略陽縣楊家?guī)X村防洪工程設(shè)計探析

趙金龍

(略陽縣水利工程管理服務(wù)中心， 陜西 漢中 724300)

1 項目區(qū)概況

郭鎮(zhèn)楊家?guī)X扶貧示范村河道治理工程位于略陽縣城西54 km處的楊家?guī)X村。屬亞熱帶濕潤、半濕潤氣候區(qū)，多年平均降水860 mm，主要集中在5—10月份,降水量是全年降水的82.8%，且多以暴雨和陰雨的形式出現(xiàn)。樂素河楊家?guī)X段岸坡均為土石陡坎，屬無設(shè)防段，抗洪能力差，加之該河道寬30～40 m,比降較小，水流條件較平緩，汛期洪水漲落，洪水沖刷河床及岸坡，嚴(yán)重威脅兩岸住戶和周圍農(nóng)田的安全，因此對該段河道進(jìn)行治理，修建防護(hù)設(shè)施顯得尤為重要。

2 河道特性及洪水分析

2.1 河道特性分析

樂素河發(fā)源于甘肅省康縣王壩大王山，為嘉陵江一級支流，溝道較窄，屬山溪性河道。河道全長65.8 km(其中略陽縣境內(nèi)38.9 km)，流域面積386.3 km2(其中略陽縣境內(nèi)267.36 km2)，平均比降19.3‰。工程項目區(qū)以上流域面積176.0 km2，河道長度24.9 km，年平均流量5.94 m3/s。

堡子溝屬樂素河一級支流，全流域面積4.62 km2，河道長度3.36 km，安置點(diǎn)位于溝口段，需要進(jìn)行治理，實(shí)測河床平均比降4.1%。項目區(qū)河道均呈帶狀分布，河道部分段淤積，局部地勢較窄，溝道比降較小，水流條件平緩，因多年來暴雨洪水漲落，導(dǎo)致山洪淤積、沖刷河床、岸坡，所以每逢汛期嚴(yán)重威脅河道、溝道兩岸住戶和農(nóng)田的安全。

2.2 洪水分析

根據(jù)《國家防洪標(biāo)準(zhǔn)》[1]規(guī)定，該工程為農(nóng)村防洪工程，防護(hù)區(qū)耕地面積小于2萬hm2，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20～10 a的防洪重現(xiàn)期。結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，確定樂素河段防洪標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇洪水；堡子溝段因溝口修建扶貧村安置點(diǎn)，根據(jù)保護(hù)對象為移民安置點(diǎn)的住戶，防洪標(biāo)準(zhǔn)按20 a一遇洪水設(shè)計。因該地?zé)o洪水水文資料，采用《陜西省漢中地區(qū)實(shí)用水文手冊》經(jīng)驗(yàn)公式和特小流域洪水經(jīng)驗(yàn)公式法，分別計算樂素河、堡子溝洪水。經(jīng)過計算，樂素河楊家?guī)X段10 a一遇洪水流量為432.68 m3/s，堡子溝20 a一遇洪水流量為8.7 m3/s。

3 防洪工程方案

3.1 堤防方案

經(jīng)現(xiàn)場勘察、調(diào)查，樂素河楊家?guī)X段全長2.7 km，左岸為陡坎、高邊坡土石、通村水泥公路，右岸局部為耕地、雜灌林、農(nóng)戶居住區(qū)，部分段為山坡坡體，右岸部分河段為采砂、采金后堆放的棄渣。依據(jù)河道左右岸現(xiàn)狀地形，兼顧水流走勢，確定樂素河段行洪寬度不小于30 m，規(guī)劃右岸改河段采用漿砌石基礎(chǔ)，混凝土框格賓格籠護(hù)岸方式，長度200 m；右岸其余段均為生物沙堤2111 m；左岸劉家壩組廣場段采用漿砌石基礎(chǔ)，長度274 m，混凝土框格賓格籠護(hù)岸方式，長度293 m；村委會廣場右岸采用漿砌石基礎(chǔ)，長度200 m；村委會廣場左岸采用漿砌石河堤護(hù)岸144 m。

堡子溝為樂素河支流，根據(jù)溝口兩岸規(guī)劃安置點(diǎn)和溝道現(xiàn)狀，并考慮到規(guī)劃的安置點(diǎn)控制高程、上下游已建公路橋建筑物高程，本著因勢利導(dǎo)，兼顧上下游、左右岸的原則，確定工程區(qū)域段河道行洪寬度L0+000～L0+040段為3 m，L0+040～L0+075段為3～5 m漸變段，L0+075～L0+205段為5 m。規(guī)劃上游起于通村公路便橋處，下游至堡子溝溝口，建漿砌石河堤409 m，為了調(diào)整溝道比降，同時考慮到美化周圍環(huán)境，溝道內(nèi)建擋水墻12座，以形成水面景觀。

