堤防工程断面设计

浅谈堤防工程的断面设计

摘要：从堤防工程建设的需求出发，参考新技术进展，提出提防的设计要求如何采取合理、有效的措施，确保各项工程的安全、经济，都是需要深思熟虑的问题。

关键词：堤防结构提防布置

1概述

随着社会的快速发展，防洪问题对国民经济的影响及可持续发展的制约越来越突出，特别是城区段河道的堤防治理方面。作为设计人员来讲，既要考虑到工程本身的功能体现，还要考虑到整个河道的规划以及土地的占用情况。而堤防工程设计过程中，堤基的处理尤为重要。

2 堤防工程的结构形式

堤防工程的结构形式选取的原则是因地制宜、就地取材，具体形式是要根据堤防所在位置、重要程度、堤址地质条件、筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用与管理要求、环境景观和工程造价等因素，经过技术经济比较后综合确定。

根据筑堤材料，堤防工程的形式可划分土堤、石堤、混凝土堤、钢筋混凝土防洪墙、分区填筑的混合材料堤等。根据堤身断面形式，防洪堤断面型式一般分为三大类：直墙式断面、斜坡式断面及直斜复合式断面。根据工程实际及地形情况每一类可派生出多种、多级型式断面。其优缺点为：直墙式断面具有堤身断面小，工程占地少，但立面单调生硬、亲水性差，地基应力大，工程费用高等缺点；斜

坡式断面则较为自然生态，亲水性好，地基应力小，工程费用低等优点，但堤身断面大，工程占地较多；直斜复合式断面优缺点则介于上述两者之间。根据防渗体设计，可分为均质土堤、斜墙式堤、心墙式土堤。在人口稠密的平原城镇所在地，采用直墙式堤(防洪墙)不仅可少用紧缺的土、石材料，避免过多引起征地拆迁，还可以结合城市景观和商业开发的需要进行设计和建设。

3堤防布置和选择

堤防布置的原则：

(1)确保沿规划控制岸线加固堤防、疏浚河道，堤线力求平顺，避免出现折线或急弯，使水流畅顺，以利行洪；

(2)以规划控制岸线为基础，尽量结合现有道路，减少拆迁，以降低工程造价；

(3)在满足防洪的基础上，堤型布置体现以人为本的规划理念，尽量结合亲水性，绿化美化河岸，营造生态化的水环境；

(4)注重与城市规划建设有机结合，在满足以上原则的前提下尽可能扩大绿化景观面积，以满足城市建设对绿化景观的需求，为东莞凤岗镇的发展提供更大空间。

堤线布置时，应进行实地踏勘，翻阅历史记载，深入实地集居地调查收集洪灾资料，对河道的历史演变、改道、泛滥情况进行充分的调查，尽量能避免穿越故河道和历史泛滥区，从而减少堤基处理措施，节省投资。

4堤防工程设计的荷载及组合

堤防工程的设计荷载分为基本荷载和特殊荷载。基本荷载包括自重，设计洪水位时的净水压力、扬压力及风浪压力，冰压力及其他出现机会较大的荷载。特殊荷载包括地震

荷载和其他出现机会较少的荷载。

对于土堤来说，正常情况稳定计算包括：设计洪水位下的稳定渗流期或不稳定渗流期的背水坡堤坡；设计水位骤降期的临水侧堤坡。非常情况包括：施工期的临水侧、背水侧堤坡；多年平均水位时遭遇地震时的临水侧、背水侧堤坡。防洪设计的正常情况由基本荷载组合，非常情况由基本荷载和一种或几种特殊荷载组合。

5 堤防工程设计所需主要参数

(1)渗透系数：在已建和拟建或加固工程设计中，掌握堤身、堤基的地层结构和渗透系数渗流计算的最基本的条件

(2)允许比降：允许比降判断地磁渗透稳定是否满足设计要求的依据。

(3)抗剪强度：抗剪强度是土堤在运行时能否产生滑坡，或滑动，而导致决堤的一个关键性指标。

(4)压缩系数和压缩模量：压缩系数和压缩模量不仅是计算参数，也是地层压缩性的评价指标。一般由实验室确定。

6堤防堤基础处理

堤线布置选择主要是根据防洪规划和保护对象的要求，或历史形成的，对堤防基础条件好坏考虑较少，加上堤防工程面广线长，什么基础都能碰到，而国家资金的投入有限，故堤防基础处理困

难是比较大的。

一般来说，形成稳定渗流主要与堤基及堤防填筑材料的渗透系数ks有关，此外受孔隙率等条件影响，这些因素直接决定堤防渗流速度，依据达西定律 (v-ks*j，ks——渗透系数，j——水力坡降)，渗透系数越大，越容易形成稳定渗流。因此，对于由砂土、砂壤土等渗透系数较大的材料构筑的堤防，较粘土、壤土构筑的堤防形成稳定渗流容易，强透水性堤基较弱透水堤基易形成稳定渗流。

对于由粘性土、砂卵砾构成的浅层透水堤基，宜采用粘性土截水槽或其他垂直防渗措施截渗。此类堤基结构一般为上部堤是较厚的粘性土层，中间为砂或卵砾石强透水层，下部为相对不透水层，形成双层地基，其破形成主要有以下两种。

①地面上部粘性土层破坏，堤内地下水潜伏，渗透破坏表现为管涌、沸砂。

此类破坏多发生于堤后池塘、沟渠或耕植土深挖处，需进行填塘固基处理。

②有粘性土盖板情况下，堤内地下水为承压水。由于河床较深，与堤基强透水层相通，

当洪水期时水位抬高，压力增大，粘性土顶板遭冲决而产生激涌、沸砂和地表塌陷。

此类破坏一般是由于粘性土盖板较薄，承压水头太大引起的。

对于由粘性土或淤泥、砂、卵砾构成的深层透水堤基，宜采用

堤后压载、设排水减压沟或减压井等措施，使得堤基渗出口渗透坡降小于允许渗透坡降。当表层弱透水层较厚时，宜采用堤后压载；当表层弱透水层较薄时，可考虑采用减压沟或减压井。

减压沟 (井)始建工程量小，但管理维护工作量大，特别是减压井容易淤堵，洗井费用很高；堤后压载始建时工程量大，有时铺盖料要经过远程运输，费用较大，但管理维修容易。故应根据具体堤防的实际情况，经过全面论证，选择经济合理的处理措施。同时，通过经济技术比评还可结合其他工程措施如采用悬挂式防渗墙一

起来处理堤防防渗。

7 工程实例

某工程位于广东省东莞市西南部，堤防主要建于沿河的冲积阶地及低山山脚或残丘上，堤基广泛分布第四系冲积粘性土、冲积粉细砂、中粗砂、含砾粗砂及砾砂层，局部砂卵石层，下伏基岩主要为炭质砂（页）岩、泥质粉砂岩、泥岩、粉砂岩、花岗岩、变质砂岩等。根据土工试验结果，类比同类工程，堤基各岩土层地质参数建议值见表。

表堤基各岩土层地质参数建议值

新建河道长约5km，根据现场实际情况并针对两岸的地形、地貌条件、征地拆迁难易程度、工程造价及环境景观等综合分析比较，沿线各段选择不同的堤岸结构形式。主要断面型式有以下几种：