大清河北支工程总体布置及堤防设计浅析

丰亚丽

(辽宁省盘锦水文局，辽宁 盘锦 124010)

1 概 述

根据辽宁盖州北海新区规划，项目位于为大清河北部片区，保护人口规模20万人，根据现行国家标准《防洪标准》，拟定大清河北支入海口段的防洪标准为20a一遇。按照《堤防工程设计规范》的要求，与20a一遇的防洪标准相对应的堤防工程及建筑物的级别均为4级[1]。

2 工程总体布置

2.1 堤线方案比较与选择

根据1989年出版的地形图资料，大清河北支原河宽约为400m，大旱河汇入大清河北支后流经1500m左右即入渤海湾，入海口处宽度>700m。现状河道由于滩地被挤占，河道宽度仅有70m左右，相对上游河道形成了瓶颈，严重影响上游洪水下泄。根据计算大清河北支过流量以及项目区的占地情况，以滨海路桥为界，上游河道宽拟定为300m，基本沿着老堤防进行布置，两侧均为农田，堤防布置比较合理，不做方案比较。大旱河口下游因两岸土地权属不同、性质不同，考虑征地费用及区域不同，拟定4个方案进行比较。

方案一：在滨海路下游左岸堤防沿着现有堤防，河道向右扩宽420m。在滨海路桥下游右岸占用盐业公司用地，南岸动迁量相对较小。

方案二：在滨海路桥下右岸沿着盐业公司现有堤防布置，河道向左扩宽420m。南岸征地面积较大，动迁量较大。

方案三：在滨海路桥下右岸沿着盐业公司堤防布置堤线，河道向左扩宽300m。与方案一比较，减少左岸用地。

方案四：采用方案一的右堤线，河道向左扩宽300m。两岸均需征地。

方案一、方案二下游河道宽度为420m，将河道基本恢复到2000年以前状况，与南支流配合可保证发生超标准洪水顺50a一遇的大洪水利下泄，保证上游主城区的防洪安全。但是需要征地面积较大，费用较高，安置难度较大。

方案三、四下游河道宽度为300m，与南支配合可保证发生20a一遇洪时北支两岸的防洪安全。征地费用相对较小。方案三可利用部分右侧堤防、节省部分工程选价，但是因左岸滩地养殖户地面附属物较多，征地费用较大。方案四两岸均需征地，因两岸土地权属不同县区，可降低征地难度；右岸征地中无附属物，费用相对较小。

以上方案优缺点及征地费用估算问题，市政府专门召开会议征求相关部门意见，各部门对方案四的征地方案表示认可。各方案的估价见表1。

表1 大清河北支整治综合费用统计表 万元

综合考虑各方案的优缺点，方案三、方案四均能满足20a一遇防洪要求，且与大旱河回水部分防洪标准一致，方案四的工程造价略高，但征地费用小，综合造价低，且能够得到社会各有关部门的认可。因此选定方案四作为项目堤线推荐方案。

2.2工程总体布置

河道整治堤线基本沿着老河道进行布置，河道宽度为300m。滨海路桥下游左岸需满足渔航停泊要求，按渔码头进行设计，在河道中心靠左侧开挖30宽航道，底高程为-2.50m。本次整治河道长度7.64km。其中左岸堤防7.731km，上游与南支堤防相接，下游与围海的堤相接；右岸堤防6.847km，上游与正在建的双铁段堤防相接，下游延伸至现状的盐业公司大堤，与规划的纳潮湖堤防相接。根据北海新区规划，在桩号0-398、3+235左岸、桩号3+200、4+030右岸拟建4处泵站出口消能设施。

3 堤防设计

3.1 堤防断面设计

大清河北支河道根据景观河道亲水效果要求及营口北海新区的总体规划，以及当地的渔业要求，分段设计堤防断面型式：

1)大旱河口上游段(桩号0-405-3+320)左岸、(桩号0+000-3+320)右岸：左岸与南支堤防相接，右岸与在建的双铁段堤防相接。堤防断面均采用单坡均质黏土堤，堤顶宽4m，两侧边坡坡比均为1∶3。迎、背水边坡坡面均采用草皮护坡。堤顶设沥青路面防护，路面结构型式由上至下为细粒式沥青混凝土30mm厚，中粒式沥青混凝土40mm厚，水泥砂砾稳定层300mm厚[2]。

