煙臺河干流河道治理工程不同斷面形式的探討

侯裕清

煙臺河干流河道治理工程不同斷面形式的探討

侯裕清

（遼寧省大連水文局，遼寧大連116023）

在闡述煙臺河治理思路的基礎(chǔ)上，比較干流堤防斷面采用單一河槽斷面、復(fù)式斷面各自的優(yōu)缺點(diǎn)，從中優(yōu)選出一種兼顧防洪、造價、生態(tài)的防洪設(shè)計方案，由水力計算及河道地形、地質(zhì)及水文情況，經(jīng)方案比較認(rèn)為堤防斷面采用復(fù)式斷面較為合適。

河道治理；防洪；斷面形式；比選

1 工程概況

煙臺河位于興城市西南部，發(fā)源于興城市堿廠鄉(xiāng)西北老嶺南谷山泉，自西北流向東南流經(jīng)堿廠、南大山、望海、沙后所、海濱5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，穿過秦沈高速鐵路橋、京哈高速公路橋、沈山鐵路橋、102國道公路橋及濱海公路橋后而注入渤海。煙臺河流域總面積366.92 km2。

煙臺河干流河道治理工程位于煙臺河新民至史樹林段，區(qū)間干流河道長10.01 km。本次設(shè)計主要內(nèi)容包括該段干流堤防工程15.482 km（其中干流左岸堤防7.746 km，干流右岸堤防7.736 km），支流回水堤0.49 km及穿堤建筑物4座。

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201-94）及《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）的規(guī)定，防護(hù)區(qū)人口≤20萬人，防護(hù)區(qū)耕地≤30萬畝，防護(hù)區(qū)的防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年～10年。根據(jù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，結(jié)合工程保護(hù)區(qū)發(fā)展定位及保護(hù)對象的重要性，本次設(shè)計煙臺河干流堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇（P= 10%），堤防工程級別為5級；支流回水堤防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程級別與干流堤防相同。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013）的規(guī)定，穿堤建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程級別不能低于堤防工程，確定穿堤建筑物防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇（P=10%），工程級別為5級。

煙臺河本河段現(xiàn)有堤防工程修建于20世紀(jì)七十年代，而且為群眾分段修建，缺乏總體防洪規(guī)劃，沒有明確的指導(dǎo)思想，堤防不具有連續(xù)性、完整性，防洪標(biāo)準(zhǔn)不一，因此無論在工程建設(shè)的質(zhì)量上，還是標(biāo)準(zhǔn)上都不能適應(yīng)現(xiàn)在的防洪要求。另一方面，工程已經(jīng)運(yùn)行30多年，受多次洪水的沖刷、漫頂，多處堤段發(fā)生過潰壩，護(hù)坡脫落，大堤開裂，整體防洪工程已經(jīng)破爛不堪。經(jīng)現(xiàn)場測量查勘及水面線復(fù)核，現(xiàn)狀左右岸干流堤防共9.69 km達(dá)不到防洪標(biāo)準(zhǔn)，約占全線的63%；共有13.88 km堤防的斷面尺寸不滿足規(guī)范要求（頂寬及邊坡），約占堤防全線的90%。

此外，近十幾年來，由于興城市城市建設(shè)的快速發(fā)展，煙臺河曾經(jīng)為興城市城市建設(shè)用砂的主要來源（現(xiàn)已禁采）?，F(xiàn)狀河道普遍存在采砂留下的砂坑和砂堆，主槽高低不平，改變了天然河道的特性，影響洪水順暢下泄。同時由于采砂造成局部區(qū)段河道主槽下切嚴(yán)重，兩岸岸坡陡立，護(hù)坡塊石脫落，汛期極易發(fā)生塌岸，直接影響兩岸堤防，危及兩岸居民的生命財產(chǎn)安全。

2 干流防洪工程布置

2.1 干流防洪堤設(shè)計堤線

本區(qū)段干流堤防工程上游始于新民村下游，下游止于史樹林村，全長10.01 km，均利用現(xiàn)有堤防進(jìn)行加高培厚，堤線維持原堤防堤線。堤防型式為均質(zhì)土堤。

堤防加高培厚遵循下列原則：堤防工程布置盡可能利用現(xiàn)有堤防，優(yōu)先采用臨河側(cè)加高培厚方案，加固中少占耕地及林地、避免占用房屋等建筑物而產(chǎn)生動遷，利于工程實(shí)施及工程施工，方便防汛搶險及工程管理。[1]

干流防洪堤堤距為176 m～341 m，平均堤距為265 m。根據(jù)以上原則，確定本工程平面布置如下：（1）左岸堤防：左岸堤防（堤線）總長7.746 km，里程樁號ZK0+000～ZK7+746。沈山鐵路橋橫穿本段堤防，102線國道橋左岸引路將左岸堤防劃為兩個區(qū)段：海濱公路橋～102線國道橋段和102線國道橋～京哈高速公路橋段。（2）右岸堤防右岸堤防（堤線）總長7.736 km，里程樁號YK0+000～YK7+736。下游堤防起點(diǎn)位于濱海公路橋下。102線國道橋右岸引路、沈山鐵路橋右岸引路、范羅溝支流將右岸堤防劃為四個區(qū)段。1）海濱公路橋～102線國道橋段。2）102線國道橋～沈山鐵路橋段。3）沈山鐵路橋～范羅溝支流段。4）范羅溝支流～京哈高速公路橋段。

