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摘要：本文主要阐述了堤防设计的概况，并通过工程实例对中小河流域堤防设计的一些关键方法进行了分析。
关键词：中小河流堤防；设计；方法
中图分类号：S611文献标识码： A
根据近几年来我国的汛情规律而言，中小河流域的防洪治涝始终是我们面临的一项关键性任务。堤防担负着抵御自然洪水灾害的主要责任。所以，探究堤防在中小河流域的设计方法，为降低堤防的病险发生率，加强整体的防洪能力，减少洪涝灾害造成的损失有着重要的意义。
一、堤防设计的概况
（一）基本设计要素
不管是新堤的构筑，还是旧堤的重建，除了现场的条件，基本资料情况和设计的要素都具备关联性。中小河流域堤防的设计主要要素有：①堤身选址②工程等级及标准③穿堤建筑物④堤身结构等。中小河流域堤防的设计基本资料有：①筑堤材料参数②地形地质情况③水文资料。
（二）堤防的病险分析。基于中小河流域的堤防现状，其常见的病险有：
1、水流冲刷的原因。水流冲刷岸坡一般发生在堤防的临水坡，尤其是河流的凹岸部分，通常主流逼岸，受环流冲刷，尤其是急流顶冲的作用，通常岸坡淘刷比较严重。岸脚的防护设施是抵抗水流冲刷力的关键措施，而护脚遭到破坏，岸脚的坡度会逐渐的变陡，堤防就容易发生失稳。这种破坏大多出现在河势复杂、河道弯曲的凹岸堤段。在设计时尽量的裁弯取直，降低堤防在汛期涨水的过程中或枯水期冲刷的几率。
2、地基的问题。堤防地基通常会遇两种问题，一是天然的强度不够，二是由于大量的渗水造成管涌从而导致堤防的坍塌破坏。出现地基的强度不够的主要原因为：①设计的强度不足。其原因为：设计的参数取值偏不利的情况，地质的钻探过于简单，未探查堤防地基当中软弱夹层或探查的深度不够。②软土地基太厚，且覆盖面较广，处理的措施比较单一没有实现预期的效果。优异地基问题造成的岸坡滑动往往为深层滑坡。
3、堤防渗漏。堤防的渗漏主要因为堤下的地质条件较为复杂，堤基的下卧透水层太厚，透水性较高，表层的覆土抗透水能力较低，并且覆土的粘性土夹砂或单薄，另外是底部的基岩是透水岩土带。由于投资控制或其它的原因对地质情况没有探明或者探知后未处理妥善，堤防的险情大多会出现渗漏稳定的问题。
（三）堤防工程的结构形式
堤防工程结构形式采用的原则是就地取材、因地制宜。具体的形式还要按照堤址地质条件、重要程度、堤防所在位置、水流、筑堤材料以及施工条件、风浪特性、运用和管理要求、工程造价和环境景观等因素，要经过经济和技术比较之后综合来确定。
根据筑堤的材料，堤防工程形式可以划分为分区填筑的混合材料堤、钢筋混凝土防洪墙、混凝土堤、石堤、土堤等。基于堤身的断面形式，可以分为直斜复合式堤、斜坡式堤或者直墙式堤等。基于防渗体的设计，可分为心墙式土堤、斜墙式堤、均质土堤。在湖积、冲积平原的非城镇地带，多采取均质黏土坝。在石材丰富、河床比降大、洪水消长迅速的地区，多以砌石作防冲结构的土堤或以卵石堤。而在人口稠密的平原地区，采取直墙式堤不仅可较少的使用紧缺的石材料、土，避免过多的造成征地拆迁。还能够结合商业开发和城市景观的需求加以建设与设计。
护岸工程中斜坡式结构最为常见。但在岸坡稳定性或抗冲、抗淘刷能力不足的山区城镇，结合市政与道路建设地需要可采用挡墙式结构。
加固已建的土堤除了可采取土料填筑使其达标之外，还能够通过建立防浪墙做到加高的需求，形成墙、堤复合式的结构。也能够采取土工模等材料在迎水面防渗体，形成非均质坝的结构形式。
（四）堤防工程设计的主要参数
1、允许比降：其是决定地磁渗透稳定能否满足设计要求的依据。
2、渗透系数：在拟建和已建或者加固工程的设计中，其是渗透系数的渗流计算与掌握堤基、堤身的地层结构最主要的条件。
