大野口河河道治理工程設(shè)計實例研究

周斌武

（張掖市甘州水利水電勘測設(shè)計院 甘肅 張掖 734000）

1 工程概況

大野口河位于甘州區(qū)南部山區(qū)，干流出山后流經(jīng)甘州區(qū)花寨鄉(xiāng)柏楊樹村，在出山口16+500處與左岸祁連山北麓淺山區(qū)的季節(jié)性河流紅溝石河、珠山河及大苦水河匯合后折向東流，最終流經(jīng)甘州區(qū)堿灘鎮(zhèn)后匯入山丹河，干流全長56.13km，流域總面積160.0km2。流域內(nèi)有花寨鄉(xiāng)、龍渠鄉(xiāng)和大滿鎮(zhèn)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)?；ㄕl(xiāng)距城區(qū)40km，地勢東南高西北低，海拔高程在1810m～2300m之間。龍渠鄉(xiāng)和大滿鎮(zhèn)距城區(qū)20km，地勢西南高東北低，海拔高程在1560m～1680m之間。

本次大野口河河道治理工程的主要任務(wù)是通過對大野口河干流出山后0+000～1+500段、16+500～25+500段及其左岸支流紅溝石河、珠山河和大苦水河采取防治洪水災(zāi)害的工程措施，減少致災(zāi)因素及減緩致災(zāi)因素向不利方向演變的趨勢，建立和完善防災(zāi)減災(zāi)體系，提高防御洪水災(zāi)害的能力，減少洪水災(zāi)害導(dǎo)致的人民生命財產(chǎn)的傷害和損失，促進和保障大野口河流域沿岸及下游人口、資源、環(huán)境和經(jīng)濟社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 大野口河河道治理工程防洪堤堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 防洪堤基礎(chǔ)埋深、堤頂寬度、堤坡、堤岸上防護等設(shè)計

根據(jù)計算，大野口河樁號0+000～1+500段基礎(chǔ)沖刷深度為0.46m～0.7m，16+500～25+500段基礎(chǔ)沖刷深度為0.04m～1.99m；大苦水河基礎(chǔ)沖刷深度為0.32m～1.17m；珠山河基礎(chǔ)沖刷深度為0.08m～0.97m；紅溝石河基礎(chǔ)沖刷深度為0.28m～0.7m。

根據(jù)工程地質(zhì)資料，防洪堤基礎(chǔ)埋深不得小于最大凍土深度。因此，大野口河及其支流新建防洪堤的基礎(chǔ)埋深確定為：大野口河樁號0+000～1+500段防洪堤基礎(chǔ)埋深1.6m，16+500～25+500段防洪堤基礎(chǔ)埋深2.0m；大苦水河0+000～5+000段防洪堤基礎(chǔ)埋深2.0m；珠山河0+000～3+020段防洪堤基礎(chǔ)埋深1.6m；紅溝石河0+860～3+925段防洪堤基礎(chǔ)埋深1.6m。

堤頂寬度應(yīng)根據(jù)堤身穩(wěn)定、管理維護、施工、交通要求確定。按照《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-98），5級堤防頂寬不宜小于3m，結(jié)合工程實際，設(shè)計堤頂寬取3.0m，砂礫石路面，堤頂向臨水側(cè)傾斜，坡度為2%。

堤坡根據(jù)堤防等級、結(jié)構(gòu)、堤高、填筑材料等條件，采用坡式防洪堤，經(jīng)計算確定防洪堤臨水坡邊坡1∶1.5，背邊坡1∶1.25。混凝土板護面厚度為0.18m,設(shè)計基底取0.20m，坡頂取0.15m。

2.2 防洪堤堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)以上計算成果，以大野口河樁號18+500處防洪堤橫斷面作為典型斷面，對防洪堤堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計進行經(jīng)濟方案比較。該處斷面設(shè)計洪水深為1.0m。

方案一：砂礫石堤身，現(xiàn)澆C15砼護面

防洪堤按照就地取材的原則，堤身設(shè)計為砂礫石堤身，梯形斷面，堤頂寬3.0m，堤內(nèi)、外坡比為1∶1.5，堤身高2.0m，基礎(chǔ)埋深2.0m。內(nèi)坡及封頂采用現(xiàn)澆C15/F100/W4砼護面，護面砼厚度從底到頂由0.2m變?yōu)?.15m；封頂寬0.5m，厚0.15m，砼護面沿縱向方向每4m設(shè)置一道伸縮縫。

方案二：砂礫石堤身，C15細(xì)粒砼砌石護面

堤身設(shè)計為砂礫石堤身，梯形斷面，堤頂寬3.0m，堤外坡比為1∶1.5，堤身高2.0m，基礎(chǔ)埋深2.0m。內(nèi)坡及封頂采用現(xiàn)澆C15/F100/W4細(xì)粒砼砌石護面，護面砼厚度為0.35m；封頂寬0.5m，厚0.3m，砌石護面沿縱向方向每8m設(shè)置一道伸縮縫，兩種方案橫斷設(shè)計圖見圖1、圖2。兩方案防洪堤堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計單位投資比選表見表1。

