滹沱河灵寿县段丁坝加固工程设计
【摘 要】本文为滹沱河灵寿县段丁坝加固工程设计，丁坝坝头及坝坡采用设浆砌石框格的干砌石防护，坝头坡脚外侧采用浅埋方式。
【关键词】丁坝加固；冲刷深度计算；坝头防护；坝坡防护
Reinforcement design for the spur dike of Hutuo River in Lingshou section
Hua Ling
(The Second Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower of Hebei Province Shijiazhuang Hebei 050021)
【Abstract】This paper is the reinforcement design of the spur dike of Hutuo River in Lingshou county, the dam and the slope was protected by dry stone masonry sash, the outside of the dam and the toe was protected by shallow buried depth.
【Key words】Spur dike reinforcement;Scour depth calculation;The dam head protection;The dam slope protection
1. 工程建设的必要性
滹沱河是子牙河水系两大支流之一，是河北省主要行洪河道，承担着重要的防洪减灾任务。滹沱河灵寿县段位于河北省内滹沱河中上游，其防洪工程保护着灵寿县城区及附近乡镇、村庄及农田的安全。大部分丁坝没有防护措施或防护段长度较短，无法抵御较大洪水的冲刷，倾井庄至忽冻村段北埝位于河道凹岸，岸坡较陡，为土质边坡，受洪水冲刷容易坍塌。丁坝工程目前存在着较大的安全隐患，急需进行加固处理。
2. 建设内容和工程标准
2.1 建设内容。本次工程任务是通过对5号、7号丁坝进行修复加固、对7～9号丁坝河段部分主槽进行整治，确保河道行洪安全，保护左岸滩地、北埝及沿河村镇居民安全。
2.2 建筑物级别和标准。北大堤工程为1级堤防；南大堤为2级堤防；南、北防洪埝为2级堤防。设计防洪标准为50年一遇，相应流量为3500m3/s；村庄及滩地防护标准为10年一遇，相应流量为800m3/s。灵寿县段丁坝均为护滩丁坝，防洪标准按滩地防护标准同样为10年一遇， 5号、7号丁坝工程级别为5级。
3. 工程布置
3.1 5号、7号坝均位于河道凹岸。5号丁坝轴线与水流流向夹角为67°，北防洪埝以南至现状坝头长度1260m，现状坝头在治导线以内160m。7号丁坝轴线与水流流向夹角为100°，丁坝长度880m，坝头在河道治导线以外。5号、7号丁坝与相邻丁坝之间的距离为1～3倍坝长，满足过坝后水流扩散边线不出下一丁坝坝身的原则，符合规范要求，这样既能充分发挥每一座丁坝的作用，又能保证急流不流入坝间发生冲刷破坏，挟沙缓流也能顺畅流入坝间，达到落淤护滩的目标。
3.2 5号、7号丁坝现状布置、结构型式及破损情况如下：
（1) 5号丁坝。5号丁坝位于胡庄村南，既是滹沱河护滩丁坝，又是松阳河顺水堤。坝体采用中粗砂填筑，坝顶宽度7.5～10m，当地村民为了通行方便，在坝顶铺设了5m宽混凝土路面，坝顶高程93.0～93.5m，坝高3～3.5m，上游坝坡1:3.0，下游坝坡1:2.0，坝坡没有防护。5号丁坝位于滹沱河弯道顶部，冲刷严重，“96.8”洪水期间坝头及连接坝头的坝体被冲毁350m，后来虽然进行了部分修复，但是并没有对坝头及坝体进行防护，丁坝不能够抵御较大洪水冲刷，急需进行加固处理。
