天水市秦州區(qū)南溝河防洪工程設(shè)計(jì)與分析

溫愛存 張繼東

（甘肅林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 天水 741020）

南溝河是藉河右岸最大的一級(jí)支流，發(fā)源地秦州區(qū)西南部的馬蹄梁一帶，流經(jīng)皂郊鎮(zhèn)于秦州區(qū)西十里下匯入藉河，流域面積274.1km2，主河道長(zhǎng)31.3km，平均比降為14.2‰，南溝河主要支流有徐家溝、慕水溝、楊家溝等。共涉及沿岸皂郊鎮(zhèn)9個(gè)行政村2026戶9318人，分別是王家店村、徐家店村、楊家溝村、董家坪村，張家寨村、高磨村、馬家河村、峽門村、楊川村。沿線耕地面積為0.35萬畝。南溝河流域水土流失、山洪災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害被稱為該流域三大自然災(zāi)害，多年來災(zāi)害頻繁發(fā)生，給沿岸群眾生命財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重的損失，汛期山洪爆發(fā)直接威脅沿岸村民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

藉河流域下墊面主要是黃土、灌木、人工林，植被較好。徑流主要由降雨產(chǎn)生，降雨時(shí)空分布極為不均，6-9月份降雨最為集中，占年降水量的60%以上，所以全年水量主要集中在夏秋季，且多以暴雨形式出現(xiàn)，溝壑密布，河床狹窄，寬窄不均勻，各條溝道中上游段河床最寬達(dá)15～20m，而下游普遍在25～30m，地表結(jié)構(gòu)疏松，每當(dāng)遭遇強(qiáng)度大于25mm/h的暴雨時(shí)，降雨量大于土壤入滲強(qiáng)度，雨水來不及滲入到土壤深層而形成地面徑流，加之山洪河道源短流急，在下游極易形成陡落，峰高量大，歷時(shí)短暫的山洪災(zāi)害。

1 南溝河防洪工程地質(zhì)概況

工程區(qū)位于南溝河干流及3條支流（支溝）河（溝）床漫灘及I級(jí)階地前緣，河（支溝）谷在工程區(qū)寬約50～400m，河床及河漫灘（支溝床漫灘）寬約15～70m；兩岸I級(jí)階地較為發(fā)育，居民、建筑物等多位于I級(jí)階地階面上，I級(jí)階地前緣高出現(xiàn)代河床約0.5～3.0m，II級(jí)階地不發(fā)育；I、II級(jí)階地為堆積階地；南溝河干流流向近東西向；各支溝流向近乎與南溝河干流直交。

工程區(qū)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為岸坡坍塌及崩塌。

第四系地層廣泛分布于工程區(qū)，主要為漫灘及I級(jí)階地堆積物、人工堆積等。河（溝）床及漫灘砂卵礫石層厚度約3.0～5.0m；I級(jí)階地上部為粉質(zhì)壤土層，厚約0.5～1.2m，結(jié)構(gòu)疏松；下部為沖洪積砂卵礫石層，結(jié)構(gòu)稍密～中密，厚度約4.0～5.5m，礫卵石磨圓度較差，分選性較差。

工程區(qū)構(gòu)造體系比較復(fù)雜，系秦嶺地槽和隴西陸臺(tái)兩大地質(zhì)構(gòu)造單元的過渡地帶。地貌從成因和形態(tài)來看，屬隴西黃土高原南緣的一部分，基巖上面為第三系甘肅紅層，表層覆蓋著第四系馬蘭黃土。河流不斷侵蝕下切，形成梁狀山地，梁狀山地與溝谷平行成疏狀地形，構(gòu)成了兩山之間有一溝，兩溝之間有一山的地貌。

根據(jù)2015年版1∶400萬《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，工程區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期分區(qū)值為0.40s，本區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.3g，相應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度（50年超越概率為10%），依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）第1.0.7條，本堤防工程不進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

地下水主要為南溝河干流及支溝（河）谷潛水，地下水主要接受南溝河及支流（溝）地表水、地下徑流，大氣降水及基巖裂隙水的補(bǔ)給，主要賦存于河漫灘及I級(jí)階地砂卵礫石層中。河漫灘的地下水埋深較淺，一般為1.8～2.5m，I級(jí)階地地下水埋深一般為3.0～6.0m。地下水的礦化度0.56～0.78g/l，為淡水，總硬度（德國(guó)度）為32.16～50.90mg/l，PH值為7.6～7.92，呈弱堿性，SO42-含量82.38～139.94mg/l，水質(zhì)較好，對(duì)普通硅酸鹽水泥混凝土無侵蝕性；地表水礦化度0.62～0.88g/l，為淡水，總硬度為41.26～74.63mg/l，PH值為7.8～7.96，呈弱堿性，SO42-含量87.15～164.82mg/l，水質(zhì)較好，對(duì)普通硅酸鹽水泥混凝土無侵蝕性。

