河南省淮河流域惠濟河重點平原洼地治理工程堤防設計

高領，徐健（商丘市水利建筑勘測設計院，河南商丘476000）

河南省淮河流域惠濟河重點平原洼地治理工程堤防設計

高領，徐健
（商丘市水利建筑勘測設計院，河南商丘476000）

以惠濟河重點平原洼地治理項目為例，分析了河道現(xiàn)狀，首先進行堤線規(guī)劃，經(jīng)推算確定防洪水位。在此基礎上，確定堤頂高程，選定堤防斷面，進行斷面設計。再通過堤身滲透和堤身抗滑穩(wěn)定計算分析，驗證堤防設計成果。

洼地;治理;堤防;設計

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.138

1 概況

惠濟河是渦河左岸的最大支流，源于開封市郊區(qū)的濟梁閘，流經(jīng)開封、杞縣、睢縣、柘城、鹿邑等縣（市），于安徽省亳州市西大劉砦村匯入渦河，全長173.80km，流域面積4315km2，其中：河南境內長166.46km，流域面積4315km2，人口543萬人，耕地面積460萬畝（約30667km2），河床比降1/4800～1/10000?；轁又攸c平原洼地治理區(qū)域涉及河南省商丘、開封兩市，治理面積705.5km2。其中，開封市有杞縣、開封縣，共2縣13個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，治理區(qū)面積583.5km2；商丘市有民權、寧陵、睢縣、柘城4個縣，共33個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，治理區(qū)面積122km2。有防洪要求的河道均按20年一遇防洪標準加固堤防；河道均按5年一遇除澇標準治理。根據(jù)工程規(guī)劃，共有5條河不能滿足防洪要求，須進行老堤加固和填筑新堤，堤防工程共計121.97km。

2 堤線規(guī)劃

惠濟河洼地堤防工程主要分老堤加固和新建堤防兩部分，為減少筑堤及拆遷工程量，老堤加固堤線總體上仍按現(xiàn)有堤線走向，僅在局部堤段結合險工險段處理進行相應調整，新建堤防按兩岸灘地寬度5～10m布置堤線。

3 設計防洪水位

由于惠濟河洼地內大部分河道年久失修，局部堤防標準過低，每到汛期遇大洪水，域內洪水來不及排泄，干流洪水倒灌頂托導致洪災。因此，本次治理工程各河溝防洪水位均根據(jù)干流20年一遇防洪水位采用水面線法向上推算確定。各河溝采用的入河口處防洪水位及本次推算的設計防洪水位具體見2013年編制的《惠濟河治理工程可行性研究報告》。

4 堤防斷面設計

4.1 堤頂高程確定

根據(jù)規(guī)范，堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定，超高計算公式為：Y=R+e+A。式中，Y為堤頂超高，m；A為安全加高，m；e為風壅水面高度，m；R為波浪爬高，m。風浪要素的的計算，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（G月50286—1998）附錄C的式（C.1.2-1）、式（C.1.2-2），分別計算平均波高H、平均波周期T、波長L。

4.2 堤防斷面選定

惠濟河洼地堤防工程設計堤型均為均質土堤，由于設計堤防高度均不大于6m，故堤防設計斷面為單式梯形斷面，堤頂寬度根據(jù)有無交通需要定為3m、5m，內外邊坡系數(shù)為1∶2.5～1∶3。根據(jù)河道堤防現(xiàn)狀、堤外群眾生產(chǎn)生活區(qū)布置情況及灘地寬度，堤身加固措施分別采用內培或外幫，使堤防達到標準斷面，培土時必須對新老土結合面進行清基，清基面修成緩坡，鏟除表面浮土、草皮、樹根、石塊等一些雜物后，再填筑新土，碾壓夯實。

其中，小沙河口（57+670）至付莊閘（60+870）段由于大量城市建設導致河道嚴重束窄，最窄處為柘城縣教育中心附近，河口寬度僅為19m左右，春水路—興中路段兩岸建筑物間距60～70m，這段范圍內大多是多層建筑，如也按單式梯形斷面設計方案進行治理，影響范圍較大，且經(jīng)調查復核，拆遷房屋量高達72.5萬m2，拆遷難度大，補償費用高，社會風險較大。擬規(guī)劃為矩形斷面加防洪墻的形式，將河底由原來的26m底寬拓寬至40m底寬，采用矩形斷面，兩岸采用混凝土擋土墻護砌，洪水位高出地面部分采用混凝土防洪墻防護，防洪墻頂高程按超出洪水位1.2m控制。這樣既能加大河道主槽的過流能力，又減少了因筑堤而占壓的土地，從而減小地面附屬物的影響范圍。