3、堤基的允许承载力：SL/T188—96《堤防工程地质勘测规程》推荐通过标准贯入实验与精力触探实。
4、抗剪强度：其是土堤在运行的时候是否出现滑动、滑坡，从而造成决堤的一个关键性的指标。
5、压缩模量和压缩系数：压缩模量和压缩系数不仅是计算参数，还是地层的压缩性评价指标。多为实验室来确定。
二、堤防设计的实际应用
以某实际工程为例加以探究中小河流域堤防的設计重点。其初设达标的加固堤长度为22.1Km。设计的防洪标准为三十年，河堤的工程级别为三级。
工程出现的病险问题有：①防洪的标准较低②堤身矮小而单薄，填筑的质量比较差③堤脚防浪、淘冲措施不够等因素影响着堤身的稳定，其防御暴潮的能力较低，存在着安全的隐患。
（一）堤型选择。大多保留现有河堤的斜坡断面型式，对断面进行加高培厚。而局部的迎流顶冲段采用退堤还滩，在堤外有着白桦树林等生态植被堤段采用培内坡，并保留现有的堤前植被。要利用原有的红树林，不仅提高堤防整体抗冲刷的能力还有着较好的生态效果。
（二）堤线的布置与选择。堤线布置要按照防洪规划与区域、流域综合的规划，结合地质、地形条件以及滩涂和河口河岸演变规律，考虑施工条件、已有工程状况、拟建建筑物的位置、堤岸维修管理、防汛抢险及生态环境和征地拆迁等因素，通过技术和经济的比较之后综合分析来加以确定。堤轴线选择的原则为：尽可能保持原有堤围轴线，降低对原有河渠的影响和降低堤围变形的风险。局部的堤段为无堤段，岸滩比较开阔，堤线大体沿岸滩顺河势设置，尽量降低河流冲刷。
（三）河堤渗漏稳定的计算。河堤渗流的计算为：在设计洪水位持续的时间之内，堤身的稳定渗流，设计洪水位因设计洪水位降至正常水位的时候，堤身的非稳定渗流。渗流稳定的计算采取有限单元法，基于《工程地质报告》提供的地质资料，选择典型断面加以计算，各个断面渗流的计算结果见表2-1。
桩号 计算工况 临河侧计算比降 背河侧计算比降
A+611 临河侧水位设计洪水位
背河侧水位无水 0.10
临河侧水位由设计洪水位
降至正常水位，背河侧水位无水 0.17
B+480 临河侧水位设计洪水位
背河侧水位无水 0.11
临河侧水位由设计洪水位
降至正常水位，背河侧水位无水 0.11
C+403 临河侧水位设计洪水位
背河侧水位无水 0.10
临河侧水位由设计洪水位
降至正常水位，背河侧水位无水 0.17
表2-1渗流比降计算成果表
计算结果需要堤坡计算比降均小于土层的允许水力比降，渗流稳定才能满足规范的要求。
（四）河堤稳定的计算。主要为对有可能出现滑动破坏的边坡按照规范来进行抗滑稳定的计算，根据地质断面，按照工程的地质条件选择典型断面来加以计算。按照《河堤工程设计规范》(SL435-2008)的规定，施工期地基土选取饱和快剪指标Cq、φq或者三轴不固结不排水指标Cuu、φuu，水位降落、稳定渗流等工况，采取总应力法进行稳定分析的时候，土的抗剪强度指标选取固结快剪指标Ccq、φcq或者三轴固结不排水指标Ccu、φcu，采取有效应力法进行稳定分析的时候，土的抗剪强度指标选取慢剪强度指标c′、φ′或者三轴固结排水指标Ccd、φcd。河堤整体稳定计算的计算工况和其水位组合见表2-2~表2-3。
表2-2背河坡稳定计算工况及水位组合
运用情况 计算工况 临河侧设计洪水位 背河侧水位
正常运用工况 设计运行 设计洪水位 常水位
非常运用工况Ⅰ 施工期 设计洪水位 无水
表2-3 临河坡稳定计算工况及水位组合
运用情况 计算工况 临河侧设计洪水位 背河侧水位
正常运用工况 设计运行 滩涂面高程 最高水位
水位降落 设计洪水位
降落至滩涂面高程 最高水位