3.2 堤高確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》[2]，5級堤防不允許越浪的安全加高值為0.5 m。該工程等級為Ⅴ級，不允許越浪安全加高值為0.5 m。按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中風(fēng)浪要素計算公式計算得堤前波浪平均爬高0.7 m，則堤頂超高為Y=0.7+0.5=1.2 m。實(shí)測該項目區(qū)樂素河劉家壩組文化廣場、改河段、村委會段、堡子溝溝口、坪溝溝口5處河道橫斷面及堡子溝溝道情況。選取河床綜合糙率n=0.03，由式(1)計算洪水深度。計算參數(shù)及結(jié)果見表1。

Q=(1/n)·A·R2/3·J1/2

(1)

式中：Q為流量，432.68 m3/s;A為面積，m2;R為水力半徑，m;n為糙率；J為河道比降，%。

堤頂高程等于水面高程加上堤頂超高，經(jīng)計算，項目區(qū)各處堤頂高程計算成果見表2。

表1 項目區(qū)各段洪水深度計算參數(shù)及成果表

表2 項目區(qū)各段堤頂高程計算成果表 m

堡子溝段防護(hù)堤堤身高為1.2～1.4 m。為了與上下游已建橋梁、兩岸規(guī)劃安置點(diǎn)銜接，根據(jù)現(xiàn)場勘測，河堤起點(diǎn)堤頂與堡子溝上游便橋持平，高程701.92 m，相應(yīng)堤身高度2.19 m。河堤左岸0+175、右岸0+172與堡子溝郭青公路橋橋面持平，高程695.75 m，相應(yīng)堤身高度3.09 m。

3.3 沖刷深度

根據(jù)規(guī)劃防護(hù)堤堤線及水流線形，按水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷進(jìn)行計算。根據(jù)項目區(qū)段實(shí)際現(xiàn)狀，分別對劉家壩組文化廣場段、改河段、村委會段、楊家?guī)X堡子溝段洪水沖刷由《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中沖刷深度公式進(jìn)行水力計算，計算結(jié)果見表3。

表3 洪水沖刷計算成果表

3.4 河堤穩(wěn)定分析

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，5級堤防工程抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用,kc≮1.20,非常運(yùn)用kc≮1.05；抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用k0≮1.45，非常運(yùn)用條件k0≮1.35。設(shè)計樂素河枯水期河堤的基本荷載組合有：堤防自重、填土重、靜水壓力、浮托力、土壓力。作用在堤防上的特殊荷載有：迎水坡設(shè)計水位驟降1.0 m，墻背、墻前水壓力、土壓力、浮托力、滲透力、淤砂壓力等荷載。選取堤后回填砂卵石的容重為18 kN/m3，內(nèi)摩擦角35°，水下土的飽和容重9 kN/m3，漿砌石的容重22 kN/m3，根據(jù)庫侖土壓力計算土壓力系數(shù)，基底摩擦系數(shù)砂卵石0.4，地基承載力圓礫R=250 kPa，巖石R=500 kPa，浮托系數(shù)0.7。

堤后填土與堤頂平行，按堤前有水無淤泥的條件進(jìn)行荷載組合計算，作用在墻身上的荷載主要有：側(cè)土壓力、墻自重、水壓力、基底浮托力等。楊家?guī)X村委會段左岸河堤，楊家?guī)X堡子溝河堤選取代表斷面進(jìn)行計算分析其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。計算成果見表4。

表4 河堤穩(wěn)定性計算表

經(jīng)分析計算，各段河堤斷面均滿足穩(wěn)定要求。

3.5 河堤結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1)楊家?guī)X村委會段左岸河堤采用M7.5漿砌石砌筑，堤頂及墻身表面均采用M10水泥砂漿處理，迎水面墻身坡比為1∶0.25，墻身背坡坡比1∶0.15，基礎(chǔ)迎水、背坡坡比1∶0.25。河堤總高度4.0～6.5 m，堤身高2.5～4.5 m，基礎(chǔ)深1.5～2.0 m，堤頂寬0.7 m，基礎(chǔ)寬0.92～1.85 m。

(2)楊家?guī)X堡子溝河堤基礎(chǔ)采用C20毛石混凝土澆筑，埋石率15%。河堤堤身采用M7.5漿砌石砌筑，迎水面用M10水泥砂漿勾縫，堤身迎水面坡比1∶0.25。河堤總高度3.19～4.09 m，堤身高1.39～2.29 m，基礎(chǔ)深1.8 m，堤頂寬0.6 m，基礎(chǔ)寬0.95～1.17 m。

