浅谈堤防工程的断面设计

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：
（1）根据岸线布置本段河道扩挖左岸，扩宽18m～42m。

考虑到与上游段挡墙衔接及桥下净空的限制，该段采用悬臂式钢筋砼挡墙结构。

（2）根据岸线布置本段河道扩挖左岸，扩宽0m～18m，设计河底高程-1.56m。

本段护岸首先考虑采用与上游段一致的护岸型式即悬臂式钢筋砼挡墙，但挡墙施工时需设置围堰，而本段河道又窄又深，因此围堰占用河道较多，既影响行洪又影响航运，故不采用悬臂式钢筋砼挡墙，本次设计采用双排桩护岸型式。

双排桩排距3.0m，桩径均为φ1000，其中后排桩为钢筋砼灌注桩，桩距1.8m；前排桩采用钢筋砼灌注桩与素砼灌注桩间隔布置，桩距均为 1.8m，为了防止粉细砂层渗透破坏，素砼灌注桩底需入全风化不小于1m。

迎水侧设干砌石护底，河道清淤高程-1.56m；背水侧7.50m高程以下进行回填，并布置堤顶道路及设排水沟。

为了与周围环境相协调，做到人与自然的和谐统一，美化环境，在钢筋砼挡墙顶每隔4.0m设一花池种植花草。

详见断面设计图。

(3)此段为挖方段，山顶最大高程30.0m，地质条件较好，根据堤顶高程计算成果并考虑到与右侧市政公路衔接，本段堤顶高程为8.20m，根据地质资料，在堤顶高程8.20m以下部分为弱风化，按照1:0.3边坡放坡，然后垂直于边坡面进行喷锚支护，锚杆直径28mm，长度5.0m～9.0m，间距1.5m，矩型布置。

为降低山体水压力，高程8.20m以下沿整个开挖面均匀布置φ100PVC排水管，排水管入岩2m，外露0.05m，间（排）距均为2.0m。

河道设计底高程-1.56m，详见图5-7断面设计图。

通过计算堤防渗流，边坡抗滑稳定，岸墙稳定等计算，均满足规范要求。

7结语
防洪工程的设计过程中，要充分考虑到实际情况，根据不同的条件做出多种方案，并经
过充分论证，从中选择最优的方案，才能达到最经济、安全和合理，使得防洪堤成为真正
的保护国家和人民生命财产的生命线工程。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。