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萨克打克库木堤防工程设计研究

学术杂志网   |   2020-09-29

[摘要]堤防工程是最为有效的洪水防御措施之一,结合工程实例对堤防工程设计及加固进行分析,通过对雷诺护坡、格宾石笼+四边六面砼透水框架防冲和河床以下防冲采用水力插板防冲墙方案进行比较,从建筑材料、施工工期、耐久性、运行安全维修、环境影响和经济等因素方面综合考虑,最终确定雷诺护坡、格宾石笼+四边六面砼透水框架防冲的加固方案,可供同类工程参考。

[关键词]防洪工程;堤防;加固设计

1工程概况

莎车县萨克打克库木防洪工程位于莎车县阿瓦提镇萨达克库木村叶尔羌河右岸,为护岸工程,布置在右岸,总长3.045km,起点桩号109+327,末点桩号112+372,防洪标准为10a一遇,起点(109+327)处设计洪峰流量2630m3/s,设计洪水位1202.32m,终点桩号112+372,设计洪峰流量2600m3/s,设计洪水位1200.04m。该工程位于叶尔羌河冲洪积细土平原上,叶尔羌河冲洪积细土平原地势总体为南高北低,由西南向北东缓倾,叶尔羌河流向由南向北。工程区属昆仑山北麓的西南坳陷区、塔里木地台南缘的西南台坡及巴楚台隆的西北部。本工程区地质构造较为稳定,无大的活动断层通过,无断裂构造发育及其它不良地质现象。根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015),本地区地震动峰值加速度为0.10g,地震动反应谱特征周期为0.45s,相应的地震基本烈度为Ⅶ度。根据防洪堤地层岩性、地下水埋深等情况分析,地层的透水性,主要取决于地层的岩性及其连通程度,衡量地层的透水性指标为渗透系数。防洪堤沿线的地层岩性以粉土和粉细砂为主。粉土的渗透系数为5.13×10-4cm/s;粉细砂的渗透系数为5.77×10-3cm/s;平均渗透系数为2.85×10-3cm/s,属弱~中等透水层,因此应采取防渗措施。

2堤防工程设计分析

2.1堤防工程结构设计

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013),该防洪工程堤顶宽度的确定除满足堤身稳定的要求外,主要考虑施工及抢险期间施工车辆上堤运行和管理交通、构造及其它要求,故堤顶宽度确定为4.0m,路面铺设厚30cm的砂砾石路面,砂砾石路面下铺设500g/m2无纺布,路面下设的无纺布与雷诺护坡下的无纺布布置为一体。以增强路面稳定性,靠河岸堤顶侧设置L型路沿石。聚酯短纤无纺布技术指标规格应满足相关技术要求。

2.2堤坡设计分析

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)有关规定,通过稳定计算确定堤防迎水面采用1∶2.5,背水面采用1∶2.0。

2.3堤身加固设计

本次加固桩号109+327~112+372,长3.045km。加固堤防先对原有护坡及基础拆除清理,清基厚30cm,穿越旧防洪堤段,拆除旧堤,并对堤身进行检测和夯实,整理堤顶及坡面,按照设计堤顶高程、断面形式及坡度进行填筑及坡面护砌。坝体填筑土料不得含有杂草、草根、树根等杂物。堤防粘性土填筑碾压密实度不应低于0.91,无粘性土碾压后相对密度不应低于0.6[1]。

2.4防冲刷设计

本次设计主要根据实测资料分析选择冲刷深度,并结合已建工程中水毁实测冲深资料,同时考虑防护后河段冲刷深度相应减少的因素,从工程的安全角度考虑,确定堤防工程基础冲刷深度为1.0m;在河流冲刷严重段111+000~111+500,确定堤防工程基础冲刷深度为4.0m。结合叶尔羌河中上游河段已建防洪工程经验,考虑到便于施工及减少投资,基础挖深1.2m左右。