河堤工程設(shè)計每隔15 m或斷面變化出設(shè)沉降縫一條，深度不小于25 cm，縫內(nèi)采用瀝青木板填充塞縫。河堤堤身迎水面梅花形布置滲水孔豎向間距為1.2～2.0 m，水平間距2.5 m，比降5%，堤后用卵石、園礫、粗砂分設(shè)反濾層。最低層滲水孔高出枯水面50 cm。

3.6 擋水墻結(jié)構(gòu)形式

楊家?guī)X堡子溝根據(jù)實(shí)際現(xiàn)狀，需調(diào)整溝道比降，同時通過建擋水墻使該段溝道形成水面，美化、亮化環(huán)境。設(shè)計擋水墻結(jié)構(gòu)為C20混凝土澆筑,高0.80 m,頂寬0.80 m,底寬0.95 m。下游溢流面采用片石鑲嵌混凝土內(nèi)，裝飾美化。每處擋水墻底部鋪設(shè)PVCφ100 mm排污管,排污管進(jìn)口設(shè)攔污柵，末端設(shè)檢修閘閥設(shè)施。

3.7 生物沙堤結(jié)構(gòu)形式

采用機(jī)械清理疏通河道，對規(guī)劃堤段岸坡進(jìn)行整修，削坡、機(jī)械分層碾壓，整修，根據(jù)岸坡實(shí)際現(xiàn)狀，充分利用已有砂石坡坎，設(shè)計沙堤頂寬3 m，迎水面坡比1∶2.5,背坡面為1∶2.5或與田地持平。設(shè)計在坡腳1 m以上坡面分別栽植柳樹、刺槐，豎向間距2.5 m，縱向間距3.0 m,柳樹和刺槐分片布置，其間距50.0 m，樹下坡面撒播苜蓿、三葉草等草籽，進(jìn)行生物護(hù)面。生物沙堤頂部寬度為3.0 m。

規(guī)劃在劉家壩組文化廣場段左岸和楊家?guī)X村委會段左岸分別布置下臺踏步1座，劉家壩段踏步寬度6 m, 楊家?guī)X村委會段踏步寬度2 m,采用M7.5漿砌石砌筑，踏步側(cè)墻采用自然縫,踏步采用大塊石砌筑。

3.8 混凝土框格賓格籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式

設(shè)計在劉家壩組左岸文化廣場段采用C20混凝土框格生物護(hù)岸方式，長度293 m。護(hù)基用M7.5漿砌石砌筑，深度2.0 m，護(hù)基基頂高于枯水面1.0 m，頂寬0.8 m，基礎(chǔ)頂部與坡腳部分采用C20混凝土澆筑，寬1.2 m。護(hù)岸采用C20混凝土框格，植樹種草護(hù)岸。施工時先對現(xiàn)狀岸坡進(jìn)行機(jī)械削坡、修整，分層碾壓，再對護(hù)面作砂礫墊層，澆筑C20鋼筋混凝土框格，框格寬0.2 m，厚0.3 m，水平凈間距3.1 m、豎向凈間距2.0 m?？蚋駜?nèi)覆土，厚0.3 m，其框格內(nèi)栽植柳樹、刺槐，豎向間距2.2 m，縱向間距3.2 m,柳樹和刺槐分片布置，其間距50.0 m，樹下坡面撒播苜蓿、三葉草等草籽，進(jìn)行生物護(hù)面。

對劉家壩組右岸改河段同樣采用C20混凝土框格賓格籠護(hù)岸方式，長度200 m。其結(jié)構(gòu)形式為 0+579～0+629樁段基礎(chǔ)深度為2.4 m，0+629～0+779樁段基礎(chǔ)深度為2.0 m。護(hù)基基頂高于枯水面1.0 m。頂寬0.8 m，基礎(chǔ)頂部與坡腳部分采用C20混凝土澆筑，寬1.2 m。護(hù)岸采用C20混凝土框格賓格籠片石護(hù)岸。施工時對護(hù)面作0.15 cm厚的砂礫墊層。澆筑C20鋼筋混凝土框格，框格寬0.2 m，厚0.3 m，水平凈間距3.1 m、豎向凈間距2.0 m?？蚋駜?nèi)放置賓格籠片石，賓格籠厚0.5 m，長1.0 m,寬1.0 m。

4 結(jié) 語

在分析河道防洪存在問題、洪水量級的基礎(chǔ)上，按照生態(tài)治理與工程治理相結(jié)合的方式，提出樂素河及其支流綜合治理方案。通過工程治理，以保障河道暢通、防洪安全，同時為周圍河溝兩岸綠化、美化提供必要設(shè)施，并改善了村民的生活環(huán)境，協(xié)調(diào)市政設(shè)施建設(shè)，為示范村提供良好的基礎(chǔ)條件。