上游不坍落處開始，到下游不坍落處為止，再向上、下游各延伸50 m左右。護(hù)岸由護(hù)坡和護(hù)腳兩部分組成，護(hù)坡頂部護(hù)砌到岸項(xiàng)，底部以枯水位加0.5 m為護(hù)腳頂高程，護(hù)腳頂寬為2.0 m，按1∶2.5邊坡向河底拋填塊石護(hù)腳。上、下游兩側(cè)與不護(hù)坡段之間采取順坡開槽，將模袋混凝土埋入槽中的方式，接頭處連接平順。開槽埋入深度上、下游端均采用1.0 m。頂部采用水平延伸長(zhǎng)度1.0 m進(jìn)行封項(xiàng)。坡腳深度為1.0 m。

4.2 塌岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由護(hù)坡和護(hù)腳兩部分組成。護(hù)坡設(shè)計(jì)采用機(jī)織模袋混凝土護(hù)砌，下設(shè)無紡布一層。邊坡比根據(jù)地質(zhì)、地形資料設(shè)計(jì)分別采用1∶2或1∶2.5。

1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。護(hù)坡設(shè)計(jì)采用混凝土機(jī)織模袋護(hù)坡，模袋設(shè)計(jì)采用WYC-100型機(jī)織模袋，其性能指標(biāo)見表2。灌填材料設(shè)計(jì)采用C20細(xì)礫混凝土，用泵充灌。配合比見表3?；炷聊４略O(shè)一層無紡布（400 g/m2）。

表2 機(jī)織模袋性能指標(biāo)表

表3 配合比表

2）護(hù)腳設(shè)計(jì)。護(hù)腳水下施工采用拋石護(hù)砌，水上施工采用鉛絲石籠護(hù)砌。拋石厚度最小處為0.6 m，拋石邊坡采用 1∶2.5。石塊重量為 5～50 kg。約相當(dāng)于粒徑為0.15～0.33 m。拋石或鉛絲石籠下面均設(shè)置一層無紡布（400 g/m2）。根據(jù)河床的沖刷深度，設(shè)計(jì)在拋石外緣加拋防沖和穩(wěn)定加固的儲(chǔ)備石方，避免河底沖刷危及護(hù)腳。

3）構(gòu)造設(shè)計(jì)。為增加模袋整體剛度，抵抗凍脹、冰推等因素作用的能力，在模袋筒內(nèi)順坡度方向穿入一根直徑φ12鋼筋，并應(yīng)保證鋼筋處于模袋混凝土之中一定位置，不貼于坡面。方法是將鋼筋穿入8號(hào)鐵線構(gòu)成的“凸”型架上部孔中，沿鋼筋每米設(shè)置一只，并用22號(hào)鐵絲捆綁固定，然后穿入鋪于坡面上的模袋內(nèi)，用尼龍線按頂部及兩側(cè)3個(gè)方向縫綁固定，使鋼筋處于設(shè)計(jì)位置，再進(jìn)行混凝土（砂漿）充灌。

4.3 設(shè)計(jì)計(jì)算

1）模袋護(hù)坡厚度的確定。根據(jù)波浪作用計(jì)算模袋厚度。計(jì)算時(shí)按前蘇聯(lián)規(guī)范CH228-64公式計(jì)算：

式中：t——波浪所需厚度，m；B——垂直于水邊線（即沿斜坡方向）的護(hù)面板邊長(zhǎng)，m，B=5.0 m；C——系數(shù)，對(duì)整體大塊護(hù)面板C=1.0；H——波浪高，m；L——波長(zhǎng)，m；γm，γ——分別為模袋混凝土及水的密度，kN/m3；m——堤坡，m=2.0。

計(jì)算參數(shù)如表1，經(jīng)計(jì)算t=8～15 cm。

2）護(hù)面抗動(dòng)冰推壓力計(jì)算。防止護(hù)面被冰壓力推動(dòng)沿坡面向上滑坡所需的護(hù)坡厚度h按式（2）計(jì)算：

式中：H——冰排以上護(hù)面高度，m；H′——冰排以下高度，m；H′可由式（3）計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算，模袋護(hù)坡均在冬季冰面以上，護(hù)坡厚度均為負(fù)數(shù)，即按風(fēng)浪作用確定的模袋護(hù)坡厚度t=15 cm時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足動(dòng)冰推力的要求。

設(shè)計(jì)護(hù)坡混凝土模袋厚度采用t=15 cm。

3）沖刷深度計(jì)算。依據(jù)GB50286—98《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄D.2堤岸沖刷深度計(jì)算：

式中∶hB——局部沖刷深度，m；hP——沖刷處的水深，m；VCP——平均流速，m/s；V允——河床面上允許不沖流速，m/s，V允=0.7 m/s；n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取

設(shè)計(jì)選取最不利斷面大榆樹林子塌岸進(jìn)行計(jì)算，hP=8.72 m，VCP=0.9 m/s，根據(jù)地質(zhì)資料查得V允=0.7 m/s，則計(jì)算得hB=0.57 m。即河道內(nèi)的最大沖刷深度為0.57 m。

[1]GB 50286-98，堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1998.

[2]華東水利學(xué)院.水工設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：水利電力出版社，1984（4）.

[3]土工合成材料工程應(yīng)用手冊(cè)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

[4]SL/T25-98，水利水電工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S].

[5]遼寧省水利水電科學(xué)研究院，盤錦市大洼縣開發(fā)建設(shè)三角洲指揮部.盤錦市大洼三角洲開發(fā)水利工程建設(shè)[M].科學(xué)試驗(yàn)研究專輯，1997，（9）.