第２０卷第９期 水利科技与经济 Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．９ ２０１４年９月 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｓｅｐ．，２０１４ 堤防设计中堤基设防深度探讨 李自荣 （普安县水务局，贵州普安５６１５００） ［摘要］在防洪规划的堤防设计中，洪水的冲刷深度、堤岸的侵蚀、堆积形态、冬季的冻胀影 响是堤基设计埋深和结构设计中的关键因素。采用不同的计算方法对侵蚀、堆积岸的冲刷深 度进行计算论证，旨在找出山区河道冲刷的规律，为堤防设计服务。结合实际情况，分析了河 流的充数现状，探讨了严寒地区地基的膨胀问题，以期对堤防设计中地基设防深度有所借鉴。 ［关键词］堤防设计；堤基设防；设防深度 ［中图分类号］ＴＶ２１２ 【文献标识码］ Ｂ ［文章编号］ １００６—７１７５（２０１４）０９—００９９—０２ ０ 引 言 预测，保证重新设计的堤基能够在其使用年限之内发挥 其应有的作用。 堤防工程是水利工程中的一种常见形式，堤防设计 的好坏直接影响着堤防工程的质量，因此做好堤防设计 ２ Ａ河的冲刷深度分析 非常必要。堤基设防深度是堤防设计的重点，同时也是 ２．１ 影响河道冲刷深度相关的因素 难点之一。不同的堤防工程的实际情况不同，因此堤防 河流对河床的冲刷效果主要受到两个因素的影响， 设防深度也不同。设防深度是堤防设计中的重点，对堤 其中之一就是河流速度，而影响河流速度的重要因素是 防工程建设有着重要的影响，同时也是堤防设计中的难 河流纵坡，因此分析河道冲刷深度首先要了解河流的纵 点。本文结合实例，对堤防设计中堤基设防深度进行了 坡。影响河流冲刷效果的另外一个因素是河床本身的岩 分析，希望能够为堤防设计提供参考和借鉴。 石类型。根据研究表明，砾石相同的情况下，底流速越大， １ 工程概述 翻滚移动的速度也越快。可见，河道冲刷的关键因素是 流速。 本文研究的河流Ａ河贯穿位于山谷中的某市，由于 ２．２冲刷深度的计算及分析 防洪堤坝长期受到水流的冲刷，堤防设施已经开始老化， 经过工作人员的调查与分析，很多学者都对细砾土 防洪效果也受到影响，严重威胁着市区居民的生命和财 进行了研究，但是缺乏对粗砾石的研究。本文介绍了３种 产安全，因此对堤坝进行修复设计非常必要。 计算方法，并进行验证，同时比较了３种方法的优势和缺 根据调查分析，该河流的河床比较狭窄，呈不对称分 点： 布。随着河流的左右摆动，河床侧蚀现象明显。堆积岸和 侵蚀岸地面高程差别较大。由于河流狭窄，冲刷力较强， ２．２．１ 方法一 因此堤坝设计应该高出目前的堤防设备。河流不同地段 依据《堤防工程设计规范》（ＧＢ ５０２８６—１９９８），附录 的河床条件不同，设计时应该将这些因素考虑进去。比 Ｄ．２堤岸冲刷的计算公式： Ｔ， 如，城区的河床较高，河流周围居民分布较多，堤防设计 ｈ ＝ｈ ＋［（ ） 一１］ 允 时应该以保障居民的生命和财产安全为最终目的。 式中： 为局部冲刷深度，ｍ，从水面起算；ｈ 为冲刷处的 该河流的岩石为二元结构，河流的冲刷主要在河床 水深，ｍ，以近似设计水位最大深度代替，取３ ｎｌ； 为平 的表面部分进行。在设计堤基时，应该首先考虑河流的 均流速，ｍ／ｓ，取５ ｍ／ｓ； 为允许不冲流速，ｍ／ｓ，粗砾取 水质对河流下层的冲击和侵蚀，其次要考虑冻胀对堤防 值范围１～１．６ ｍ／ｓ，取中间值１．３ ｍ／ｓ；ｎ为与防护岸坡在 的影响。由于年限较久，现有的堤基开始出现严重的损 ＜ 坏，已经无法抵御河流的侵蚀。重新设计堤基时要吸取 平面上的形状有关，取ｎ＝ｌ／３。ｈ ＝３＋［（ ）∽一１］＝３ 原有堤基设计的优势，同时对河流未来的冲刷能力进行 ＋０．５７＝３．５７ ［收稿日期】２０１４—０２—１８ ［作者简介］李自荣（１９７３一），男，贵州普安人，工程师，主要从事水利工程勘察设计及建设管理工作 一９９— 第２０卷第９期 ２０１４年９月 水利科技与经济 Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｖ０１．２０ Ｎｏ．