金水河流域堤防工程設(shè)計及堤型比選分析

侯愛宜，侯萌妮

(1．陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001；2．陜西省西安市戶縣水土保持局，陜西 西安 710001)

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金水河流域堤防工程設(shè)計及堤型比選分析

侯愛宜1，侯萌妮2

(1．陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院，陜西 西安 710001；2．陜西省西安市戶縣水土保持局，陜西 西安 710001)

金水河流域的洪水主要由暴雨形成，據(jù)酉水街實測資料統(tǒng)計，洪水具有峰高、量大，洪水過程陡漲陡落，峰型多呈單峰的特點；洪水季節(jié)水流側(cè)蝕強(qiáng)烈，易形成較深的沖刷河槽，防洪堤內(nèi)外水位差較大，堤基土易發(fā)生管涌破壞。金水河堤防在設(shè)計過程中針對以上兩大難點經(jīng)過堤防形式比選及工程措施進(jìn)一步確定及優(yōu)化了體型尺寸。

切割侵蝕；管涌破壞；沖刷計算

1 流域水文概況

金水河是漢江左岸一級支流，西鄰洋縣酉水河，北越秦嶺與周至縣黑河相望。金水河干流總長70.7 km，流域面積720 km2，河床平均比降24‰，流域洪水主要由暴雨形成，據(jù)酉水街實測資料統(tǒng)計，洪水具有峰高、量大，洪水過程陡漲陡落，峰型多呈單峰的特點。其主要表現(xiàn)為：洪水量級大；防洪能力薄弱河堤防沖能力差，不能抵御較大洪水沖擊；泥石流下河，淤積河床，攜帶的大粒徑石頭對原河堤持續(xù)撞擊，使河堤決口；沿河道兩岸隨意侵占河堤或臨時建設(shè)房屋，擠占河道，阻塞河道的行洪斷面過分束窄河道。

2 堤防現(xiàn)狀及存在的問題

根據(jù)設(shè)計堤線布設(shè)位置，部分設(shè)計堤線跨越原已成堤防，沿已成堤防內(nèi)側(cè)或與田間耕作道路重合。已成堤防大多為人工堆積雙面干砌石，堤頂寬度、高度不一，填筑質(zhì)量差，大部架空，頂部凹凸不平，部分堤身單薄，坡面砌石松動、脫落，倒塌或鼓包，局部強(qiáng)側(cè)蝕段堤腳形成臨水陡坎，護(hù)坡基礎(chǔ)多位于漫灘卵石層表部，損壞嚴(yán)重，基礎(chǔ)外露或懸空。

3 新建堤防工程地質(zhì)條件及評價

新建堤防堤基地層為單層、雙層結(jié)構(gòu)。堤線位于河漫灘及一、二級階地前沿，壤土及粉質(zhì)粘土為細(xì)粒土層，滲透破壞形式為流土；卵礫石層洪水過程中，防洪堤內(nèi)外形成水位差，堤基土易發(fā)生管涌破壞。

河道兩岸支溝發(fā)育，匯水集中，洪水季節(jié)水流側(cè)蝕強(qiáng)烈，易形成較深的沖刷河槽，堤基上部地層相對較松散，抗沖刷能力較差。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)洪水沖刷深度一般1.5～2.0 m，最大沖刷深度可達(dá)2.5 m，堤腳應(yīng)采取防沖措施。

4 堤防布設(shè)原則

依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286—2013)確定，堤防工程級別確定為5級。布置原則為:

(1)結(jié)合已有岸坎和兩岸交通道路布線，使其與河勢流向相適應(yīng)，與洪水主流線大致平行；

(2)堤線應(yīng)力求平順，各堤段平緩連接，不應(yīng)采用折線或急彎；

(3)在滿足防洪安全，盡可能減少拆遷的前提下，根據(jù)地形條件，局部進(jìn)行拓寬或縮窄，保證堤防順滑連接；

(4)堤頂高程應(yīng)滿足安全超高要求，保證堤防沿線封閉；堤防基礎(chǔ)埋深滿足堤基應(yīng)力、抗沖刷、凍土深度要求；

(5)建筑物設(shè)計力求技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、外型美觀，施工便利；

(6)注重工程與生態(tài)結(jié)合，外觀美觀。

5 堤防型式比選

由于治理段地處漢中山區(qū)，工程所處河段河寬較窄，且兩岸多為耕地或房屋，局部房屋緊鄰河堤，土地緊張，空間有限。采用護(hù)坡防護(hù)容易增加工程占地。采用擋墻堤防斷面則在相同河寬下，可以加大過水?dāng)嗝婷娣e，降低洪水位，減少工程占地。

堤防型式考慮護(hù)坡、擋墻兩種方案進(jìn)行比選。按照經(jīng)濟(jì)適用、就地取材、便于施工、滿足防洪和管理等要求選擇堤防型式。護(hù)坡和擋墻材料采用漿砌石作為代表進(jìn)行比選。

護(hù)坡、擋墻堤防型式各有其適用條件及優(yōu)缺點，將兩種型式的堤防比較如下：

1)方案一：護(hù)坡(圖1)