非常运用工况Ⅰ 施工期 滩涂面高程 施工期最高水位
边坡稳定采取瑞典圆弧滑动法。抗滑稳定的计算结果如下表2-4
桩号 部位 安全系数K
施工期
工况 允许值[K] 运行工况 允许值[K] 水位降落 允许值[K]
4+611 临河坡 1.108 1.10 1.235 1.20 1.213 1.20
背河坡 1.977 1.937
15+480 临河坡 1.121 1.481 1.540 1.20
背河坡 1.230 1.592
21+403 临河坡 1.334 1.277 1.204 1.20
背河坡 1.169 1.472
从表中可以看出，河堤在各工况下抗滑稳定安全系数都满足规范的要求。
三、结语
中小河流域堤防的具有者设计要求高、堤线布置长、地质条件复杂等特点，其主要的病险情况為地质问题复杂、水流冲刷、堤防渗漏等。在设计的过程当中就要结合实际情况，不要盲目的经验化、理论主义，要充分的分析地形、地质的资料，并做好历史常遇病险和现场的实际情况的研究，同种运用条件下存在着多种工况要先分析选定最危险的工况，所有计算的方法和其各假定在符合堤防工程设计规范的有关规定在经验和理论分析的同时，要考虑实际运行，必要的时候需进行模型试验，最终保证堤防的稳定性与安全性。
参考文献：
[1] 周高朋. 中小型堤防工程设计[J]. 华章, 2010,(35)。
[2] 朱峰,汤洪洁. 堤防工程设计若干问题分析[J]. 水利规划与设计, 2013,(6)。
[3] 苏树峰,姜脉生,王吉盛. 浅谈水沟浪窝在黄河堤防工程中的重要性[J]. 科技信息, 2010,(35)。
[4] 唐建安. 堤防工程加固探讨[J]. 江西建材, 2012,(6)。
作者简介：
俞秀霞(1977.03-),女,汉族,甘肃民勤，现工作于新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，工程师，主要从事水利工程设计工作。
关键词：中小河流堤防；设计；方法
中图分类号：S611文献标识码： A
根据近几年来我国的汛情规律而言，中小河流域的防洪治涝始终是我们面临的一项关键性任务。堤防担负着抵御自然洪水灾害的主要责任。所以，探究堤防在中小河流域的设计方法，为降低堤防的病险发生率，加强整体的防洪能力，减少洪涝灾害造成的损失有着重要的意义。
一、堤防设计的概况
（一）基本设计要素
不管是新堤的构筑，还是旧堤的重建，除了现场的条件，基本资料情况和设计的要素都具备关联性。中小河流域堤防的设计主要要素有：①堤身选址②工程等级及标准③穿堤建筑物④堤身结构等。中小河流域堤防的设计基本资料有：①筑堤材料参数②地形地质情况③水文资料。
（二）堤防的病险分析。基于中小河流域的堤防现状，其常见的病险有：
1、水流冲刷的原因。水流冲刷岸坡一般发生在堤防的临水坡，尤其是河流的凹岸部分，通常主流逼岸，受环流冲刷，尤其是急流顶冲的作用，通常岸坡淘刷比较严重。岸脚的防护设施是抵抗水流冲刷力的关键措施，而护脚遭到破坏，岸脚的坡度会逐渐的变陡，堤防就容易发生失稳。这种破坏大多出现在河势复杂、河道弯曲的凹岸堤段。在设计时尽量的裁弯取直，降低堤防在汛期涨水的过程中或枯水期冲刷的几率。
2、地基的问题。堤防地基通常会遇两种问题，一是天然的强度不够，二是由于大量的渗水造成管涌从而导致堤防的坍塌破坏。出现地基的强度不够的主要原因为：①设计的强度不足。其原因为：设计的参数取值偏不利的情况，地质的钻探过于简单，未探查堤防地基当中软弱夹层或探查的深度不够。②软土地基太厚，且覆盖面较广，处理的措施比较单一没有实现预期的效果。优异地基问题造成的岸坡滑动往往为深层滑坡。