5 堤身穩(wěn)定分析

堤身穩(wěn)定分析包括堤防滲流穩(wěn)定計算和抗滑穩(wěn)定計算兩部分。

5.1 堤身滲透穩(wěn)定計算

5.1.1 典型斷面的選取

根據(jù)惠濟河洼地堤防加固規(guī)劃成果，商丘市蔣河、廢黃河、通惠渠3條河為新建堤防外，其余堤防均屬老堤加固，據(jù)老堤現(xiàn)狀運用情況看，堤身基本無滲流破壞特征，選取蔣河45+240斷面為典型斷面進行堤身滲流穩(wěn)定計算。

5.1.2 計算工況

根據(jù)規(guī)范，滲流計算選用堤防運用期最不利工況：臨水側為設計洪水位、背水側無水進行計算。

5.1.3 計算方法

堤身滲透穩(wěn)定計算的計算方法簡述如下。

1）計算原理。典型斷面堤身、堤基滲透穩(wěn)定按透水堤基上的均質土堤計算。堤防滲流視為平面滲流，采用河海大學研制的《水工結構有限元分析系統(tǒng)》程序，用流網(wǎng)法分析堤防的滲流穩(wěn)定。

2）堤身土體臨界水力坡降、允許滲透坡降計算。根據(jù)蔣河新筑堤防的堤基勘探及天然土料場調查情況，堤身填土一般采用第一層地基土（輕粉質壤土），為低液限液限粉土，滲透破壞形式為流土。根據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》（G月 50487—2008），按流土型計算臨界水力坡降。

3）計算結果。經(jīng)典型斷面堤防滲透穩(wěn)定計算，土體比重Gs為2.7，土體孔隙比n為0.43，土體孔隙率e為0.754，J=0.0085＜J允=0.39，結果可以看出，設計堤防斷面不會出現(xiàn)滲透破壞。

5.2 堤身抗滑穩(wěn)定計算

參考《堤防工程設計規(guī)范》（G月50286—2013）的要求，考慮堤防高度和地質情況等因素，選取蔣河（45+240）、茅草河（31+500）共2條河2個典型斷面進行堤身抗滑穩(wěn)定計算。

5.2.1 設計工況

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（G月50286—2013）要求，堤防邊坡抗滑穩(wěn)定應計算以下2種工況：正常運用期：上游設計洪水位，堤后無水，背水坡的穩(wěn)定情況；設計洪水位驟降期堤防臨水坡的穩(wěn)定情況。非常運用期：施工期堤防背水坡的穩(wěn)定情況（臨水坡相同）。

5.2.2 計算方法

邊坡穩(wěn)定計算理論采用《堤防工程設計規(guī)范》（G月50286—2013）附錄F中的瑞典圓弧滑動法。施工期和水位驟降期采用總應力法計算，穩(wěn)定滲流期采用有效應力法。

5.2.3 設計參數(shù)選取

各工況計算所用土體物理力學指標均參照地質勘查報告有關數(shù)據(jù)選用。

5.2.4 計算方法及計算結果

各典型斷面抗滑穩(wěn)定計算均采用中國水利水電科學研究院編制的土質邊坡穩(wěn)定分析程序STA月95進行邊坡穩(wěn)定計算。通過計算，各典型河段典型斷面堤坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求，采用坡比經(jīng)濟合理。

6 結論

根據(jù)本次工程規(guī)劃，惠濟河洼地目前不滿足防洪要求的河道，均需進行老堤加固和填筑新堤，老堤加固和新筑堤防均采用河道20年一遇防洪標準，堤防工程等級均為四級，堤頂高程均按20年一遇防洪水位加堤頂超高確定，堤防斷面為單式梯形斷面和局部矩形斷面加防洪墻形式，經(jīng)計算均滿足堤防邊坡穩(wěn)定計算要求。

【1】姚穎.方山縣北川河河道治理工程堤防設計簡述[J].山西水利,2015 (1):16-17.

【2】朱兵穎.淺談水利工程建設中的堤防設計[J].工程技術（引文版）, 2016(4):285.

Embankment Design of the Treatment Engineering of HuiJi River Key Plains and Valleys in Huaihe River Basin in Henan Province

GAO Ling，XU Jian
（Shangqiu Water conservancy construction survey design institute,Shangqiu 476000,China）

Taking an example of the governance project ofHuiJiHe key lowland plains, analyzes the status quo of the channel, first of all，planthe line, and determine the flood control water level. On this basis, determine the elevation of the top, and select section. Analysis the stabilitythrough the stability calculation of penetration and anti-sliding，to verify the design results.

depression;treatment;embankment;design

TV871.1

A

1007-9467（2016）12-0088-02

2016-11-04

高領（1985～），男，河南永城人，工程師，從事水利工程設計及監(jiān)理研究。