2022年河道整治工程堤防加固设计研究.docx

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1、2022年河道整治工程堤防加固设计研究 1 河道整治工程堤防加固设计探讨 摘要：滏阳新河建成逾 50a 来从未经受过特大洪水的考验，经风雨侵蚀，工程老化失修比较严峻，堤顶欠高、堤宽不足，部分堤段筑堤土料不符合规范要求，或碾压不够密实，故造成现状堤防险工险段较多，洪水时易发生险情。分析了堤防加固方案的科学性和可行性，阐述了堤防加固工程的社会效益，为类似工程供应借鉴。 关键词：滏阳新河；堤防加固；社会效益 子牙河系是海河水系的重要组成部分，历史上海河流域发生特大洪水多以子牙河系洪水为主，始终是海河流域防汛工作的重点。子牙河系包括滹沱河、滏阳河和黑龙港运东诸河，滹沱河、滏阳河在献县汇合后称子牙河。滏

2、阳新河1位于滏阳河右侧，为638洪水后河北省 19673968 年开挖的人工排洪河道，是治理海河的骨干工程之一。滏阳新河起于河北省邢台市宁晋县小河口村，止于献县枢纽，全长 132km，主要任务是协作大陆泽、宁晋泊滞洪工程将滏阳河 14877km2 的洪水导入子牙新河。滏阳新河防护区人口密集，经济发达，地理位置和防洪地位特别重要。 1 1 工程兴建必要性 滏阳新河建成逾 50a 以来未经受过特大洪水的考验，目前老化失修较为严峻，存在堤顶欠高、堤宽不足等问题，并且当时多为民工队伍施工，部分堤段筑堤土料不符合规范要求，或碾压不够密实，以致现状堤防险工险段较多。目前，工程过流实力介于 29004730

3、m3/s，达不到海河流域防洪规划2 2 确定的 5730m3/s 的校核行洪流量，一旦遇较大洪水，无法的确保障两岸人民生命财产平安。因此，为提高滏阳新河两岸防洪平安、促进地区社会经济发展和构建和谐社会，对滏阳新河进行综合整治是非常必要的。 2 2 堤防加固方案 依据海河流域防洪规划明确的治理标准，滏阳新河防洪标准为 50a 一遇洪水设计、638洪水校核，相应设计流量为 2800m3/s、校核流量 5730m3/s。深槽设计标准为 5a 一遇洪水不沉没滩地，设计流量为 250m3/s。本次滏阳新河堤防加固工程的主要任务是通过复原原设计堤防及险工治理等工程措施，使其达到设计和校核防洪标准，削减洪水

4、灾难，稳定沿岸群众生活、生活。堤防加固范围为艾辛庄枢纽至献县枢纽治理河道长度 132km，左堤长127.39km，右堤长 128.8km。 2.1 复堤工程 2.1.1 原设计指标638洪水后起先进行滏阳新河治理工程，先后于 1965年冬至 1968 年春完成了滏东排河开挖、滏阳新河右堤填筑、滏阳新河深槽开挖、滏阳新河左堤填筑等工程。依据滏阳新河初步设计，河道左右堤顶宽 8m，迎水坡边坡上部为 13、中部为 15、下部为 13（左堤断面丙为 15）。左堤依据不同筑堤高度，分为 3 种设计横断面：甲种断面迎水坡堤顶4m 处设有 10m 宽戗台，背水坡距堤顶 2.0m 处设有 8.5m 宽马路平台

5、；乙种断面迎水坡距堤顶 5m 处设有 10m 宽戗台，背水坡距堤顶 5.95m 处设有 8.5m宽马路平台；丙种断面迎水坡下部边坡为 15，背水坡无马路平台，其他尺寸与断面乙相同。右堤设计为 1 种断面，迎水坡在距堤顶 4m 处设有 10m 宽 3 戗台，背水坡在距地面 1.5m 处设有 10m 宽戗台。左、右堤设计堤顶高程为校核洪水位加 1.0m。2.1.2 设计堤顶高程确定滏阳新河左右堤均为 2 级堤防。由于多年自然侵蚀和沉降，目前堤顶高程普遍降低。根据设计洪峰流量2800m3/s 和校核洪峰流量 5730m3/s 的水面进行堤顶高程设计。基于堤防工程设计规范（GB-50286-19101