考虑水流惯性对凹岸的冲刷，在桩号1+800-2+800段左岸、桩号0+600-1+400段右岸迎水坡面采用300mm厚双铰格网护坡，下设400g/m2短纤针刺土工无纺布。护坡范围由堤脚至设计水位。

2)大旱河口至滨海路桥上游段(桩号3+320-4+114)左、右岸：两岸堤防断面均采用单坡均质黏土堤，堤顶宽4m，两侧边坡坡比均为1∶3。考虑大旱河水流汇入，流态不稳，迎水侧坡面采用生态格网护坡，护坡厚度为300mm，下设400g/m2短纤针刺土工无纺布，护坡范围由堤脚至设计水位。堤脚前铺设500mm厚生态格网护垫，护垫宽5m。背水侧坡面采用草皮护坡，堤顶设沥青路面防护[3]，路面结构型式由上至下为细粒式沥青混凝土30mm厚，中粒式沥青混凝土40mm厚，水泥砂砾稳定层300mm厚。

3)滨海路桥下游段(桩号4+114-7+640)左岸：沿线临水侧为直立式混凝土挡墙，墙顶高程2.10m，墙后回填山皮石，在墙顶以上设台阶，以方便渔民上下渔船，在3.00m高程处设置4.00m宽码头平台，码头平台结构型式由上至下为C25混凝土150mm厚，水泥砂砾稳定层300mm厚。码头平台后侧为斜坡式均质黏土堤，堤顶宽4m，迎水侧及背水侧边坡均为1∶3.0。临水侧边坡坡面采用铰接式水工砖护坡，下设150mm厚砾石垫层、400g/m2短纤针刺土工无纺布；背水边坡坡面采用草皮护坡。堤顶设沥青路面防护，路面结构型式由上至下为细粒式沥青混凝土30mm厚，中粒式沥青混凝土40mm厚，水泥砂砾稳定层300mm厚。考虑当地渔民泊船需要，在码头沿线平台内侧每隔20m设一处系船柱。

4)滨海路桥下至纳潮库边缘段(桩号4+114-6+250)右岸：堤防采用单坡均质黏土堤，堤顶宽4m，两侧边坡坡比均为1∶3。迎水侧坡面采用铰接式水工砖护坡，护坡厚度为150mm，下设150mm砾石垫层、400g/m2短纤针刺土工无纺布，堤脚设双绞格网网箱，网箱宽1m，深1m。背水侧坡面采用草皮护坡。堤顶设沥青路面防护，路面结构型式由上至下为细粒式沥青混凝土30mm厚，中粒式沥青混凝土40mm厚，水泥砂砾稳定层300mm厚。

5)现状海内延伸段(桩号6+250-6+650)右岸，堤防断面采用单坡土堤，堤顶宽4m，两侧边坡坡比均为1∶3。该段堤防以后为改建的纳潮库大堤，堤身临河侧采用山皮石填筑，临海侧将来为湖堤需要填筑3m宽黏土防渗，山皮石与黏土之间设置一层400g/m2短纤针刺土工无纺布。堤防两侧坡面均采用铰接式水工砖护坡[4]，护坡厚度为150mm，下设150mm砾石垫层、400g/m2短纤针刺土工无纺布，堤脚设双绞格网网箱，网箱宽1m，深1m。同时堤顶设沥青路面防护，路面结构型式由上至下为细粒式沥青混凝土30mm厚，中粒式沥青混凝土40mm厚，水泥砂砾稳定层300mm厚。

桩号6+650-7+640段右岸堤防由营口盐业有限责任公司修建，本次设计只对河道进行清淤处理。

3.2 堤顶高程确定

根据北海新区规划景观要求堤防不宜太高，本次设计堤防均采用允许越浪式堤防[5]。大清河北支堤防工程等级为4级，堤顶高程采用20a一遇设计水面线加超高确定。按照堤防走向及波浪要素，分段进行超高计算，取其中较大值作为设计超高值。