2.2 河道干流斷面型式選擇

整治河段為農(nóng)村段，河道干流斷面型式存在以下兩種方案：[2]

方案1：干流斷面采用單一河槽，對不滿足設(shè)計高度的現(xiàn)有堤防進(jìn)行加高培厚，整修后的堤防堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比為1∶2.5，背水坡坡比為1∶3.0，迎水坡設(shè)計水位以下鋪設(shè)格賓石籠護(hù)坡，河底設(shè)置寬0.7 m、深1.2 m的格賓石籠護(hù)腳，迎水坡設(shè)計水位以上及背水坡設(shè)草皮護(hù)坡。

方案2：干流斷面采用復(fù)式斷面，對現(xiàn)有河道地形進(jìn)行整形，兩岸形成寬度變化、高程起伏的灘地，灘地種植紫樹槐進(jìn)行固灘，紫樹槐種植間距為0.5 m×0.5 m。主槽平均寬160 m，主槽鋪設(shè)格賓石籠護(hù)岸，主槽底設(shè)置寬0.7 m、深1.2 m的格賓石籠護(hù)腳。對不滿足設(shè)計高度的現(xiàn)有堤防進(jìn)行加高培厚，整修后的堤防堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比為1∶2.5，背水坡坡比為1∶3.0，迎水坡種植紫樹槐，背水坡設(shè)草皮護(hù)坡。

由水力計算結(jié)果可知，設(shè)計洪水時灘地過水流速為1.0～2.0 m/s，灌木及草皮護(hù)坡即可滿足抗沖要求，綜合考慮河道地形、地質(zhì)及水文情況，并結(jié)合生態(tài)治河理念，方案2斷面型式更適合本工程。

根據(jù)現(xiàn)狀攤槽地形、潮位、城市取水井布置等因素，煙臺河干流河道斷面型式如下：

城市取水井緊貼堤防部位（干流樁號ZK3+800～ZK3+ 900及ZK4+130～ZK4+230段）迎水坡采用格賓石籠網(wǎng)箱重力墻防護(hù)至設(shè)計水位，墻頂寬1.0 m，迎水側(cè)垂直布置，背水側(cè)呈臺階狀布置，墻高1.8 m，基礎(chǔ)埋深1.2 m。迎水坡設(shè)計水位以上堤坡及背水坡均采用草皮防護(hù)。

干流樁號ZK0+000～ZK1+605及YK0+000～YK1+705段迎水側(cè)堤腳外側(cè)結(jié)合河道疏浚設(shè)置平均寬10.0 m、高1.5 m～3.0 m戧臺，戧臺臨水側(cè)岸坡坡比為1∶2.5。迎水坡及戧臺頂部均種植紫樹槐護(hù)坡、固灘，背水側(cè)采用草皮防護(hù)。

干流樁號ZK1+605～ZK3+159及YK1+705～YK4+880段迎水側(cè)堤腳外側(cè)結(jié)合河道疏浚設(shè)置平均寬40.0 m、高1.5 m灘地，灘地臨主槽岸坎按1∶2.5坡比整形。迎水坡及坡腳5 m范圍內(nèi)的灘地均種植紫樹槐護(hù)坡、固灘，坡腳5 m外的灘地及背水側(cè)采用草皮防護(hù)。

干流樁號ZK3+159～ZK6+150段迎水坡采用干砌石防護(hù)至設(shè)計水位，堤腳設(shè)置格賓石籠防淘刷齒墻，其中干砌石厚0.3 m，下設(shè)一層反濾土工布，防淘刷齒墻寬0.7 m，埋深1.2 m。迎水坡設(shè)計水位以上堤坡及背水坡均采用草皮防護(hù)。

干流樁號ZK6+150～ZK7+746及YK4+880～YK7+736段迎水側(cè)堤腳外側(cè)結(jié)合河道疏浚設(shè)置平均寬40.0 m、高1.5 m灘地，灘地臨主槽岸坎按1∶2.5坡比整形，迎水坡及坡腳5 m范圍內(nèi)的灘地均種植紫樹槐護(hù)坡、固灘，坡腳5m外的灘地及背水側(cè)采用草皮防護(hù)。

2.3 干流現(xiàn)有堤防加高培厚設(shè)計

結(jié)合灘地整形，對高程不滿足設(shè)計要求的堤防進(jìn)行加高培厚，根據(jù)河道地形、地質(zhì)及水文情況，并結(jié)合生態(tài)治河理念，堤防斷面的加高培厚在確保防洪安全的前提下，以生態(tài)為主導(dǎo)，同時兼顧占地及考慮今后施工的簡便性。[3]

