河南省淮河流域惠济河重点平原洼地治理工程堤防设计

高领，徐健（商丘市水利建筑勘测设计院，河南商丘476000）

河南省淮河流域惠济河重点平原洼地治理工程堤防设计

高领，徐健
（商丘市水利建筑勘测设计院，河南商丘476000）

以惠济河重点平原洼地治理项目为例，分析了河道现状，首先进行堤线规划，经推算确定防洪水位。在此基础上，确定堤顶高程，选定堤防断面，进行断面设计。再通过堤身渗透和堤身抗滑稳定计算分析，验证堤防设计成果。

洼地;治理;堤防;设计

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

1 概况

惠济河是涡河左岸的最大支流，源于开封市郊区的济梁闸，流经开封、杞县、睢县、柘城、鹿邑等县（市），于安徽省亳州市西大刘砦村汇入涡河，全长173.80km，流域面积4315km2，其中：河南境内长166.46km，流域面积4315km2，人口543万人，耕地面积460万亩（约30667km2），河床比降1/4800～1/10000。惠济河重点平原洼地治理区域涉及河南省商丘、开封两市，治理面积705.5km2。其中，开封市有杞县、开封县，共2县13个乡镇，治理区面积583.5km2；商丘市有民权、宁陵、睢县、柘城4个县，共33个乡镇，治理区面积122km2。有防洪要求的河道均按20年一遇防洪标准加固堤防；河道均按5年一遇除涝标准治理。根据工程规划，共有5条河不能满足防洪要求，须进行老堤加固和填筑新堤，堤防工程共计121.97km。

2 堤线规划

惠济河洼地堤防工程主要分老堤加固和新建堤防两部分，为减少筑堤及拆迁工程量，老堤加固堤线总体上仍按现有堤线走向，仅在局部堤段结合险工险段处理进行相应调整，新建堤防按两岸滩地宽度5～10m布置堤线。

3 设计防洪水位

由于惠济河洼地内大部分河道年久失修，局部堤防标准过低，每到汛期遇大洪水，域内洪水来不及排泄，干流洪水倒灌顶托导致洪灾。因此，本次治理工程各河沟防洪水位均根据干流20年一遇防洪水位采用水面线法向上推算确定。各河沟采用的入河口处防洪水位及本次推算的设计防洪水位具体见2013年编制的《惠济河治理工程可行性研究报告》。

4 堤防断面设计

4.1 堤顶高程确定

根据规范，堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定，超高计算公式为：Y=R+e+A。式中，Y为堤顶超高，m；A为安全加高，m；e为风壅水面高度，m；R为波浪爬高，m。风浪要素的的计算，根据《堤防工程设计规范》（G月50286—1998）附录C的式（C.1.2-1）、式（C.1.2-2），分别计算平均波高H、平均波周期T、波长L。

4.2 堤防断面选定

惠济河洼地堤防工程设计堤型均为均质土堤，由于设计堤防高度均不大于6m，故堤防设计断面为单式梯形断面，堤顶宽度根据有无交通需要定为3m、5m，内外边坡系数为1∶2.5～1∶3。根据河道堤防现状、堤外群众生产生活区布置情况及滩地宽度，堤身加固措施分别采用内培或外帮，使堤防达到标准断面，培土时必须对新老土结合面进行清基，清基面修成缓坡，铲除表面浮土、草皮、树根、石块等一些杂物后，再填筑新土，碾压夯实。

其中，小沙河口（57+670）至付庄闸（60+870）段由于大量城市建设导致河道严重束窄，最窄处为柘城县教育中心附近，河口宽度仅为19m左右，春水路—兴中路段两岸建筑物间距60～70m，这段范围内大多是多层建筑，如也按单式梯形断面设计方案进行治理，影响范围较大，且经调查复核，拆迁房屋量高达72.5万m2，拆迁难度大，补偿费用高，社会风险较大。拟规划为矩形断面加防洪墙的形式，将河底由原来的26m底宽拓宽至40m底宽，采用矩形断面，两岸采用混凝土挡土墙护砌，洪水位高出地面部分采用混凝土防洪墙防护，防洪墙顶高程按超出洪水位1.2m控制。这样既能加大河道主槽的过流能力，又减少了因筑堤而占压的土地，从而减小地面附属物的影响范围。

