余姚東江堤防擋土墻工程的設計

潘　杰，林明欽，王燕飛，孫　奇

(1.浙江省千人計劃余姚產(chǎn)業(yè)園管理中心，浙江 余姚　315400;2.余姚市江河水利建筑設計有限公司,浙江 余姚　315400；3.余姚市海涂圍墾和海塘管理局，浙江 余姚　315400；4.余姚市政府辦公室，浙江 余姚　315400)

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余姚東江堤防擋土墻工程的設計

潘杰1，林明欽2，王燕飛3，孫奇4

(1.浙江省千人計劃余姚產(chǎn)業(yè)園管理中心，浙江 余姚315400;2.余姚市江河水利建筑設計有限公司,浙江 余姚315400；3.余姚市海涂圍墾和海塘管理局，浙江 余姚315400；4.余姚市政府辦公室，浙江 余姚315400)

摘要：從工程水文、設計暴雨與設計水位、工程地質等對余姚東江堤防整治工程進行了基礎數(shù)據(jù)的分析和計算，根據(jù)堤防初步設計原則、設計了堤防斷面結構和防浪墻的斷面結構，對堤防抗滑穩(wěn)定性、抗傾穩(wěn)定性和基底壓應力進行計算的結果表明，本河道堤防擋土墻的設計滿足堤防穩(wěn)定的要求.

關鍵詞：余姚；堤防;設計

0引言

余姚東江河道治理工程的設計，由于水文和地址條件復雜，給設計帶來了很多問題.余姚東江河道位于余姚經(jīng)濟開發(fā)區(qū)城東新區(qū)，城東新區(qū)，規(guī)劃用地范圍東至蕭甬鐵路支線東側穴湖路，南至子陵路，北至北環(huán)東路，西至東江.緊靠中國輕工模具城和中國塑料城，高速公路連接線及城市主干道貫穿其間，地理位置和交通條件十分優(yōu)越其河道區(qū)位圖(見圖1).

城東新區(qū)按照寧波市確定實施的“東擴、北聯(lián)、南統(tǒng)籌、中提升”的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，作為“北聯(lián)”策略的前沿陣地，余姚市政府將余姚城東新區(qū)定位為：以商貿、居住、工業(yè)科研功能為主，與主城區(qū)形成功能互補，生態(tài)條件良好的復合功能區(qū)塊，市級商務、會展中心的生活服務基地的“一心、二點、三軸、四個功能片區(qū)”.按照余姚市生態(tài)環(huán)保城市理念和新區(qū)控詳規(guī)劃，城東新區(qū)將設置綠化帶、生態(tài)走廊和城市公園，達到40%綠化率，構筑生態(tài)型人居家園和綠色環(huán)保型產(chǎn)業(yè)園.城市的發(fā)展有也不能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對需求，為此，需要對東江進行河道設計和治理.河道治理工程的設計包括很多方面，下面對幾個對堤防設計的重要問題進行分析.

圖1　余姚東江河道區(qū)位圖

1水文計算分析

水文計算復雜，受降雨徑流和河流特性的制約，河流洪水計算方法主要有括經(jīng)驗公式法、推理公式法、瞬時單位線法等，各種方法有其特點[1-4]，根據(jù)東江河道流域的特點，水位計算采用浙江省推理公式.

余姚東江河道工程區(qū)域多年平均降雨量1 400 mm，最大年降雨量1 890.8 mm(1930年)，最小年降雨量879.4 mm(1967年)，

1.1設計暴雨分析

根據(jù)《浙江省短歷時暴雨》圖集查得(見表1).時段排列與分配，根據(jù)“圖集”規(guī)定，最大值排在第18～21時段內.

表1　余姚城東新區(qū)設計暴雨計算表

1.2設計水位

1.2.1洪水計算

設計洪水主要是向南河山區(qū)塊洪水，匯流計算采用浙江省推理公式:

(1)

(2)

式中：Qm—洪峰流量，m3/s；

h—在全面匯流時代表相應于τ時段的最大凈雨，mm；F—流域面積，km2；τ—流域匯流歷時，h；

m—匯流參數(shù)，根據(jù)河道特征、植被條件取III線;

L—主河道長度，km；

J—沿流程L的平均比降.

根據(jù)本流域的水文特征，F(xiàn)—6.47km2(陳山片山區(qū)面積0.39km2未計入)；L—3.08km；J—0.014，產(chǎn)流計算扣損法，初損20mm，后損扣1mm/h.計算得到不同重現(xiàn)期洪峰流量(見表2).