９ Ｓｅｐ．，２０１４ 从水面起算的冲刷深度为３．５７ ｍ，河底的冲刷深度 为０．５７ ｍ。由以上数据可以看出，目前的计算公式的适用 范围有限，对于山区河道粗砾底层而言，按照上述计算结 果数值偏小。 ２．２．２方法二 成破坏。 ２）混凝土路面被破坏后会产生脱落现象，从而影响 堤基的稳定。 从设计上来说，河流上部结构发生冻胀现象时，堤基 所受到的压力也会发生相应的变化，这就要求设计时在 设计堤基深度时对这个问题进行深入分析，保证堤基深 度能够抵御冻胀的影响。 采用前苏联沙莫夫公式计算：河流的搬运能力，取决 于河流流速和水层厚度，流速越大，能搬运的砾径也越 大，根据水力学散粒体起动流速的沙莫夫公式： ＝１．１４ （ｒ 一ｒ）ｇｄ／ｒ（ｈ／ｄ） 。 综合分析，Ａ河搬运下蚀的最大深度为１．２９ ｍ左右。 从沙莫夫公式的计算结果来看，基本与实际情况相符合， 基本可以断定，沙莫夫公式能够适用于粗砾地层当中。 从计算结果来看，可以基本断定，该计算方法也同样适用 于地层当中。 ２．２．３ 方法三 采用新旧对比的方式进行判定，可以通过对市中心 流速较大的河堤和流速较小的河堤进行勘察，探查后及 时回填。只有这样才能够保证河堤不受冲刷作用太大的 影响，保证河堤正常发挥作用。 通过上述３种方法的反复计算，可以得出以下几个结 论：在流速５ ｍ／ｓ的情况下，Ａ河的最大冲刷深度为 １．２９ ｍ。不同河流的条件不同，这３种方法适用于不同类 型和不同地区的河流，在选择时可以综合使用，也可以单 独使用。 ３ 严寒区地基、堤身的冻胀问题 严寒地区的冻胀问题是影响河流堤防设计的重要因 素，冻胀会在河流堤防周围产生一定的作用力，而这种作 用力一般难以消除。为了减少冻胀对河流堤防的影响， 可以减少冻胀的作用力；而对于冻胀产生的无法减少或 者消除的作用力，设计人员就需要在堤防设计时加以考 虑，提高堤基的深度。 根据调查显示，河流所在区冬天的气温会低于零度， 因此河流会发生冻胀现象。河流的地质条件决定着河流 的上部结构会发生冻胀，中部结构含水量不足，无法形成 冻胀。 河流的上部结构在进入冬季前水分充足，当气温持 续较低时会发生冻胀现象，中部结构的岩石抗风化能力 强，保存水分的能力较差。因此，一般来说，不会发生冻胀 现象，受到冻胀影响的程度也较低。 因此，冻胀现象对河流的影响主要表现在以下两个 方面： １）河流上部冻土在发生冻胀时容易对堤防的稳定 性造成影响，上部的岩石发生冻胀后会对混凝土路面造 一１００一 从预防上来说，可以通过调整堤防设计的其他条件 来提高堤防的稳定性和耐久性，减少冻胀对堤防的影响。 可以通过力学原理，将冻胀产生的作用力分化掉，或者削 弱。冻胀对混凝土路面的影响不容忽视，可以将冻胀当 做软弱地基进行换填，提高混凝土路面的强度。 此外，冻胀形成的重要条件就是土中的水分充足，因 此可以通过减少土中的水分来控制冻胀的形成，弱化其 影响效果。就Ａ河流而言，工作人员在对其冻胀进行深 入仔细的分析之后发现，不同流速条件下冻胀对堤基的 影响不同，因此堤基设计深度可以根据流速及冻胀的双 重影响效果进行计算，制定多种方案，通过科学合理的计 算与验证，选择最适合该河流的堤基设计方案。 ４ 结语 综上所述，堤基深度问题一直是困扰堤防设计的难 点之一，因此需要对实地进行考察，通过多种方法的论证 选择合适的深度。 堤防基础的设置深度： １）要考虑河流的流向变化规律，预测河流流向的变 化； ２）河流堤岸的岩石类型，及受到河流冲刷的影响程 度； ３）除了要考虑到以上两个因素外，堤防基础深度的 设置还要将河流的气候条件考虑进去。如果河流地区冬 季的气温在零度以下，可能出现冻胀，设计深度也要发生 改变。 只有将这几个方面进行综合考虑，堤基深度设计才 会更加科学合理。 ［参考文献］ ［１］郝伟，盛静茹．关于堤防道路功能分类的思考［Ｊ］． 南水北调与水利科技，２０１３（５）：１３５—１３６． ［２］何宁刚，张玲玲，武昌选．城市堤防设计的一些特点 及体会［Ｊ］．民营科技，２０１０（１１）：４５—４７． ［３］何强．深圳岭皮水库加固及扩容工程质量管理 ［Ｊ］．中国高新技术企业，２０１０（３１）：１９—１２１． （编辑：赵琳琳）