（2) 7号丁坝。7号丁坝位于西木佛村西南，护滩丁坝，坝体采用中砂填筑，坝顶宽度5m，混凝土路面宽4m，坝顶高程92.0m，坝高3m。 “96.8”洪水期间坝头及连接坝头的坝体被冲毁350m，后来进行了初步修复，但仅防护20m，其余坝段没有防护。为提高坝体抗冲刷能力，本次对洪水冲刷严重部位进行防护。
4. 丁坝加固工程设计
4.1 坝顶高程复核。按照规范丁坝坝顶高程应超过设计洪水位0.5m以上，即当河道通过设计标准洪水时保证坝顶不过水，现状坝顶满足要求的维持现状高程，本次工程超高取0.7m。经计算5号丁坝、7号丁坝10年一遇洪水水位分别为90.95m、90.48m，计算坝顶高程分别为91.65m、91.18m，现状坝顶高程分别为93.20m、92.00m。现状堤顶高程满足要求。
4.2 冲刷深度计算。
(1) 丁坝冲刷深度计算。本工程5号、7号丁坝坝基土由细中砂、砾砂、圆砾组成，丁坝坝头局部冲刷深度按《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.2.1公式分析计算。经过计算5号丁坝冲刷深度3.48m，7号丁坝冲刷深度3.41m，5号、7号丁坝设计冲刷深度取4.0m。
(2) 顺坝冲刷深度计算。5号丁坝同时又是松阳河的顺水堤，因此对于5号丁坝，除计算丁坝冲刷深度外，还需要计算顺坝方向冲刷深度，采用《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.2.2公式分析计算。经过计算，5号丁坝顺坝方向冲刷深度为0.86m，取1.0m。
4.3 坝头、坝坡防护型式。坝头及坝坡防护采用在干砌石护坡基础上增设浆砌石框格的方案，这样不仅投资较省，而且可以提高坡面整体稳定性，抗冲刷能力较强。浆砌石框格横断面尺寸为0.5×0.4m。
表1 坝坡稳定计算成果
名称 滑弧最小安全系数K（瑞典圆弧法）
施工
完建 设计
洪水 设计洪
水骤降期 允许值 是否满
足要求
5号丁坝 1.65 1.43 1.28 1.20 满足
7号丁坝 1.53 1.37 1.25 1.20 满足
4.4 坝脚深埋与浅埋方案比选。
（1）浅埋方案：坝坡为设浆砌石框格的干砌石防护，坝脚设浆砌石齿墙，齿墙埋深2.5m，坝脚外侧根据冲刷深度要求铺设塑网石笼，宽6m，厚0.5m，石笼顶部覆土深度1.5m。深埋方案：坝坡为设浆砌石框格的干砌石防护，坝脚埋深按冲刷深度以下0.5m，坝脚设浆砌石齿墙。
（2）两方案都能满足冲刷深度要求，深埋方案开挖范围大，对周围环境影响大。最终选择投资较省，对周围影响小的坝脚浅埋方案。
4.5 丁坝边坡稳定分析。5号、7号丁坝坝体为中砂土层填筑，坝基土主要由中粗砂、中砂构成。
（1）丁坝坝坡稳定计算工况。工况1：设计完建期丁坝坝
坡；工况2：设计洪水位情况下丁坝坝坡；工况3：设计洪水位骤降期丁坝坝坡，设计洪水位降至滩地高程，降落历时48h。
（2）坝坡抗滑稳定计算。根据丁坝断面尺寸，选取最不利典型断面采用瑞典圆弧滑动法计算，结果见表1。由表1可知，丁坝现状坝坡稳定满足要求。由于丁坝现状堤顶高程和堤顶宽度均满足要求，现状坝坡稳定计算也满足要求，故丁坝修复主要为加强丁坝抗冲能力，对坝头及坝坡进行防护。4.6 丁坝加固。
4.6.1 丁坝坝体横断面。根据4.1坝顶高程复核及丁坝稳定计算成果，现状坝体坝顶高程、断面尺寸满足要求，因此丁坝断面尺寸仍维持现状。加固后5号丁坝顶宽7.5～10.0m，坝高3.0～3.5m，上游边坡1:3.0，下游边坡1:2.0。 7号丁坝顶宽5.0m，坝高3.0m，上下游边坡均为1:3.0。
4.6.2 坝头防护。
