中小河流域堤防设计关键方法与病险的相关探讨

摘要：通过结合广东实情和具体工程在中小河流域的堤防设计方法进行探讨，提高堤防设计的针对性和病险预防的有效性，并在设计方向上避免相关病险情形，可进一步解决中小河流域防洪防洪安全隐患，为堤防设计提供经验参考和实际依据，在沿海地区中小河流域的堤防设计方法上具有借鉴意义。

关键词：堤防设计；中小河流域；病险

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

前言

从近年来我国汛情规律来看，中小河流域的防洪治涝一直是我国人民面临的一项重要任务。堤防作为一种抵御洪水自然灾害的防洪工程，担负着主要责任。因此，探求堤防在中小河流域的设计方法与技巧，在减少堤防病险出现几率，提高整体防洪能力，减轻洪涝灾害损失具有重要意义。本文主要结合广东实情和具体工程在堤防设计领域进行探讨，提高堤防设计的针对性，为堤防设计提供经验参考和进一步提高堤防的防洪能力提供实际依据。

1、 堤防概况

1.1基本设计要素

无论是新堤构筑，还是旧堤重建，除了现场条件，其设计要素及基本资料情况都具备相关性。中小河流域堤防设计的主要要素包括：1、工程等级及标准2、堤身选址 3、堤身结构 4、穿堤建筑物等。中小河流域堤防设计的基本资料包括：1、水文资料 2、地形地质情况3、筑堤材料参数。按照广东的情况，此类工程堤防堤身材料及基础下地质土层,自上而下一般有以下五类组成：1、筑堤料；2、人工填土； 3、砂层；4、淤泥层；5、硬性土层，各类土层的埋深、厚度、分布对堤线布置、结构设计及安全稳定产生重要影响。

1.2堤防主要病险分析

针对广东中小河流域堤防现状，常见的病险有：

堤防渗漏

堤防的渗漏主要是由于堤下地质条件复杂，堤基下卧透水层深厚，透水性高，表层覆土抗透水能力低、且覆土粘性土单薄或者夹砂，另一种情况是底部基岩为透水岩土带。由于投资控制或其它原因对地质情况未予探明或探知后未得到妥善处理，堤防险情多出现渗漏稳定问题。

水流冲刷原因

水流冲刷岸坡主要发生在堤防临水坡，特别是河流凹岸部分，往往主流逼岸。受环流冲刷特别是急流顶冲的作用，岸坡淘刷通常较为严重。岸脚防护设施是主要抵抗水流的冲刷力的重要措施，护脚被破坏，岸脚的坡度逐渐变陡，堤防就会容易失稳。这种破坏多发生在河道弯曲河势复杂的凹岸堤段。设计时尽量裁弯取直，减少堤防在汛期的涨水过程中或枯水期发生冲刷的机会。

地基问题

堤防地基常遇两个问题，一是天然强度不够，二是由于大量渗水形成管涌而引起的堤防坍塌破坏。地基强度不够的主要情况是：①设计强度不足。出现这种情况的原因有：设计参数取值偏不利情况；地质钻探过于简单，没有探查到堤防地基中软弱夹层或者探查深度不够等等。②软土地基过于深厚，而且覆盖面广，处理措施过于单一未达到预期效果。因地基问题而引起的岸坡滑动通常是深层滑坡。

2、堤防设计的实际应用

以实际工程-阳江市海堤达标加固工程阳西县白土联围段为例探讨中小河流域堤防设计的重点。

白土联围地处广东省阳江市阳西县城南部，初设达标加固白土联围海堤长度约22.1km。设计防潮标准为30年一遇，海堤工程级别为3级。

工程存在的病险问题有：(1)防洪标准偏低(2)堤身矮小单薄，填筑质量较差 (3)堤脚淘冲、防浪措施不足等因素影响堤身稳定，防御暴潮能力低，存在安全隐患，2008年受台风“黑格比”的袭击白土联围部分堤段漫顶。

2.1堤线的选择与布置

堤线布置应依据防潮(洪)规划和流域、区域综合规划，结合地形、地质条件及河口海岸和滩涂演变规律，考虑拟建建筑物位置、已有工程状况、施工条件、防汛抢险、堤岸维修管理以及征地拆迁和生态环境等因素，经技术经济比较后综合分析确定。

堤轴线的选择原则是：尽量保持现有堤围轴线，减少堤围变形风险和减少对现有河渠系的影响。部分堤段为无堤段，岸滩开阔，堤线基本上沿岸滩顺河势布置，尽可能减少河流的冲刷。

2.2堤型选择

基本保留现有海堤的斜坡断面型式，对断面采取加高培厚。局部迎流顶冲段采取退堤还滩，在堤外有红树林等生态植被堤段采取培内坡，保留现有堤前植被。利用原有红树林，提高堤防整体抗冲刷的同时又有良好的生态效果。

2.3海堤渗漏稳定计算

海堤渗流计算内容为：在设计高潮位持续时间内，堤身的稳定渗流；潮位由设计高潮位降至平均潮位时，堤身的非稳定渗流。渗流稳定计算采用有限单元法，根据《工程地质报告》所提供的地质资料，选取典型断面进行计算，各断面渗流计算结果见表2-1。

表2-1渗流比降计算成果表

计算结果需堤坡计算比降均小于土层的允许水力比降，渗流稳定才满足规范要求。

2.4海堤稳定计算

主要为对可能发生滑动破坏的边坡按规范进行抗滑稳定计算，根据地质断面，按工程地质条件选取典型断面进行计算。根据《海堤工程设计规范》(SL435-2008)规定，施工期地基土取饱和快剪指标Cq、φq或三轴不固结不排水指标Cuu、φuu；稳定渗流、水位降落等工况，采用总应力法进行稳定分析时，土的抗剪强度指标取固结快剪指标Ccq、φcq或三轴固结不排水指标Ccu、φcu；采用有效应力法进行稳定分析时，土的抗剪强度指标取慢剪强度指标c′、φ′或三轴固结排水指标Ccd、φcd。海堤整体稳定计算的计算工况及其水位组合见表2-2~表2-3。

表2-2背海坡稳定计算工况及水位组合

边坡稳定采用瑞典圆弧滑动法。抗滑稳定计算成果如下表，

表2-4 各计算断面抗滑稳定计算成果表

从表可看出，海堤在各种工况下抗滑稳定安全系数满足规范要求。

3、结语

中小河流域堤防的具有地质条件复杂，堤线布置长，设计要求高等特点，其主要病险情况包括堤防渗漏、水流冲刷、地质问题复杂等。设计过程中要结合实际，不应盲目经验化，过于理论主义，应该充分分析地形地质资料，并且做好现场实际情况及历史常遇病险的调查研究，同一种运用条件下存在多种工况应首先分析选定最危险工况，所有计算方法及其各种假定在符合堤防工程设计规范的有关规定在理论和经验分析的同时应该做好实际运行的考虑，必要时做模型试验，最终确保堤防的安全及稳定性。

参考文献：

[1] 陈广洲 北江大堤堤基防渗处理综述[R] 广州 广东省水利电力规划勘测设计研究院

[2] SL435-2008海堤工程设计规范[S]

[3] SL436-2008堤防隐患探测规程[S]

[4]可靠度理论在海堤结构稳定分析中的应用研究进展[J]刘清君 王登婷 陆健 南京水利科学研究院 上海市金山区水利管理所