經(jīng)地質(zhì)勘察及調(diào)查，工程所需要的塊砂石料可從南河川砂石溝料場(chǎng)直接購(gòu)買。料場(chǎng)現(xiàn)已大規(guī)模開采，有公路通過，交通便利，車輛可直達(dá)開采區(qū)，石料產(chǎn)地，儲(chǔ)量豐富，石質(zhì)堅(jiān)硬，耐風(fēng)化，據(jù)勘探資料，料場(chǎng)總貯量大于200萬m3。距工程區(qū)平均約35～40km。

工程塊石料可從秦州區(qū)藉口鎮(zhèn)崔家溝料場(chǎng)直接購(gòu)買。料場(chǎng)現(xiàn)已大規(guī)模開采，有公路通過，交通便利，車輛可直達(dá)開采區(qū)，石料產(chǎn)地，儲(chǔ)量豐富，石質(zhì)堅(jiān)硬，耐風(fēng)化，據(jù)勘探資料，料場(chǎng)總貯量大于200萬m3。距工程區(qū)平均約35～40km。

堤體填筑料盡量利用護(hù)堤工程的地基開挖砂礫料及河道清障時(shí)下部的砂卵礫石料填筑堤體，填筑堤身砂卵礫石應(yīng)分層碾壓至密實(shí)狀態(tài)，要求相對(duì)密度不小于0.60。

工程區(qū)水資源較為豐富，施工用水水源為南溝河干流及各支流（支溝）地表水，地表水水質(zhì)良好，滿足施工用水要求，但在汛期降雨季節(jié)，南溝河干流及各支流（支溝）地表水泥沙含量大，施工用水需沉淀處理后使用。

2 南溝河工程任務(wù)

工程任務(wù)主要是：保護(hù)村莊、農(nóng)田；保護(hù)沿岸農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察，結(jié)合各河段現(xiàn)狀及河床演變，在充分認(rèn)識(shí)該河段水性特點(diǎn)，水勢(shì)變化規(guī)律及洪水險(xiǎn)情分析的前提下，依照防洪法和防洪標(biāo)準(zhǔn)，采取堤防與溝道治理相結(jié)合，堤防與當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)相結(jié)合，同時(shí)達(dá)到控制主流擺動(dòng)，穩(wěn)定河勢(shì)，鞏固岸床，完善防洪體系，保證河道行洪寬度，提高河道整體防洪能力的目地。在南溝河流域徐家店段、南溝河干流店鎮(zhèn)段、慕水溝段修建防洪工程，可保護(hù)各河段兩岸村民和沿岸土地不被洪水侵吞，為沿岸工農(nóng)業(yè)有計(jì)劃和可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

工程區(qū)位于秦州區(qū)南溝河流域，涉及皂郊鎮(zhèn)的店鎮(zhèn)河、徐家溝、慕水溝、楊家溝4溝道，工程的主要任務(wù)是保護(hù)沿岸王家店村、徐家店村、楊家溝村、董家坪村，張家寨村、高磨村、馬家河村、峽門村、楊川村9個(gè)行政村38個(gè)自然村2026戶9318人生命財(cái)產(chǎn)和0.35萬畝耕地及基礎(chǔ)設(shè)施安全。

3 南溝河防洪工程設(shè)計(jì)

3.1 堤防段堤身設(shè)計(jì)

C15細(xì)粒砼砌石貼坡式堤防：迎水面坡比1.1，背水面坡比1∶1.25；頂寬3m，堤身采用C15細(xì)粒砼砌石平均厚度0.4m，頂厚0.3m，底厚0.5m，并設(shè)有1.0×0.5m底部基礎(chǔ)。壓頂寬0.5m，高0.2m，采用C15砼現(xiàn)澆。護(hù)坡設(shè)置泄水孔，最低一排泄水孔必須高出常水位以上30cm，采用φ100PE管，每高2m再設(shè)置一排，泄水孔進(jìn)口設(shè)置級(jí)配砂礫反濾層。砂堤頂寬2.5m。伸縮縫沿縱向每5m設(shè)一道，伸縮縫填充材料為閉孔聚乙烯板。

3.2 護(hù)岸設(shè)計(jì)

1）C15細(xì)粒砼砌石貼坡式護(hù)岸：迎水面坡比1∶0.4，背水面坡比1∶1.25，護(hù)面采用C15細(xì)粒砼砌石，頂厚0.30m，底厚0.5m，設(shè)1.0×0.5m底部基礎(chǔ)。壓頂寬0.4m，高0.2m，采用C15砼現(xiàn)澆。護(hù)坡設(shè)置泄水孔，最低一排泄水孔高出正常水位30cm以上，采用φ100PE管，每高2m再設(shè)置一排，泄水孔進(jìn)口設(shè)置級(jí)配砂礫反濾層。砂堤頂寬2m。伸縮縫沿縱向每5m設(shè)一道，伸縮縫填充材料為閉孔聚乙烯板。該斷面施工操作技術(shù)簡(jiǎn)單，不用支模等復(fù)雜工序；抗沖擊能力強(qiáng)，施工時(shí)受外部環(huán)境影響小、穩(wěn)定性強(qiáng)、伸縮縫少。但開挖量大，破壞生態(tài)嚴(yán)重，適合與基礎(chǔ)埋深較淺，保護(hù)對(duì)象較重要的溝道。