漿砌石護(hù)坡迎水側(cè)坡比1:2.0，坡后采用頂寬3m的砂礫石填筑，兼作防汛道路，背水側(cè)坡比采用1:1.5。護(hù)坡上部厚度0.3 m，下部厚度0.5 m，漿砌石標(biāo)號采用M7.5。

漿砌石護(hù)坡是一種傳統(tǒng)的剛性護(hù)坡型式，整體性較好，在石料豐富的河段，是一種便于人工施工、經(jīng)濟(jì)適宜的護(hù)坡型式。缺點：與已建堤防結(jié)構(gòu)型式不協(xié)調(diào)；占地面積偏大；抗沖擊能力差。

圖1 護(hù)坡型式堤防

2)方案二：擋墻(圖2)

結(jié)合本工程特點對仰斜式漿砌石擋墻、重力式漿砌石擋墻、賓格重力式擋墻和鋼筋砼扶壁式擋墻等幾種型式擋墻的特點進(jìn)行綜合分析，推薦采用仰斜式擋墻。漿砌石仰斜式擋墻墻頂寬度0.8 m，臨水側(cè)坡比1:0.45，背水側(cè)坡比1:0.1，墻后采用頂寬3 m的砂礫石填筑，兼作防汛道路，背水側(cè)坡比采用1:2.0。漿砌石標(biāo)號采用M7.5。

圖2 擋墻型式堤防

漿砌石仰斜式擋墻方案的優(yōu)點：與當(dāng)?shù)氐谭佬褪絽f(xié)調(diào)，與上下游段堤防銜接較順；占地較少，抗沖安全性高，可以就地取材，采用墻身仰斜，依靠自身重力，可降低土壓力，增加抗傾力矩，從而減少擋墻用料。缺點是開挖方量相對較大、墻身造價相對較高。

經(jīng)造價分析漿砌石護(hù)坡每延米造價最低。但是漿砌石擋墻永久占地較少,施工時對兩岸現(xiàn)有建筑物影響較小，抗沖刷能力強(qiáng)，更利于防洪安全。工程區(qū)有大量的塊石料，可以作為漿砌石擋墻主材，本著因地制宜的設(shè)計原則，采用漿砌石擋墻可以一舉兩得的效果。因此，本次設(shè)計推薦采用擋墻方案。

表1 漿砌石擋墻斷面設(shè)計護(hù)堤方案投資比較表

6 堤防沖刷計算

6.1 沖刷計算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286—2013)中第7.8.5條規(guī)定，防洪擋墻基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)滿足抗沖刷和凍結(jié)深度的要求。沖刷深度計算依據(jù)規(guī)范D.2.1～D.2.2規(guī)定的公式進(jìn)行沖刷深度計算。結(jié)合該堤防工程布置，沖刷深計算結(jié)果見表2。

表2 金水鎮(zhèn)黃臺村段段沖刷深度計算成果表

在確定堤防形式及材料的基礎(chǔ)上結(jié)合工程區(qū)沖刷及抗凍、地基情況要求及河道河勢變遷情況，堤基沖刷深度分別以深泓點或穩(wěn)定河灘面作為基準(zhǔn)。根據(jù)沖刷計算，沖刷深度為0.2～0.76 m。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查，金水河河床的平直段沖刷深度一般為1.5～2.0 m，局部強(qiáng)側(cè)蝕段較深可達(dá)2.5 m。為解決河道局部深達(dá)2.5 m掏空及強(qiáng)側(cè)蝕在堤防堤腳處采用厚1.0 m寬2.0 m順堤線布設(shè)格賓籠石。

6.2 排水設(shè)置

洪期前后防洪堤內(nèi)外水位差較大，堤基土易發(fā)生管涌破壞為降低擋墻后地下水位，減少靜水壓力，在擋墻上設(shè)置排水孔。排水孔間排距均為2 m，排水孔采用Φ50PVC排水管，最高布置在設(shè)計洪水位，排水管內(nèi)側(cè)端部包裹土工布反濾。擋墻后采用砂礫石填筑，振動碾壓相對密度不小于0.60。通過以上措施有效的降低堤防內(nèi)外水差保證擋墻的穩(wěn)定。

7 結(jié)語

洋縣金水河治理段堤防采用疏通河道，在側(cè)切割侵蝕嚴(yán)重河段利用堤腳格賓籠石壓護(hù)及深堤腳仰斜式擋墻加堤身增設(shè)排水孔堤后相對密度不小于0.60的砂礫石填筑解決了切割嚴(yán)重的堤腳淘空及架空和管涌問題，保證了堤防安全。

在寸土寸金的石多土少耕地面積有限的狀況下高效的保護(hù)農(nóng)田，保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全和防洪安全。避免了農(nóng)田被淹，房屋被毀，交通、電力、通訊中斷等因季節(jié)性洪水引發(fā)的自然災(zāi)害。

2017-02-27

侯愛宜(1975-)，女，陜西西安人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計方面工作。

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