5 堤身稳定分析

堤身稳定分析包括堤防渗流稳定计算和抗滑稳定计算两部分。

5.1 堤身渗透稳定计算

5.1.1 典型断面的选取

根据惠济河洼地堤防加固规划成果，商丘市蒋河、废黄河、通惠渠3条河为新建堤防外，其余堤防均属老堤加固，据老堤现状运用情况看，堤身基本无渗流破坏特征，选取蒋河45+240断面为典型断面进行堤身渗流稳定计算。

5.1.2 计算工况

根据规范，渗流计算选用堤防运用期最不利工况：临水侧为设计洪水位、背水侧无水进行计算。

5.1.3 计算方法

堤身渗透稳定计算的计算方法简述如下。

1）计算原理。典型断面堤身、堤基渗透稳定按透水堤基上的均质土堤计算。堤防渗流视为平面渗流，采用河海大学研制的《水工结构有限元分析系统》程序，用流网法分析堤防的渗流稳定。

2）堤身土体临界水力坡降、允许渗透坡降计算。根据蒋河新筑堤防的堤基勘探及天然土料场调查情况，堤身填土一般采用第一层地基土（轻粉质壤土），为低液限液限粉土，渗透破坏形式为流土。根据《水利水电工程地质勘察规范》（G月 50487—2008），按流土型计算临界水力坡降。

3）计算结果。经典型断面堤防渗透稳定计算，土体比重Gs为2.7，土体孔隙比n为0.43，土体孔隙率e为0.754，J=0.0085＜J允=0.39，结果可以看出，设计堤防断面不会出现渗透破坏。

5.2 堤身抗滑稳定计算

参考《堤防工程设计规范》（G月50286—2013）的要求，考虑堤防高度和地质情况等因素，选取蒋河（45+240）、茅草河（31+500）共2条河2个典型断面进行堤身抗滑稳定计算。

5.2.1 设计工况

根据《堤防工程设计规范》（G月50286—2013）要求，堤防边坡抗滑稳定应计算以下2种工况：正常运用期：上游设计洪水位，堤后无水，背水坡的稳定情况；设计洪水位骤降期堤防临水坡的稳定情况。非常运用期：施工期堤防背水坡的稳定情况（临水坡相同）。

5.2.2 计算方法

边坡稳定计算理论采用《堤防工程设计规范》（G月50286—2013）附录F中的瑞典圆弧滑动法。施工期和水位骤降期采用总应力法计算，稳定渗流期采用有效应力法。

5.2.3 设计参数选取

各工况计算所用土体物理力学指标均参照地质勘查报告有关数据选用。

5.2.4 计算方法及计算结果

各典型断面抗滑稳定计算均采用中国水利水电科学研究院编制的土质边坡稳定分析程序STA月95进行边坡稳定计算。通过计算，各典型河段典型断面堤坡抗滑稳定系数均满足规范要求，采用坡比经济合理。

6 结论

根据本次工程规划，惠济河洼地目前不满足防洪要求的河道，均需进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年一遇防洪标准，堤防工程等级均为四级，堤顶高程均按20年一遇防洪水位加堤顶超高确定，堤防断面为单式梯形断面和局部矩形断面加防洪墙形式，经计算均满足堤防边坡稳定计算要求。

【1】姚颖.方山县北川河河道治理工程堤防设计简述[J].山西水利,2015 (1):16-17.

【2】朱兵颖.浅谈水利工程建设中的堤防设计[J].工程技术（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

高领（1985～），男，河南永城人，工程师，从事水利工程设计及监理研究。