2）格賓網(wǎng)石籠護(hù)岸+格賓網(wǎng)水平防護(hù)：迎水面坡比1.1，背水面坡比1∶1.25，護(hù)面厚度為0.3m，并設(shè)有1.0×0.8m底部基礎(chǔ)，水平防護(hù)為0.4m厚格賓網(wǎng)石籠，寬度為計(jì)算沖刷的1.5倍，在垂直格賓網(wǎng)石籠下部鋪設(shè)一層300g/m2的土工布反濾層，表面附種植土。格賓網(wǎng)采用10%鋁鋅合金低碳鋼絲，經(jīng)機(jī)械鉸合編織成為六鉸狀、六邊形網(wǎng)孔的網(wǎng)片結(jié)構(gòu)。格賓網(wǎng)護(hù)坡箱體尺寸格賓為3.0×2.0×0.4m，隔板為1～2片網(wǎng)孔60mm×80mm，網(wǎng)絲2.7mm，邊絲3.4mm，扎絲2.2mm，填石可采用塊石、卵石或片石，空隙率不超過30%，要求石料質(zhì)地堅(jiān)硬，強(qiáng)度等級(jí)MU30，比重不小于2.5t/m3。壓頂寬0.5m，高0.1m，采用C15砼現(xiàn)澆。該斷面具有整體性好、穩(wěn)定性高、耐腐蝕性強(qiáng)、生態(tài)環(huán)保，并柔剛性結(jié)合體，抗震防凍不受季節(jié)環(huán)境影響，抗磨、耐久性好，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，不用支模等復(fù)雜工藝，易維修，適應(yīng)地基及堤身變形能力強(qiáng)，而維持河道自然生態(tài)現(xiàn)狀。缺點(diǎn)：護(hù)坡表面較為粗糙，單位造價(jià)較高，施工時(shí)所需勞力多，體力勞動(dòng)量大。適用于生態(tài)比較好，自然岸坎較為穩(wěn)定，沖刷深度較深的河段。

3.3 排洪渠設(shè)計(jì)

南溝河干流店鎮(zhèn)段段0+000～0+136段渠道凈寬8～11m，凈高1.5m，底厚0.5m，迎水面邊坡比1∶0.5，底部有0.3m水泥穩(wěn)定土，擋墻及底板均采用C15細(xì)粒砼砌塊石結(jié)構(gòu)。

3.4 護(hù)腳段設(shè)計(jì)

護(hù)腳采用C15細(xì)粒砼砌石，高度為2.7～3.3m，基礎(chǔ)埋深1.8～2.0m，頂寬0.5m，迎水面坡比1∶0.4，頂厚0.3m，底厚0.5m，并設(shè)有0.8×0.5m的水平堤腳，每10m設(shè)置伸縮縫一道，采用閉孔聚乙烯板填塞。

3.5 支溝段設(shè)計(jì)

溝道延伸重力式擋土墻堤防：迎水面坡比1∶0.25，背水面坡比1∶1.25；設(shè)計(jì)堤頂寬3m，堤身采用C15細(xì)粒砼砌塊石，高度3.0m，外邊坡比1∶0.25，內(nèi)邊坡比1∶0；基礎(chǔ)延伸0.2m?；A(chǔ)高0.5m，墻趾頂部土層厚度大于0.2m。墻頂設(shè)0.2×0.3m的C15砼墻帽。伸縮縫沿縱向每5m設(shè)一道，伸縮縫填充材料為閉孔聚乙烯板。溝道內(nèi)堤防基礎(chǔ)埋深為深泓線以下1.2m。

3.6 沿堤建筑物

3.6.1 排水涵管

排水涵采用鋼筋混凝土管，涵管進(jìn)口與現(xiàn)有排水溝土堤銜接至洪水位以上，坡比為1/100，以防洪水倒灌。涵管設(shè)計(jì)為φ600mm砼管，在砼管與堤防護(hù)面接觸處加厚砼以防滲流，砼管下設(shè)砼管座，砼管座與堤防砼護(hù)面相接成一體，加強(qiáng)防滲功能。

3.6.2 巡堤踏步

為了堤防的正常檢查檢修，沿堤每1.0km或有村莊段設(shè)一處人行踏步，順堤坡方向設(shè)計(jì)置30×20cm砼臺(tái)階。

3.6.3 越堤道

當(dāng)兩岸村莊農(nóng)田互相交錯(cuò)，考慮河道兩岸行人便利及群眾交通等，擬建越堤道，采用C15砼硬化，厚度20cm，坡比為1/4。