3堤防工程断面型式选择

根据防洪段河水流态及特点,结合堤身结构型式及护坡材料、基础防护型式的选择以及工程的造价等因素,本阶段拟定以下两种方案进行比较。

3.1方案一:采用雷诺护坡、格宾石笼+四边六面砼透水框架防冲

109+327~111+200断面型式按堤防设计,111+200~112+372断面型式按护岸设计。全断面雷诺垫层护坡,格宾石笼+四面六边砼透水框架护脚。防洪堤断面型式为梯形,109+327~111+000高6.0m,堤顶宽度4.0m;111+000~111+500高7.9m,堤顶宽度4.0m;111+500~112+372高7.1m,堤顶宽度4.0m。沿坝顶每500m设置错车平台及上堤道路、每100m设置里程桩、每1km设置一个里程牌及水尺,水尺上标记警戒水位、保证水位。路面铺设厚30cm的砂砾石路面,砂砾石路面下铺设500g/m2无纺布,无纺布铺设至堤顶后坡,无纺布水平向坝体内铺设1m,然后埋入深度为0.5m的“V”型槽内,边坡为1∶1,路面下设的无纺布与雷诺护坡下的无纺布布置为一体,以增强路面稳定性。靠河岸堤顶侧设置L型路沿石。109+327~112+372迎水面边坡为1∶2.5,背水面边坡为1∶2.0,背水面为素土夯实;迎水面采用30cm厚的雷诺护垫,雷诺护垫下伸至河床以下深度1.6m,下设500g/m2无纺布,无纺布下设100mm厚砂砾石垫层。雷诺护垫护坡每隔100m设置一道格宾石笼隔墙,隔墙宽50cm,厚80cm。坡脚放置厚60cm,宽9.0m的格宾石笼水平防护,下设500g/m2无纺布。在河流冲刷严重段,护脚厚度应加厚,防止河流淘刷,故111+000~111+500护脚采用2层60cm厚的格宾石笼防护,下层格宾石笼宽9.0m,上层格宾石笼宽5.0m,结合7m的四面六边混凝土透水框架,下设500g/m2无纺布,上、下层格宾石笼错缝布置。坝体采用当地土填筑即可,堤防填筑碾压压实度不低于0.91。砂砾石垫层相对密度不小于0.60。单公里投资约796.18万元。

3.2方案二:河床以下防冲采用水力插板防冲墙

109+327~111+200断面型式按堤防设计,111+200~112+372断面型式按护岸设计。迎水面采用现浇砼板护坡,砼板厚15cm,下设砾石垫层厚30cm。砼板护坡每隔50m设置一道隔墙,隔墙宽30cm,厚60cm。防冲采用水力插板连续墙形式,109+327~112+372防冲深度河床以下深8m。在水力插板连续防冲墙前设有2.7m长、0.3m宽短丁板,垂直水流方向,与顺坝方向水力插板连为一体,下深与水力插板连续防冲墙一致。水力插板连续防冲墙顶部设有钢筋砼帽梁,钢筋砼帽梁、拉梁与水力插板连成一体,以增加水力插板的稳定性。帽梁梁高0.5m,梁宽0.35m,与水力插板同长布置,拉梁高×宽为0.5m×0.3m,净长5.0m,每隔8.1m设一道。

3.3方案的比选

对上述两种方案从建筑材料、施工工期、耐久性、运行安全维修、环境影响和经济[2]等方面进行综合考虑和比较,具体见表1。从建筑材料、施工工期、耐久性、运行安全维修、环境影响和经济等因素方面综合考虑,认为方案一采用雷诺护坡、格宾石笼+四边六面砼透水框架护底方案合理、经济实用,在施工工期有保证的情况下,耐久性较好,因此推荐方案一,109+327~112+372段方案一单公里投资796.18万元,概算总投资2424.38万元。

4结论

综上所述,萨克打克库木防洪工程存在防洪堤渗漏、土体渗透变形、边坡稳定等工程地质问题,经过论述并提出了采用雷诺护坡,格宾石笼、四边、六面体砼透水框架防冲的加固方案,有效提升了防洪工程堤防的稳定性。堤防加固设计后,防洪工程地质问题得以有效解决,工程建成运行以来,堤防运行安全稳定,再未出现病险问题。

参考文献

[1]邓丽,张柏英,李星,等.波浪作用下雷诺护垫护坡的设计与应用[J].水道港口,2013,34(03):208-213.

[2]任志,李玉建,侍克斌,等.不同透水率对水力插板透水丁坝防冲促淤效果的试验研究[J].水资源与水工程学报,2016,27(01):172-174+179.

作者:乔冠锋 单位:喀什地区水利水电勘测设计院

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