表2　洪水過程成果表

1.2.2山區(qū)洪水

(1)對產(chǎn)流

根據(jù)流域面積(包括陳山片面積0.39 km2)為6.33 km2，產(chǎn)流計算中初損15 mm，不扣初損.

(2)對匯流

凈雨過程直接匯入河道.根據(jù)上述條件，就得不同重現(xiàn)期的排澇水量與流量(見表3).

表3　不同重現(xiàn)期的排澇水量與流量表

2工程地質

通過地址勘察，本區(qū)未發(fā)生過>4.75級地震，場地穩(wěn)定性較好，本場地未發(fā)現(xiàn)影響工程穩(wěn)定性的不良地質現(xiàn)象.場地勘探深度范圍內地基土可分為4個工程地質大層，根據(jù)條件求出各土層的物理力學性質指標及承載力；工程區(qū)區(qū)域構造基本穩(wěn)定，場地地震設防烈度為Ⅵ度第一組，可不考慮液化問題.以上多為淤泥質粘土，屬軟弱地基土，為抗震不利地段；擬建項目地下水位埋深在0.40～1.10 m之間，1985年國家高程基準高程為1.72～1.77 m，地下水位變化幅度為1.50 m左右.根據(jù)《水利水電工程地質勘察規(guī)范》(GB50487—2008)附錄，環(huán)境水對混凝土腐蝕性為無腐蝕，環(huán)境水對鋼筋混凝土結構中鋼筋的腐蝕性為無腐蝕；環(huán)境水對鋼結構腐蝕性為弱腐蝕.由于本場地地下水位埋深較淺，土的腐蝕性評價可參照水的腐蝕性評價.堤基主要工程地質問題是抗滑穩(wěn)定性及過大沉降與不均勻沉降問題，為此需采用提高地基承載力及減少變形的工程措施.第2—2層淤泥質粘土分布廣，局部厚度大，工程性質最差，是抗滑穩(wěn)定及地基沉降的最主要控制層，也是地基處理的關鍵層.堤基長期抗滑穩(wěn)定性計算宜采用固結快剪指標.十字板剪切試驗成果為峰值強度，設計時應根據(jù)設計經(jīng)驗適當折減，建議折減系數(shù)為0.7，并在施工過程中通過沉降、位移監(jiān)控，驗證分析，完善設計；堤基的加固處理除考慮堤基抗滑穩(wěn)定要求外，尚應考慮堤基的沉降要求，堤線內軟土層厚分布為0.70～5.40 m,是造成過大沉降和不均勻沉降的主要因素.地基加固處理宜采用水泥攪拌樁、松木樁或拋石等加固處理加固，打入深度和間距可由設計根據(jù)地質條件計算確定；本工程筑堤所需的片石、塊石、碎石等可從沿線石料場就近采購，石料為凝灰?guī)r性，質地堅硬、密實，質量基本能滿足筑堤及護坡要求；工程區(qū)屬海涂，區(qū)內無砂料分布.天然砂礫料儲量和質量不能滿足工程需要.因此建議采用外購商品砂，粗骨料可采用人工軋石方法.粘土料主要分布在場地淺層，以淤泥質土較多，能滿足堤身閉氣土料要求，可就近開采利用.

3堤防設計

余姚東江城市河流堤防的設計，首先要滿足防洪排澇的需求，同時要滿足生態(tài)環(huán)境和景觀休閑的需求，河道設計及其問題復雜[5-8].

3.1堤防設計原則

根據(jù)《防洪標準》(GB50201—94)、《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286—98)，確定防洪標準為50年一遇，排澇標準為20年一遇24小時暴雨，24小時排出不受淹.本工程等級為IV等，其主要建筑為4級，次要建筑物為5級，臨時建筑物為5級.堤線布置原則是以原有河道走向為基礎，做到與河勢流向相適應，堤線力求平順，并且盡可能利用現(xiàn)有的有利地形.在滿足行洪、排澇要求前提下，結合生態(tài)、景觀等要求，盡可能的節(jié)省投資.

河道斷面型式的設計基本原則是在滿足排澇要求前提下，結合生態(tài)、景觀等要求，將防洪排澇與環(huán)境整治有機結合起來.本工程主要由堤防加高，土堤加高，防浪墻加高，排水溝，河埠頭及泵站組成.

要按照“水清、流暢、岸綠、景美”的總目標，在整治中充分體現(xiàn)生態(tài)觀，在治污及滿足河湖防洪、供水等基本功能的前提下，注重水利設施的造型美觀及濱河的綠化、美化，滿足人們的親水及休憩游樂的要求，保護沿河的歷史文物及人文景觀，采用生物護坡等措施，創(chuàng)造水生物生存的良好環(huán)境，確定堤防的橫斷面.

