大沙河老古沟桥-武营桥段河道治理堤防设计

贾 鹏

(丹东市振安区农业农村发展服务中心，辽宁 丹东 118000)

1 河道概况

大沙河为鸭绿江一级支流，河道起点位置为五龙山的陶家沟，由西北向东南流经五龙背、蛤蟆塘等，终点汇入鸭绿江干流。大沙口径流面积220.94 km2，河道长度30.32 km，河道平均比降3.17‰。本次河道治理位于振安区楼房镇，治理范围是老古沟大桥下游至武营桥上游之间的左岸，武营桥以上大沙河集水面积188 km2，河道长度26.70 km，平均比降4.33‰。河道治理段现状与存在的主要问题有[1]：(1)干流河段部分迎水面无任何护砌，迎水坡无防护段河岸长期遭受河水冲刷，易造成岸坡失稳脱坡，岸线后退，加重水土流失；(2)原干砌石段干砌石石块老化破碎，砌筑零散，且均无反滤垫层、无护脚。无反滤垫层的干砌石内部土壤的细小颗粒易被带走而引起岸坡塌陷，无护脚的干砌石段遇急流冲刷，坡上石块易脱坡，抗冲刷能力弱；(3)干流堤防存在缺口段2处，长度分别为5 m和11 m，汛期流域不封闭，对其后农田、居民等生命财产将造成威胁。本文从河道现状及存在的问题出发，进行工程总体布置、护堤方案比选，并进行堤防稳定计算分析，为大沙河河道整治提供一手资料。

2 工程地质条件

本工程位于大沙河左岸上，地貌单元为大沙河河床及一级阶地，地形起伏相对较大，地势西北高东南低，工程段内河道受河流侧向有一定的侵蚀，略有弯曲。通过勘察可知，本场地的地层从上到下分别为素填土、地基的卵石、碎石土及风化岩。根据室内土工试验可知，堤身素填土的现状干密度为1.67 g/cm3，孔隙比为0.587。这种土的最大干密度为1.85 g/cm3，最小干密度为1.54 g/cm3，相对密度0.46，故堤身填土的密实度较低。渗透系数为8.9×10-3cm/s，中等透水，当河床内水位升高、压力增大时，水易渗透到堤内，当河床内水位快速下降时形成的水头差将堤内的部分细颗粒带走，因此应对其进行反滤处理。该堤身素填土渗透变形为流土型，允许水力比降取0.40。

本工程堤防和排涵基础坐落在卵石层(桩号3+894～4+484基础为碎石土层)，其中卵石层渗透性等级为强透水性，渗透变形为管涌型，在河床内水位升高的情况下，水易通过卵石层渗漏到堤外。整个工程场地内，堤基及排涵建基层层面比较平缓，层位起伏不大，物理力学性质较好，承载力较高，因此堤基与闸基的抗滑稳定性较好，但在高水头作用下，卵石层及碎石土层中含有的细颗粒的砂容易被水冲刷。因此，在河堤设计时，进行堤防渗透及抗滑稳定计算分析至关重要。

3 河堤设计研究

3.1 工程总体布置

本次治理河段起点位于大沙河武营桥(干流桩号0+000)，终点位于上游炮守营支流高速桥二(支流桩号1+000)，共治理干、支流河道治理长度6.716 km，其中，干流河道全长5.143 km(干流桩号0+000～干流桩号5+143)；支流B河道全长0.573 km(支流B桩号0+000～0+573)，炮守营支流河道全长1.0 km(支流桩号0+000～支流桩号1+000)，具体工程布置情况见表1。

表1 大沙河治理段工程布置情况表

3.2 堤身结构设计

3.2.1 筑堤材料与土堤填筑标准

筑堤材料与土堤填筑标准根据《堤防设计规范》(GB 50286-2013)对筑堤材料与土堤填筑标准的要求[2]，本工程筑堤土料不得含有植物根茎、砖瓦垃圾等杂质，土堤填筑要求分层碾压，分层厚度取0.3 m～0.4 m，非粘性土相对密度不小于0.60，粘性土压实度不小于0.91，堤防填筑段应预留200 mm沉降量。挡水段堤防(指10 a一遇设计洪水位高于后坡地势段)需要重新碾压，碾压起始高程为后坡地势高程+0.3 m，挡水段堤防重新碾压段工程布置见表2。