3、堤防渗漏。堤防的渗漏主要因为堤下的地质条件较为复杂，堤基的下卧透水层太厚，透水性较高，表层的覆土抗透水能力较低，并且覆土的粘性土夹砂或单薄，另外是底部的基岩是透水岩土带。由于投资控制或其它的原因对地质情况没有探明或者探知后未处理妥善，堤防的险情大多会出现渗漏稳定的问题。
（三）堤防工程的结构形式
堤防工程结构形式采用的原则是就地取材、因地制宜。具体的形式还要按照堤址地质条件、重要程度、堤防所在位置、水流、筑堤材料以及施工条件、风浪特性、运用和管理要求、工程造价和环境景观等因素，要经过经济和技术比较之后综合来确定。
根据筑堤的材料，堤防工程形式可以划分为分区填筑的混合材料堤、钢筋混凝土防洪墙、混凝土堤、石堤、土堤等。基于堤身的断面形式，可以分为直斜复合式堤、斜坡式堤或者直墙式堤等。基于防渗体的设计，可分为心墙式土堤、斜墙式堤、均质土堤。在湖积、冲积平原的非城镇地带，多采取均质黏土坝。在石材丰富、河床比降大、洪水消长迅速的地区，多以砌石作防冲结构的土堤或以卵石堤。而在人口稠密的平原地区，采取直墙式堤不仅可较少的使用紧缺的石材料、土，避免过多的造成征地拆迁。还能够结合商业开发和城市景观的需求加以建设与设计。
护岸工程中斜坡式结构最为常见。但在岸坡稳定性或抗冲、抗淘刷能力不足的山区城镇，结合市政与道路建设地需要可采用挡墙式结构。
加固已建的土堤除了可采取土料填筑使其达标之外，还能够通过建立防浪墙做到加高的需求，形成墙、堤复合式的结构。也能够采取土工模等材料在迎水面防渗体，形成非均质坝的结构形式。
（四）堤防工程设计的主要参数
1、允许比降：其是决定地磁渗透稳定能否满足设计要求的依据。
2、渗透系数：在拟建和已建或者加固工程的设计中，其是渗透系数的渗流计算与掌握堤基、堤身的地层结构最主要的条件。
3、堤基的允许承载力：SL/T188—96《堤防工程地质勘测规程》推荐通过标准贯入实验与精力触探实。
4、抗剪强度：其是土堤在运行的时候是否出现滑动、滑坡，从而造成决堤的一个关键性的指标。
5、压缩模量和压缩系数：压缩模量和压缩系数不仅是计算参数，还是地层的压缩性评价指标。多为实验室来确定。
二、堤防设计的实际应用
以某实际工程为例加以探究中小河流域堤防的設计重点。其初设达标的加固堤长度为22.1Km。设计的防洪标准为三十年，河堤的工程级别为三级。
工程出现的病险问题有：①防洪的标准较低②堤身矮小而单薄，填筑的质量比较差③堤脚防浪、淘冲措施不够等因素影响着堤身的稳定，其防御暴潮的能力较低，存在着安全的隐患。
（一）堤型选择。大多保留现有河堤的斜坡断面型式，对断面进行加高培厚。而局部的迎流顶冲段采用退堤还滩，在堤外有着白桦树林等生态植被堤段采用培内坡，并保留现有的堤前植被。要利用原有的红树林，不仅提高堤防整体抗冲刷的能力还有着较好的生态效果。
（二）堤线的布置与选择。堤线布置要按照防洪规划与区域、流域综合的规划，结合地质、地形条件以及滩涂和河口河岸演变规律，考虑施工条件、已有工程状况、拟建建筑物的位置、堤岸维修管理、防汛抢险及生态环境和征地拆迁等因素，通过技术和经济的比较之后综合分析来加以确定。堤轴线选择的原则为：尽可能保持原有堤围轴线，降低对原有河渠的影响和降低堤围变形的风险。局部的堤段为无堤段，岸滩比较开阔，堤线大体沿岸滩顺河势设置，尽量降低河流冲刷。
（三）河堤渗漏稳定的计算。河堤渗流的计算为：在设计洪水位持续的时间之内，堤身的稳定渗流，设计洪水位因设计洪水位降至正常水位的时候，堤身的非稳定渗流。渗流稳定的计算采取有限单元法，基于《工程地质报告》提供的地质资料，选择典型断面加以计算，各个断面渗流的计算结果见表2-1。
桩号 计算工况 临河侧计算比降 背河侧计算比降