（1）根据治导线位置，5号丁坝坝头后退160m布置。坝头加固采用浆砌石框格干砌石防护，浆砌石框格厚0.4m，宽0.5m，框格间距10m，干砌石厚0.4m，下设0.1m厚碎石和400g/m2反滤土工布，护脚采用浅埋方式，浆砌石护脚埋深2.5m，根据冲刷计算成果，护脚外侧铺设塑网石笼宽6m。石笼厚0.5m，为了提高塑网石笼的耐久性，石笼丁坝覆土深度1.5m。7号丁坝坝头原有护砌长度20m，防护型式与5号坝相同，护脚埋深及石笼宽度满足冲刷深度要求，坝头不再处理。
（2）塑网石笼采用塑网需从正规生产厂家购买，由厂家提供合格证，监理人验收后方可使用，网材采用高镀锌低碳钢丝涂塑（PVC）后编制成六角形网片。网线钢丝（扎线）镀锌后直径2.60mm，涂塑后直径3.60mm±0.10mm；边线钢丝镀锌后直径3.20mm，涂塑后直径4.20mm±0.10mm。六角形网格尺寸90×90 mm（80×100 mm或同等标准），网孔极限偏差：±5%。网线、边线抗拉强度≥400MPa，伸缩率≥12%，镀锌量≥240g/m2。石笼填料采用卵块石，填料必须坚固密实、耐风化。石笼内9～25cm粒径填料比例应达到80%以上。
4.6.3 坝坡防护。根据 “96.8”洪水水毁情况确定5号丁坝上游坝坡防护段长度400m，下游防护段长度40m，7号坝防护段上游加长100m，下游加长20m，坝坡采用浆砌石框格干砌石防护，浆砌石框格宽0.5m，厚0.4m，框格间距10m，干砌石厚0.4m，下设0.1m厚碎石和400g/m2反滤土工布。
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［文章编号］1619-2737（2014）04-16-592
［作者简介］ 滑令（1979.11-），男，汉族，学历：硕士研究生，职称：工程师，工作单位：河北省水利水电第二勘测设计研究院。对框架中设置少量剪力墙的结构体系的探讨
【关键词】丁坝加固；冲刷深度计算；坝头防护；坝坡防护
Reinforcement design for the spur dike of Hutuo River in Lingshou section
Hua Ling
(The Second Design and Research Institute of Water Conservancy and Hydropower of Hebei Province Shijiazhuang Hebei 050021)
【Abstract】This paper is the reinforcement design of the spur dike of Hutuo River in Lingshou county, the dam and the slope was protected by dry stone masonry sash, the outside of the dam and the toe was protected by shallow buried depth.
【Key words】Spur dike reinforcement;Scour depth calculation;The dam head protection;The dam slope protection
1. 工程建设的必要性
滹沱河是子牙河水系两大支流之一，是河北省主要行洪河道，承担着重要的防洪减灾任务。滹沱河灵寿县段位于河北省内滹沱河中上游，其防洪工程保护着灵寿县城区及附近乡镇、村庄及农田的安全。大部分丁坝没有防护措施或防护段长度较短，无法抵御较大洪水的冲刷，倾井庄至忽冻村段北埝位于河道凹岸，岸坡较陡，为土质边坡，受洪水冲刷容易坍塌。丁坝工程目前存在着较大的安全隐患，急需进行加固处理。