3.2.1 河堤各段堤顶超高计算

依据《堤防工程设计规范》有关规定，堤顶超高应为风浪爬高加安全加高再加风壅高度[6]。

堤防超高计算公式：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y为堤顶超高，m；e为设计风壅增水高度，m；A为安全加高，m，按规范可知允许越浪安全加高为0.3m；R为设计波浪爬高，m。

风壅增水高度计算公式：

(2)

式中：e为风壅增水高度，m；K为综合摩阻系数，可取K=3.6×10-6；β为风向与垂直于堤轴线的法线的夹角，最不利情况下β=0°。

其余符号意义同前。

波浪爬高按下式计算：

(3)

式中：Rp累积频率为p%的波浪爬高，m；K△为斜坡的糙率及渗透性系数，混凝土护坡K△=0.95；KV为经验系数，KV=1.25；Kp为爬高累积频率换处系数，本次设计堤防为允许越浪的堤防，参照《海堤工程设计规范》规定，爬高累积频率取13%；其余符号意义同前。

3.2.2 临海侧堤顶超高计算

由于现有纳潮库以下段右岸堤防伸入大海，堤后面临大海。堤顶超高除按照上述方法计算外，还应依据《海堤工程设计规范》进行堤顶超高复核计算[7]。

ZP=hP+RF+A

(4)

式中：ZP为设计频率的堤顶高程，m)；hP为设计的高潮(水)位，取hP=3.12m；RF为按设计波浪计算的累积频率为F的波浪爬高值，m；A为安全超高，m，按《海堤工程设计规范》选取0.4m。

1)波浪爬高计算：

波浪爬高值RF按《海堤工程设计规范》中式E.0.3计算，公式如下：

RF=K△KVR0H1%KMF

(5)

式中：F为波浪爬高累积率，%；RF为波浪爬高累积率为F的波浪爬高值，m；K△与护面结构型式有关的糙率及渗透性系数，查《海堤工程设计规范》确定；KV与风速v及堤前水深d前有关的经验系数，查《海堤工程设计规范》确定；R0不透水光滑墙上相对爬高，即当K△=1.0，H=1.0m时的爬高值，可由斜坡m及深水波坦L0/H0(1%)，查《海堤工程设计规范》确定；H1%为波高累积率F=1%的波高值，m；KF为爬高累积频率换算系数，查确定，KF=1。

2)波高累积率F=1%的波高值H1%计算：

H1%按《海堤工程设计规范》中公式如下：

(6)

由上述计算结果得出波浪爬高：RF=1.92m。

3)各段堤防堤顶超高的确定：

通过计算，各段堤防堤顶超高计算成果见表2。

表2 各段堤防堤顶超高计算参数及成果表

考虑现状纳潮库以下段右岸堤防伸入大海，两侧均有水，且河道与大海相通，不需用超高来控制越浪量，堤顶及堤坡均做防护[8]。各堤段超高相差不大，本次设计统一取为0.87m。大清河北支河口段堤防堤顶高程设计成果见表3。

表3 大清河北支河口段堤防堤顶高程设计成果表

3.3 越浪量计算

根据堤防各方向风场、波浪要素，按《海堤工程设计规范》计算越浪量，选定最大值做为越浪量[9]。

越浪量计算公式：

(6)

其余符号意义同前。

经计算，堤防最大越浪量为0.0015≤0.02m3/( s﹒m)，根据《海堤工程设计规范》的要求，本工程堤顶设置沥青路面，背海侧设置草皮护坡进行防护[10]。

4 结 语

大清河北支河口段的河道两岸堤防高低不等，宽窄不一，防洪标准不足10a一遇，局部甚至不足5a。北支流河道出口段宽度只有70m左右，阻水严重，泄流能力极差，致使上游水位壅高，汛期经常出现破堤现象[11]。堤防工程修建后，可使上游主城区段洪水顺利下泄，提高入海口段防洪标准，保护北海新区的防洪安全，同时改变河口周边环境，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益[12]。