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)