2. 建设内容和工程标准
2.1 建设内容。本次工程任务是通过对5号、7号丁坝进行修复加固、对7～9号丁坝河段部分主槽进行整治，确保河道行洪安全，保护左岸滩地、北埝及沿河村镇居民安全。
2.2 建筑物级别和标准。北大堤工程为1级堤防；南大堤为2级堤防；南、北防洪埝为2级堤防。设计防洪标准为50年一遇，相应流量为3500m3/s；村庄及滩地防护标准为10年一遇，相应流量为800m3/s。灵寿县段丁坝均为护滩丁坝，防洪标准按滩地防护标准同样为10年一遇， 5号、7号丁坝工程级别为5级。
3. 工程布置
3.1 5号、7号坝均位于河道凹岸。5号丁坝轴线与水流流向夹角为67°，北防洪埝以南至现状坝头长度1260m，现状坝头在治导线以内160m。7号丁坝轴线与水流流向夹角为100°，丁坝长度880m，坝头在河道治导线以外。5号、7号丁坝与相邻丁坝之间的距离为1～3倍坝长，满足过坝后水流扩散边线不出下一丁坝坝身的原则，符合规范要求，这样既能充分发挥每一座丁坝的作用，又能保证急流不流入坝间发生冲刷破坏，挟沙缓流也能顺畅流入坝间，达到落淤护滩的目标。
3.2 5号、7号丁坝现状布置、结构型式及破损情况如下：
（1) 5号丁坝。5号丁坝位于胡庄村南，既是滹沱河护滩丁坝，又是松阳河顺水堤。坝体采用中粗砂填筑，坝顶宽度7.5～10m，当地村民为了通行方便，在坝顶铺设了5m宽混凝土路面，坝顶高程93.0～93.5m，坝高3～3.5m，上游坝坡1:3.0，下游坝坡1:2.0，坝坡没有防护。5号丁坝位于滹沱河弯道顶部，冲刷严重，“96.8”洪水期间坝头及连接坝头的坝体被冲毁350m，后来虽然进行了部分修复，但是并没有对坝头及坝体进行防护，丁坝不能够抵御较大洪水冲刷，急需进行加固处理。
（2) 7号丁坝。7号丁坝位于西木佛村西南，护滩丁坝，坝体采用中砂填筑，坝顶宽度5m，混凝土路面宽4m，坝顶高程92.0m，坝高3m。 “96.8”洪水期间坝头及连接坝头的坝体被冲毁350m，后来进行了初步修复，但仅防护20m，其余坝段没有防护。为提高坝体抗冲刷能力，本次对洪水冲刷严重部位进行防护。
4. 丁坝加固工程设计
4.1 坝顶高程复核。按照规范丁坝坝顶高程应超过设计洪水位0.5m以上，即当河道通过设计标准洪水时保证坝顶不过水，现状坝顶满足要求的维持现状高程，本次工程超高取0.7m。经计算5号丁坝、7号丁坝10年一遇洪水水位分别为90.95m、90.48m，计算坝顶高程分别为91.65m、91.18m，现状坝顶高程分别为93.20m、92.00m。现状堤顶高程满足要求。
4.2 冲刷深度计算。
(1) 丁坝冲刷深度计算。本工程5号、7号丁坝坝基土由细中砂、砾砂、圆砾组成，丁坝坝头局部冲刷深度按《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.2.1公式分析计算。经过计算5号丁坝冲刷深度3.48m，7号丁坝冲刷深度3.41m，5号、7号丁坝设计冲刷深度取4.0m。
(2) 顺坝冲刷深度计算。5号丁坝同时又是松阳河的顺水堤，因此对于5号丁坝，除计算丁坝冲刷深度外，还需要计算顺坝方向冲刷深度，采用《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.2.2公式分析计算。经过计算，5号丁坝顺坝方向冲刷深度为0.86m，取1.0m。
4.3 坝头、坝坡防护型式。坝头及坝坡防护采用在干砌石护坡基础上增设浆砌石框格的方案，这样不仅投资较省，而且可以提高坡面整体稳定性，抗冲刷能力较强。浆砌石框格横断面尺寸为0.5×0.4m。
表1 坝坡稳定计算成果