6、）3要求，堤顶高程只按设计水面线加堤顶超高计算，且 2 级堤防堤顶超高不得小于 2.0m。滏阳新河具有其特别性，一是有校核洪水标准，二是校核洪水流量远大于设计洪水流量。依据 20 世纪 60年头设计成果，取设计洪水位加计算超高、校核洪水位加 1.0m 超高的较大值作为设计堤顶高程。在国务院批复的海河流域防洪规划2中明确指出：滏阳新河在治理过程中，堤顶高程要在638型洪水水面线以上加 1.0m超高。依据堤防工程设计规范，按设计洪水位确定堤顶高程，堤顶超高由设计波浪爬高、设计风壅增水高度、平安加高组成。波浪爬高确定依据工程所在地理位置，采纳沿河冀州、衡水、献县等气象站的风速统计资料，工程区内汛期主

7、风向为 S，历年汛期最大风速平均值为 10.5m/s。其他风浪要素根据堤防工程设计规范的规定确定，得到风浪要素的基础数据。依据平均波周期计算公式得到计算波长为 9.01m。波浪爬高、风壅水面高度按相应公式经计算为 0.918、0m。平安加高按堤防工程设计规范中规定，不允许越浪的 2 级堤防工程平安加高值为 A=0.8m，经计算，设计洪水状况下的堤顶超高为 1.74m。根据规范要求，对于 2 级堤防来说，当计算的堤顶超高小于 2m时，堤顶超高取 2m。经分析比较，按设计洪水位加 2m 超高所确定的堤顶高程均低于按校核洪水位加 1m 超高所确定的堤顶高程。因此，滏阳新河设计堤顶高程按校核洪水位加

8、1m 确定，该结果与海河流域防洪规划相吻合。依据 4 有关规划中的投资规模，同时考虑滏阳新河校核洪水标准远高于设计洪水标准的实际状况，复堤顶高程暂按校核洪水位加 0.5m 确定。经分析，以此确定的复堤顶高程均高于或等于按设计洪水位加 2m 确定的设计堤顶高程，说明按此设计方案实施复堤能够满意设计洪水条件下的堤顶超高要求。2.1.3 堤身横断面设计滏阳新河复堤工程是在现有堤防断面基础上加高培厚的，为减小工程永久占地，采纳在迎水坡戗台上进行复堤的工程设计方案，复堤断面均为梯形断面。依据堤防工程设计规范，2 级堤防堤顶宽度不宜小于 6m，堤坡不宜陡于 13。对于堤超群过 6m 的地方，背水侧宜设置戗

9、台。依据上述要求，参考堤防原设计断面，复堤段左、右堤采纳相同的断面形式，堤顶宽度7m，设计边坡 13，迎水坡戗台宽度维持现状，在满意堤防工程设计规范要求状况下，做到不因堤防加高培厚而增加永久占地。背水坡和迎水坡戗台以下仍维持原设计标准，只进行边坡整修。2.1.4 复堤长度确定滏阳新河经过逾50a 的运用，堤防车碾轮压、风吹雨淋、修理资金投入不足，加上堤顶大多未硬化和管理不善等诸多因素影响，堤顶高程普遍降低，达不到设计标准。受地下水超采影响，近些年来工程区内地面沉降问题普遍存在。所以，在满意堤防稳定的前堤下，从工程必要性及节约工程投资等方面综合考虑，确定复堤段原则为：以确定的设计高程为基础，对现

10、状堤防高程与设计堤顶高程相差大于 0.5m 且堤顶宽度不足 7.0m 的堤段进行复堤，其余段暂不复堤。根据上述原则，确定滏阳新河左堤需复堤长度为 61.77km，暂不复堤段长 65.62km；右堤须要复堤长度为 101.85km，暂不复堤段长 30.95km。2.1.5 堤身复土位置复堤方案分析了临水侧和背水侧 2 种方案。经分析，大多数堤段临水侧滩地地势高于背水侧，复堤工程量较小，且沿堤防背水侧村庄较多，有些村庄紧 5 挨大堤，施工不便。另外，考虑目前的施工机械和施工质量较 20 世纪 60 年头有很大不同，新复堤土的施工质量将有所堤高，因此采纳迎水坡复堤设计，将有利于堤身平安。背水侧边坡维