經(jīng)過比較：方案一具有結(jié)構(gòu)輕巧，抗沖擊、抗凍脹性較強，施工簡單快捷，施工工藝先進，工程質(zhì)量易保證，當(dāng)?shù)仨挪牧县S富，工量小，造價低的特點；方案二具有結(jié)構(gòu)簡單，有一定的抗凍脹、抗泥石流沖擊性能，施工方便，但采用人工砌筑，質(zhì)量不易控制，結(jié)構(gòu)斷面大，工程量大，塊石材料缺，工程造價高的特點。因此，本工程把方案一作為推薦方案。

表1 防洪堤堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計單位（1.0km）投資比選表

根據(jù)方案比選結(jié)果，本次大野口河河道治理工程防洪堤堤身設(shè)計為砂礫石堤身，梯形斷面，堤頂寬3.0m，臨水邊坡為1∶1.5，背水邊坡為1∶1.25，堤身高1.29m～2.51m，其中：大野口河樁號0+000～1+500段防洪堤設(shè)計堤身高度1.25m～1.32m，樁號16+500～25+500段防洪堤設(shè)計堤身高度2.0m～2.51m；大苦水河樁號0+000～5+000段防洪堤設(shè)計堤身高度1.29m～1.55m。堤身內(nèi)坡采用現(xiàn)澆C15砼護坡，護坡厚度由0.2m變?yōu)?.15m，封頂寬50cm，厚0.15m?；A(chǔ)垂直埋深1.6m～2.0m，其中：大野口河樁號0+000～1+500段垂直深度為1.6m，樁號16+500～25+500段垂直深度為2.0m；大苦水河樁號0+000～5+000段垂直深度為1.6m；紅溝石河和珠山河垂直深度為1.6m?；A(chǔ)與護面為同一坡比，現(xiàn)澆C15砼澆筑。砼護面及基礎(chǔ)沿縱向方向每4m設(shè)置一道伸縮縫。

圖1 大野口河左岸24+000防洪堤典型橫斷面（方案一）

圖2 大野口河左岸24+000防洪堤典型橫斷面（方案二）

表2 防洪堤及防洪堤填筑土體物理力學(xué)指標(biāo)表

表3 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)（背水側(cè)，邊坡1∶1.25）

3 大野口河河道治理工程抗滑穩(wěn)定計算分析

壩體填筑材料為重量大的砂礫石，屬非粘性土，需對壩體進行抗滑穩(wěn)定分析。根據(jù)地質(zhì)資料，防洪堤的堤身為砂礫石，由于防洪堤各段分布地層相近，堤身斷面變化不大，故選擇其中的典型斷面進行穩(wěn)定計算，砂卵石物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

由于無粘性土坡滑動面近似平面，運用滑楔法分析其穩(wěn)定性。采用河海大學(xué)編制的邊坡穩(wěn)定分析程序Slope。由于臨水側(cè)有混凝土面板防護，主要分析背水側(cè)邊坡穩(wěn)定?？紤]以下幾種工況：

（1）正常運行情況（穩(wěn)定滲流期），背水側(cè)堤坡的邊坡穩(wěn)定和設(shè)計洪水位驟降期的臨河側(cè)堤坡穩(wěn)定。因為k/μV>60，說明洪水下降緩慢，所以不需進行上游坡的水位降落穩(wěn)定計算。規(guī)范要求5級堤防正常運用期安全系數(shù)不小于1.1。

（2）非常運行情況下，施工期的背水側(cè)堤坡和多年平均水位遭遇地震的背水側(cè)堤坡穩(wěn)定，規(guī)范要求安全系數(shù)不小于1.05。邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)（背水側(cè)，邊坡1∶1.5）成果見表3。

從表3計算結(jié)果可以看出當(dāng)邊坡取1∶1.5時，可以滿足抗滑穩(wěn)定要求。

4 結(jié)語

本工程建成以后，將有效提高工程所在河段堤防防洪能力，保護有效耕地面積約5.82萬畝，人口約3.74萬人，產(chǎn)生多年平均防洪效益為310萬元。

工程的經(jīng)濟評價指標(biāo)為：經(jīng)濟內(nèi)部收益率9.94%，大于8%的社會折現(xiàn)率；經(jīng)濟凈現(xiàn)值592萬元，效益費用比為1.18。各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。

綜上所述，該項目技術(shù)可行，經(jīng)濟評價指標(biāo)優(yōu)越，具有較好的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益，工程實施后，將有效改善灌區(qū)防洪現(xiàn)狀，提高防洪能力，為灌區(qū)農(nóng)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展和西部大開發(fā)創(chuàng)造一個安定的自然環(huán)境。陜西水利

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