名称 滑弧最小安全系数K（瑞典圆弧法）
施工
完建 设计
洪水 设计洪
水骤降期 允许值 是否满
足要求
5号丁坝 1.65 1.43 1.28 1.20 满足
7号丁坝 1.53 1.37 1.25 1.20 满足
4.4 坝脚深埋与浅埋方案比选。
（1）浅埋方案：坝坡为设浆砌石框格的干砌石防护，坝脚设浆砌石齿墙，齿墙埋深2.5m，坝脚外侧根据冲刷深度要求铺设塑网石笼，宽6m，厚0.5m，石笼顶部覆土深度1.5m。深埋方案：坝坡为设浆砌石框格的干砌石防护，坝脚埋深按冲刷深度以下0.5m，坝脚设浆砌石齿墙。
（2）两方案都能满足冲刷深度要求，深埋方案开挖范围大，对周围环境影响大。最终选择投资较省，对周围影响小的坝脚浅埋方案。
4.5 丁坝边坡稳定分析。5号、7号丁坝坝体为中砂土层填筑，坝基土主要由中粗砂、中砂构成。
（1）丁坝坝坡稳定计算工况。工况1：设计完建期丁坝坝
坡；工况2：设计洪水位情况下丁坝坝坡；工况3：设计洪水位骤降期丁坝坝坡，设计洪水位降至滩地高程，降落历时48h。
（2）坝坡抗滑稳定计算。根据丁坝断面尺寸，选取最不利典型断面采用瑞典圆弧滑动法计算，结果见表1。由表1可知，丁坝现状坝坡稳定满足要求。由于丁坝现状堤顶高程和堤顶宽度均满足要求，现状坝坡稳定计算也满足要求，故丁坝修复主要为加强丁坝抗冲能力，对坝头及坝坡进行防护。4.6 丁坝加固。
4.6.1 丁坝坝体横断面。根据4.1坝顶高程复核及丁坝稳定计算成果，现状坝体坝顶高程、断面尺寸满足要求，因此丁坝断面尺寸仍维持现状。加固后5号丁坝顶宽7.5～10.0m，坝高3.0～3.5m，上游边坡1:3.0，下游边坡1:2.0。 7号丁坝顶宽5.0m，坝高3.0m，上下游边坡均为1:3.0。
4.6.2 坝头防护。
（1）根据治导线位置，5号丁坝坝头后退160m布置。坝头加固采用浆砌石框格干砌石防护，浆砌石框格厚0.4m，宽0.5m，框格间距10m，干砌石厚0.4m，下设0.1m厚碎石和400g/m2反滤土工布，护脚采用浅埋方式，浆砌石护脚埋深2.5m，根据冲刷计算成果，护脚外侧铺设塑网石笼宽6m。石笼厚0.5m，为了提高塑网石笼的耐久性，石笼丁坝覆土深度1.5m。7号丁坝坝头原有护砌长度20m，防护型式与5号坝相同，护脚埋深及石笼宽度满足冲刷深度要求，坝头不再处理。
（2）塑网石笼采用塑网需从正规生产厂家购买，由厂家提供合格证，监理人验收后方可使用，网材采用高镀锌低碳钢丝涂塑（PVC）后编制成六角形网片。网线钢丝（扎线）镀锌后直径2.60mm，涂塑后直径3.60mm±0.10mm；边线钢丝镀锌后直径3.20mm，涂塑后直径4.20mm±0.10mm。六角形网格尺寸90×90 mm（80×100 mm或同等标准），网孔极限偏差：±5%。网线、边线抗拉强度≥400MPa，伸缩率≥12%，镀锌量≥240g/m2。石笼填料采用卵块石，填料必须坚固密实、耐风化。石笼内9～25cm粒径填料比例应达到80%以上。
4.6.3 坝坡防护。根据 “96.8”洪水水毁情况确定5号丁坝上游坝坡防护段长度400m，下游防护段长度40m，7号坝防护段上游加长100m，下游加长20m，坝坡采用浆砌石框格干砌石防护，浆砌石框格宽0.5m，厚0.4m，框格间距10m，干砌石厚0.4m，下设0.1m厚碎石和400g/m2反滤土工布。
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［文章编号］1619-2737（2014）04-16-592
［作者简介］ 滑令（1979.11-），男，汉族，学历：硕士研究生，职称：工程师，工作单位：河北省水利水电第二勘测设计研究院。对框架中设置少量剪力墙的结构体系的探讨