11、持现状。个别特别堤段复土位置视详细状况可敏捷驾驭。2.1.6 堤坡稳定计算（1）计算断面选取。滏阳新河左、右堤复堤断面形式相同。地质勘察资料显示，依据筑堤土料的不同，堤身分为壤土堤段、砂壤土堤段和砂土堤段。堤基土的分布主要为黏土段、壤土段、砂壤土段。边坡稳定计算断面选择从堤高、堤防土质、堤基土质、土的物理力学性质等方面进行综合比较分析，选择具有代表性的断面进行计算。经综合分析比较，共选取了 16 个典型断面。其中，除左堤 21+000 断面现状堤顶高程与设计堤顶高程相差在 0.5m 之内、属暂不复堤段典型断面外，其他 15 个典型断面均在复堤段内。（2）渗透稳定分析。依据堤防工程设计规范，无黏

12、性土按渗透变形类型为管涌型、土料级配按连续性考虑，允许坡降为0.150.25。以黏性土为主的重要的堤防，其允许坡降通过试验确定。依据计算断面堤身及堤基土的物理力学参数指标，并参考土坝渗流稳定计算，综合比较后设计状况下取黏性土的允许坡降为 0.28。按规范规定进行渗透稳定计算，其水位组合为：临水侧设计洪水位，背水侧无水；临水侧设计洪水位骤降。采纳河海高校工程力学探讨所水工结构有限元分析系统（AutoBANKv4）进行计算。对所选典型断面进行稳定计算，由该程序计算出浸润线，为边坡稳定分析供应依据。由渗透稳定计算成果可知，典型断面迎水侧及背水侧堤防渗透坡降均小于允许渗透坡降，不会发生渗透破坏。（3）

13、抗滑稳定计算。滏阳新河兴建于 19673968 年，整治工程将有部分堤段在现有堤防断面基础上进行加高培厚，针对堤防968行洪期间存在的问题和 6 设计资料，对堤防进行了补充勘探和内业土工试验。参照堤防工程技术规范，并依据地质勘察试验资料，结合险工段堤防进行堤防抗滑稳定分析复核。典型断面黏性土凝合力、内摩擦角、干湿密度依据地质勘察成果及料场击实试验成果取值。滏阳新河左右堤为 2 级堤防，依据堤防工程设计规范不进行抗震设计。堤防抗滑稳定计算工况为：正常状况 1，设计洪水位状况下稳定渗流期的背水侧堤坡；正常状况 2，设计洪水骤降期的临水侧堤坡。依据建筑物级别及规范要求，确定 2 级堤防堤坡抗滑平安系

14、数正常运用条件下为 1.25。边坡稳定计算采纳河海高校工程力学探讨所边坡稳定分析程序（SLOPE2.31）进行，由计算结果可知，抗滑稳定平安系数大于允许稳定平安系数，满意规范要求。因此，堤防设计边坡是稳定的。2.1.7 堤防填筑设计依据堤防工程设计规范，均质土堤宜选用亚黏土，黏粒含量宜为 15%30%，塑性指数宜为 1020，且不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质；填筑土料含水率限制在 17.5%20%。筑堤土料场定于深槽右侧 101m 宽范围内，取土总深度1.5m，平均取土宽度约 53m，长约 62km，取土前应进行清表，清表厚度为 0.3m，实际取土厚度 1.2m；清表土回填出料场用于复耕，禁止

15、用于筑堤。滏阳新河左、右堤防均为 2 级堤防，黏土设计压实度为 0.92。 2.2 堤防险工及隐患治理 2.2.1 砂土堤段依据工程地质勘察结果，滏阳新河左、右堤依据筑堤土质的不同，分为壤土堤段、砂壤土堤段和砂土堤段。其中，砂土堤段主要分布在左堤 123+750124+750 以及右堤 124+500126+500 段内。为削减堤身的透水性，对砂土堤段进行内坡包黏处理。依据以往工程设计阅历，包黏厚度为 0.6m，沿堤内坡到堤脚。堤脚处黏土局部加厚为 1.0m，包黏顺堤长度在砂土堤段上 7 下各延长 50m。包黏范围左堤为 123+730124+800，右堤为 124+450126+550。2.

