河道、堤防工程是平原、丘陵地区主要的水利工程之一,也是汛期防汛工作的重点。河道、堤防工程属于线形工程,也是较受设计者欢迎的工程类别。为什么这么说呢?因为其设计工作量相对较少(一个标准设计断面可管好几百米),而设计费可没少拿(工程投资都比较大),呵呵。
河道、堤防工程的设计重点一是选线,二是防冲,即选择河道中心线、堤防中心线,设计可靠的防冲设施。
对河道宽度及两岸堤距,目前较大的流域都有控制标准,如最小河宽、最小堤距,但小流域中的河道与堤防找不到类似的标准。一般情况下,是以维护现状尺寸为设计原则;从有利于泄洪出发,也可以作一些局部的调整,如裁弯取直,局部退堤,等等。
堤防工程的设计与土石坝类似。其区别在于:水库水位基本稳定,而河道水位变化剧烈。因此在渗流计算方面,水库大坝以稳定渗流为主,其中上游坝坡需考虑水位骤降的影响,计算其非稳定渗流;而堤防则是非稳定渗流,且渗流时间较短,故堤防的边坡一般比土坝要陡一些。堤防工程的防渗措施与土石坝有较大区别:土坝中的心墙、斜墙、黏土铺盖,堆石坝中的砼面板等等,都是常用的防渗体,而堤防工程就像一座均质土坝,一般不考虑设置专门的防渗体。目前在处理堤防防渗加固时,有采用土工膜的,即所谓的“垂直铺膜”技术,效果不错。与防渗相关的是排水问题,土石坝中采用较多的有排水棱体、排水褥垫、水平排水等,而堤防中往往采用的是排水减压井,对处理局部地段的渗漏有一定效果。
在防冲方面,水库大坝仅上游坝坡需考虑风浪淘刷,而堤防的防冲问题则非常突出,往往一场大洪水过后,险工险段比比皆是,故堤防的防汛抢险任务比水库要重得多。因此,堤防工程的设计重点就是如何解决冲刷问题。采用的工程措施有:防冲板桩,砌石护坡,堤脚抛石等;海堤工程中有采用预制异型块的(如扭工字块)。为改善水流条件,重要河道中通过设置丁坝、顺坝等控导建筑物以减少水流对堤防的直接冲击。
河道设计相对而言要简单一些,其首要前提是进行水力计算,其中天然河道水面线的计算比较难,需要采用非恒定流公式,是一组偏微分方程,若不借助于计算软件,用手工计算的话没几个人能承受得了其中的苦处。但中、小河道的设计在一定条件下也可采用明渠均匀流公式,只是对河道糙率的取用要谨慎一些。河岸护砌形式较多,各类挡土墙均有应用,最多的是重力式砌石挡土墙;砌石护坡也是常用形式;当然也有采用砼预制块砌筑的。生态河道的护砌形式更是种类繁多,如条石、蘑菇石、松木桩、干垒石等。
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