A+611 临河侧水位设计洪水位
背河侧水位无水 0.10
临河侧水位由设计洪水位
降至正常水位，背河侧水位无水 0.17
B+480 临河侧水位设计洪水位
背河侧水位无水 0.11
临河侧水位由设计洪水位
降至正常水位，背河侧水位无水 0.11
C+403 临河侧水位设计洪水位
背河侧水位无水 0.10
临河侧水位由设计洪水位
降至正常水位，背河侧水位无水 0.17
表2-1渗流比降计算成果表
计算结果需要堤坡计算比降均小于土层的允许水力比降，渗流稳定才能满足规范的要求。
（四）河堤稳定的计算。主要为对有可能出现滑动破坏的边坡按照规范来进行抗滑稳定的计算，根据地质断面，按照工程的地质条件选择典型断面来加以计算。按照《河堤工程设计规范》(SL435-2008)的规定，施工期地基土选取饱和快剪指标Cq、φq或者三轴不固结不排水指标Cuu、φuu，水位降落、稳定渗流等工况，采取总应力法进行稳定分析的时候，土的抗剪强度指标选取固结快剪指标Ccq、φcq或者三轴固结不排水指标Ccu、φcu，采取有效应力法进行稳定分析的时候，土的抗剪强度指标选取慢剪强度指标c′、φ′或者三轴固结排水指标Ccd、φcd。河堤整体稳定计算的计算工况和其水位组合见表2-2~表2-3。
表2-2背河坡稳定计算工况及水位组合
运用情况 计算工况 临河侧设计洪水位 背河侧水位
正常运用工况 设计运行 设计洪水位 常水位
非常运用工况Ⅰ 施工期 设计洪水位 无水
表2-3 临河坡稳定计算工况及水位组合
运用情况 计算工况 临河侧设计洪水位 背河侧水位
正常运用工况 设计运行 滩涂面高程 最高水位
水位降落 设计洪水位
降落至滩涂面高程 最高水位
非常运用工况Ⅰ 施工期 滩涂面高程 施工期最高水位
边坡稳定采取瑞典圆弧滑动法。抗滑稳定的计算结果如下表2-4
桩号 部位 安全系数K
施工期
工况 允许值[K] 运行工况 允许值[K] 水位降落 允许值[K]
4+611 临河坡 1.108 1.10 1.235 1.20 1.213 1.20
背河坡 1.977 1.937
15+480 临河坡 1.121 1.481 1.540 1.20
背河坡 1.230 1.592
21+403 临河坡 1.334 1.277 1.204 1.20
背河坡 1.169 1.472
从表中可以看出，河堤在各工况下抗滑稳定安全系数都满足规范的要求。
三、结语
中小河流域堤防的具有者设计要求高、堤线布置长、地质条件复杂等特点，其主要的病险情况為地质问题复杂、水流冲刷、堤防渗漏等。在设计的过程当中就要结合实际情况，不要盲目的经验化、理论主义，要充分的分析地形、地质的资料，并做好历史常遇病险和现场的实际情况的研究，同种运用条件下存在着多种工况要先分析选定最危险的工况，所有计算的方法和其各假定在符合堤防工程设计规范的有关规定在经验和理论分析的同时，要考虑实际运行，必要的时候需进行模型试验，最终保证堤防的稳定性与安全性。
参考文献：
[1] 周高朋. 中小型堤防工程设计[J]. 华章, 2010,(35)。
[2] 朱峰,汤洪洁. 堤防工程设计若干问题分析[J]. 水利规划与设计, 2013,(6)。
[3] 苏树峰,姜脉生,王吉盛. 浅谈水沟浪窝在黄河堤防工程中的重要性[J]. 科技信息, 2010,(35)。
[4] 唐建安. 堤防工程加固探讨[J]. 江西建材, 2012,(6)。
作者简介：
俞秀霞(1977.03-),女,汉族,甘肃民勤，现工作于新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，工程师，主要从事水利工程设计工作。