16、2.2 堤身土体疏松段压力灌浆是加固堤防、消退隐患、解决堤防土质疏松段的有效方法，适用于以黏土或壤土为主的堤段。依据土坝坝体灌浆技术规范（SD26688），堤防灌浆可以解决的主要问题是：堤防碾压不实、密实度普遍较差；堤防内有渗漏通道、懦弱夹层、堤后坡浸润线出逸点过高，发生涸湿现象或渗透破坏（管涌、流土）现象；堤防由于不匀称沉陷而产生的裂缝（不包括滑坡裂缝）；堤防内存在生物洞窟，如蚁穴、鼠洞、獾洞及腐烂树根等。堤防灌浆分为充填式灌浆和劈裂式灌浆。充填式灌浆适用于处理性质和范围都已确定的局部隐患；劈裂式灌浆适用于处理范围较大，问题性质和部位又都不能完全确定的隐患。从滏阳新河左、右堤防各阶段的地质勘

17、探、物探、电测结果来看，对堤防土体疏松段采纳劈裂式灌浆处理比较适合。依据物探报告，11019 年曾对衡水湖段右提 1.2km（48+40049+1600）进行了劈裂灌浆处理，物探工作中着重对该段进行了探测，结果该段无明显异样，表明大堤密实度匀称，处理效果较好。从 2002 年已实施的10.5km（43+90054+400）衡水湖段右堤劈裂灌浆工程效果来看，基本达到了堤身土壤干重度要求。滹沱河北大堤局部段968洪水前也实施了堤身劈裂灌浆处理。依据968洪水对滹沱河大堤行洪的影响状况，凡是堤身灌浆堤段险情均较小。鉴于上述状况，堤身土体疏松段治理将堤防灌浆作为工程举荐方案。本次工程只对复堤段内的堤身

18、土体疏松段结合复堤进行堤身防渗，堤防灌浆列入下期工程中。结合复堤，对堤身土体疏松段进行防渗处理。详细措施是在复堤段迎水坡上铺设复合土工膜，材料为两布一膜，重量为 600g/cm。本次复堤段堤身防渗总长为 30.15km，其中左堤 12.05km、右堤 8 18.1km。依据滏阳新河设计流速和坡脚处土壤计算粒径，按水流斜冲防护岸坡产生的冲刷公式，计算得出局部冲刷深度为 0.15m。从工程平安性动身，坡脚处土工膜埋深取 1m，水平长度为 2m。复合土工膜铺设方式沿复堤开蹬断面铺设，堤肩处与校核洪水位齐平。2.2.3 其他隐患治理人工取土造成的堤外多处取土坑，使得堤身断面缩小，一遇较大洪水背水坡易产

19、生渗水而危及大堤平安。因此，需结合实际，对堤后土坑实行填塘固基的工程措施，填塘 30m，边坡 13，高度与旁边地面相同，堤身断面不足处结合复堤工程使其达到设计断面；受968洪水影响，下游献县段个别临堤村庄处出现渗水现象，结合复堤、土坑填塘固基等工程，对堤防迎水面铺设土工膜进行堤身防渗处理，铺设方式同堤身防渗段，未出渗水段防渗长度 101m；对上游新河县刘庄穿堤故道进行铺黏处理。 3 3 社会效益 滏阳新河堤防加固工程不仅具有明显的经济效益，其社会效益更加显著。随着我国社会主义现代化建设和改革开放的全面推动，工程爱护范围内基础设施和经济总量快速增长，洪灾造成的经济损失和影响也快速增加。滏阳新河堤

20、防加固工程，关系到京九铁路、石德铁路、青银高速马路、衡德高速马路、邢衡高速马路、大广高速马路、石黄高速马路等交通要道的正常运行和衡水、冀州、武强、武邑、献县、阜城等重要市、县人民生命财产平安问题。保持滏阳新河安澜，不仅具有重要的经济意义，更具有全局性重大政治意义。滏阳新河堤防加固工程的实施，必将有效改善区域社会发展的物质生活条件，从而全面促进社会进步。 9 参考文献 1河北省水利水电其次勘测设计探讨院.子牙河流域防洪规划报告R.石家庄：河北省水利水电其次勘测设计探讨院，2002. 2水利部海河水利委员会.海河流域防洪规划报告R.天津：水利部海河水利委员会，2022. 3GB50286-19101，堤防工程设计规范S. 作者：张鹏 单位：河北省子牙河河务中心 第10页 共10页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页第 10 页 共 10 页