3.2堤防加高設計

本工程采用擋墻結構型式對堤防加高(見圖2)，擋墻結構型式均為漿砌塊石擋墻，擋墻底高程為0.13(1.13) m，頂高程為2.13(2.63) m，迎水面的坡度1 ∶0.1，背水面的坡度1 ∶0.3，底板采用0.3 m厚的C25混凝土底板，下設0.1 m厚的C15素混凝土墊層，下墊0.1 m厚的碎石墊層，基礎采用梢徑120長6 m松木樁，縱向間距800,采用梅花樁布置；擋墻頂寬0.60 m，采用150厚C25混凝土壓頂.墻后采用土方填筑，土堤頂高程為4.13 m，堤頂采用200厚泥結石路面.

圖2　擋墻式堤防加高斷面圖

3.3防浪墻設計

防浪墻斷面設計(見圖3).擋墻采用M7.5漿砌塊石，表面C25鋼筋混凝土襯砌，混凝土防浪墻墻寬均為0.15 m，防浪墻高0.9 m，頂高3.93 m.防浪墻三擋墻采用M7.5漿砌塊石，混凝土防浪墻墻寬0.15 m，防浪墻高0.8 m，頂高3.93 m.

圖3　防浪墻斷面設計圖

4擋墻穩(wěn)定計算

為確保堤防的安全，對堤防加高標準斷面的擋墻的抗滑穩(wěn)定性、抗傾穩(wěn)定性和基底壓應力進行計算.

4.1計算方法

抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按下式計算：

式中：KC—抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

f—底板與堤基間磨擦系數(shù)；

∑W—作用于墻體上的全部垂直力的總和,kN；

∑P—作用于墻體上的全部水平力的總和,kN.

抗傾穩(wěn)定性按下式計算：

式中：KO—抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑MV—抗傾覆力矩(kN·m)；∑MH—傾覆力矩(kN·m).

式中：σmax、min—基底的最大和最小壓應力，kPa；

A—底板面積；∑M—荷載對底板形心軸的力矩，kN·m；

∑W—底板的截面系數(shù)，m3.

4.2計算參數(shù)

根據(jù)報告并參考有關資料，所采用材料的物理力學指標(見表3).

表3　材料物理力學指標

底板與地基摩擦系數(shù)f取0.25.

4.3計算工況及結果

根據(jù)上述計算理論及參數(shù)取用，對施工期工況進行計算，計算結果(見表4).

表4　擋土墻計算結果

從計算結果看，河道擋土墻抗滑安全系數(shù)計算結果滿足規(guī)范要求.

5結論

從工程水文、設計暴雨與設計水位、工程地質等進行了基礎數(shù)據(jù)的分析和計算，根據(jù)堤防初步設計原則、設計了堤防斷面結構和防浪墻的斷面結構，對堤防抗滑穩(wěn)定性、抗傾穩(wěn)定性和基底壓應力進行計算的結果表明，本河道堤防擋土墻的設計滿足堤防穩(wěn)定的要求，本水位計算結果設計和設計方法可供類似工程參考.

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Design of Dongjiang Dyke Construction in Yuyao

PAN Jie1, LIN Ming-qin2, WANG Yan-fei3, SUN Qi4

(1.Yuyao Industrial Park Administration Center of Zhejiang Thousand Talents Scheme, Yuyao 315400, China;2.Yuyao Jianghe Water Construction and Design Co. Ltd., Yuyao 315400, China;3.Yuyao Tideland Reclamation and Seawall Administration Bureau, Yuyao 315400, China;4.Yuyao Municipal Office, Yuyao 315400, China)

Abstract:The essential data of Dongjiang Dyke Regulation Project in Yuyao is analyzed and calculated in terms of engineering hydrology, engineering geology, design rainstorm and designed water level. According to the preliminary design principle of the dyke, the cross section structure sof the dyke and the parapet wall are displayed. The calculated results of the anti-sliding stability, the anti-inclining stability and basal compressive stress show that the design of river retaining wall can meet the requirements of dyke stability.

Key words:Yuyao; dyke; design

收稿日期：2015-10-13

基金項目：國家自然科學基金(51479081);浙江省水利科技計劃項目( RC11092011);浙江省自然科學基金項目( M503254);浙江省教育廳科技計劃項目 (Z200909405)

作者簡介：潘杰(1983-)，男，浙江余姚人，工程師，主要從事工程和咨詢等工作.

中圖分類號：TV214

文獻標志碼：A

文章編號：1008-536X(2016)04-0030-05