本次堤防斷面加高培厚設(shè)計中綜合考慮河道的自然特點(diǎn)，便于就地取材施工，盡量降低造價、努力減少占地，在滿足《堤防工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的前提下，進(jìn)行干流堤防斷面設(shè)計。工程擬采用河灘地土料筑堤，根據(jù)地勘成果，河灘地土料主要為以粗砂、礫砂為主的雜填土，為了減少土地占用，減少運(yùn)土距離，降低土方造價，取臨水側(cè)加高培厚方案。

根據(jù)煙臺河現(xiàn)狀堤防型式，左岸ZK3+350～ZK7+746段現(xiàn)狀堤頂建有海濱灌區(qū)引水渠道，針對這一特性，分段進(jìn)行堤防斷面型式比選。

（1）右岸及左岸ZK0+000～ZK3+350段堤防斷面方案比較

煙臺河右岸及左岸ZK0+000～ZK3+350段堤防，現(xiàn)有堤防寬度基本滿足要求，堤防高程多數(shù)不滿足要求，局部岸坡較陡。此段堤防改建，以YK5+480斷面為例，比選以下方案：

方案1：設(shè)計堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶3.0，臨河側(cè)加高培厚至設(shè)計高程；方案2：設(shè)計堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶3.0，臨河側(cè)加高培厚至設(shè)計水位以上0.9 m，為降低堤防整體高度，堤頂臨水側(cè)設(shè)0.6 m凈高防浪墻。

選取單位長度分別計算各個方案的工程量和相應(yīng)投資；根據(jù)施工簡便性、汛期搶險、工程范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)條件、河道水流形態(tài)等要求，經(jīng)綜合比較后確定堤防加高培厚型式。方案1單位長度工程投資363.5元，方案2單位長度工程投資362.5元。兩方案單位長度工程投資相差不多，方案一施工簡單，利于防汛搶險，因此選擇方案1作為右岸及左岸ZK0+000至ZK3+350段堤防加高培厚的主要型式。

（2）左岸ZK3+350～ZK7+746段堤防斷面方案比較煙臺河左岸ZK3+350～ZK7+746段堤防,現(xiàn)有堤防頂建有海濱灌區(qū)引水渠道，堤防高程基本不滿足要求，局部岸坡較較陡。此段堤防加高培厚，以ZK5+325為例，按下列方案進(jìn)行比選：

方案1：設(shè)計堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶3.0，臨河側(cè)加高培厚至設(shè)計高程，結(jié)構(gòu)圖見圖3；方案2：設(shè)計堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶3.0，臨河側(cè)加高培厚至設(shè)計水位以上0.9 m，為降低堤防整體高度，減少迎水坡前伸距離，堤頂臨水側(cè)設(shè)0.6 m凈高防浪墻；方案3：設(shè)計堤頂寬4.0 m，迎水坡坡比1∶2.5，背水坡坡比1∶3.0，臨河側(cè)加高培厚至設(shè)計水位以上1.5 m，為減少迎水坡前伸距離，堤防背水坡坡腳設(shè)1.74 m凈高擋土墻。

選取單位長度分別計算各個方案的工程量和相應(yīng)投資；根據(jù)施工簡便性、汛期搶險、工程范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)條件、河道水流形態(tài)等要求，經(jīng)綜合比較后確定堤防加高培厚型式。

方案1單位長度工程投資322.3元，方案2工程投資308.7元，方案3工程投資648.4元。三個方案中，方案1與方案2單位長度工程投資相差不多，均較低，方案1施工簡單，利于防汛搶險，因此選擇方案1作為煙臺河右岸段治理的主要型式。

3 結(jié)論與建議

干流斷面采用復(fù)式斷面適合于流速較小河段，灌木及草皮護(hù)坡即可滿足抗沖要求，綜合考慮防洪、造價、生態(tài)的因素干流斷面采用復(fù)式斷面在一般中、小流量鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪中應(yīng)用有一定的優(yōu)勢。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪工程往往施工工期較短，因此簡單的斷面形式更有利于施工的進(jìn)行，有利于節(jié)約投資和縮短工期。通過本工程左右岸斷面結(jié)構(gòu)的比較可知，在投資相差不多的情況下，簡單的斷面布置更有利于施工，并且運(yùn)行期更利于防汛搶險，可以作為此類鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪工程的推薦方案。

[1]錢波，郭寧.水利水電工程施工組織設(shè)計[M].中國水利水電規(guī)劃.2012:P67-87.

[2]張守金,康百贏.水利水電工程施工組織設(shè)計[M].中國水利水電出版社.2008：P25-40.

[3]張黎明.九龍湖段防洪大堤工程防滲標(biāo)準(zhǔn)及墻幕最優(yōu)組合選擇.陜西水利.2016(3):P27-28.

TV85

B

1673-9000（2017）02-0027-02

2016-11-28

侯裕清（1964-），女，遼寧沈陽人，工程師，主要從事水資源論證工作。