表2 挡水段堤防重新碾压段工程布置表

3.2.2 护砌方案比较及选择

(1)工程整体护砌方案比选

根据目前常用的护砌材料，拟选用绿滨垫护坡(方案一)、现浇砼块护坡(方案二)两种护砌形式进行方案比较，两种护坡型式的适用范围及特点比较见表3，护坡方案不同型式造价比较见表4。

表3 护坡型式的适用范围及特点表

表4 护坡方案不同型式造价比较表

通过上面2个表的比较情况来看，选择绿滨垫护坡既满足工程经济条件，又适应近年来生态理念恢复治理的措施，因此选择方案一作为大沙河河道治理的推荐方案。

3.2.3 护砌断面设计

大沙河干流左岸堤顶宽6.0 m，炮守营支流堤顶宽3.0 m，戗台宽4.0 m，本次考虑铺设100 mm风化砂路面，大沙河干流及炮守营支流迎背水侧坡比1∶2.0，设计水位(P=10%)以上撒草籽，设计水位(P=10%)以下戗台以上铺设60 mm植草砖，戗台以下铺设绿滨垫3.0 m×2.0 m×0.3 m(长×宽×高)，下设100 mm厚卵石垫层，及300 g/m2土工布，护脚采用长×宽×高分别为3.0 m×1.0 m×1.0 m固滨笼护脚，在绿滨垫护坡铺设完成后，在其上铺设100 mm清基腐殖土，河岸护砌典型断面设计图见图1。

图1 河岸护砌典型断面设计图

支流B左右岸均采用植物措施：自岸顶向下间距1 m×1 m梅花状排列2排紫穗槐，每树坑种植三颗。对于堤坡上的树木，如果在绿滨垫护砌范围以内均清除(挖除树根)，如果在绿滨垫护砌范围以外，死树清除(挖除树根)，活树保留原状。

4 堤防稳定计算

4.1 渗流及渗透稳定计算

(1)透水地基均质土堤浸润线计算

在透水地基上的均质土堤，下游无排水设备，计算公式采用《堤防工程设计规范》(GB 50286-98)中公式计算，渗流计算按透水堤基均质土堤考虑，计算依据本工程地质条件，因k

表5 土堤浸润线坐标表

表6 渗流计算成果表

图2 左岸桩号1+015渗流图

(2)背水坡渗流出口比降计算

本地区下卧层为透水地基，则透水地基均质土堤坡面渗流比降同样可采用《堤防工程设计规范》中的计算公式进行计算，渗透破坏的允许渗透坡降，根据本工程地质土工试验和计算结果，该堤身素填土渗透变形为流土型，允许水力比降取0.40，堤基为卵石层，渗透变形为管涌型，允许水力比降取0.15。经计算可得渗流比降成果表7。

表7 渗流比降成果表

根据表7渗流比降成果表可以看出，J

4.2 堤防抗滑稳定计算

土堤抗抗滑稳定计算采用理正软件CAD-边坡稳定分析3.0版计算，计算时不考虑条块间的作用力，计算时各土条湿容重及饱和容重均按照土层变化，计算以桩号1+015为典型断面进行计算，见图3。计算工况可分为正常情况和非正常情况[3]，正常情况主要为：①设计洪水位下稳定渗流期的背水侧堤坡；②设计洪水位骤降期的迎水侧堤坡；非正常情况主要为：③施工期的迎水侧堤坡；④施工期的背水侧堤坡。

土堤抗滑稳定分析计算以工况二简图(图3：左岸桩号1+015抗滑稳定图)为例，抗滑稳定安全系成果见表8。

图3 左岸桩号1+015抗滑稳定图(以工况二为例)表8 大沙河土堤抗滑稳定安全系数成果表

表8 大沙河土堤抗滑稳定安全系数成果表

通过计算可知，所求得的安全系数均大于允许值，满足抗滑稳定要求。

5 结论与建议

通过地质勘查、方案比选设计及稳定计算的基础上进行河道堤防设计，并于2017年开工，2018年完建，河道治理后提高了河道行洪能力和抵御洪水的能力，保证了两岸及下游人民的生命财产安全。