湟水流域西寧段防洪治理工程設(shè)計(jì)方案研究

白 璐

（青海省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,青海 西寧 810000）

0 引言

河道治理是為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要，按照河道演變規(guī)律，穩(wěn)定和改善河勢(shì)，改善河道邊界條件、水流流態(tài)和生態(tài)環(huán)境的治理活動(dòng)[1]。目前，治理手段以工程措施為主，包括堤防工程、護(hù)岸工程、控導(dǎo)工程、疏浚爆破工程等，最終目的是穩(wěn)定河床，調(diào)整不利河勢(shì)，保證防洪安全。為提高西寧市湟水流域整體防洪能力，保護(hù)基本農(nóng)田，保障糧油安全，改善城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)境，決定實(shí)施防洪工程提高治理河段的防洪能力，使治理河段達(dá)到國(guó)家規(guī)定的防洪標(biāo)準(zhǔn)，顯著減少洪災(zāi)損失，減輕洪水對(duì)流域城鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施的威脅。

1 流域現(xiàn)狀

湟水流域是黃河上游的一級(jí)支流，主要由湟水干流和其支流大通河組成。湟水干流發(fā)源于青海省海晏縣境內(nèi)的祁連山系大坂山南坡，自西北流向東南，干流全長(zhǎng)374 km，流域面積32863 km2。

目前，湟水流域主要存在防洪工程不健全，河道兩岸水流沖刷引起嚴(yán)重塌岸損失及河道行洪通道不暢等問(wèn)題。湟水流域西寧段屬于山區(qū)彎曲性河流，為防止洪水造成的洪災(zāi)損失，沿河道布置堤防工程，擬河道治理范圍為左岸18+470～24+375 段。

2 防洪工程設(shè)計(jì)

2.1 工程等別和建筑物級(jí)別

湟水西寧市段河防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇，主要建筑物級(jí)別為2 級(jí)，臨時(shí)建筑物級(jí)別為5 級(jí)，項(xiàng)目區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，地震設(shè)計(jì)烈度為Ⅶ度。

2.2 工程總體布置

本次治理河道左岸18+470～24+375 段：河段平均比降5.6‰，河道呈s形分布。因河道位于西寧市城市區(qū)，洪水標(biāo)準(zhǔn)采用50 年一遇。為防止水流對(duì)河岸的洪水破壞，保護(hù)沿岸鐵路、公路及工礦企業(yè)等，采用工程措施進(jìn)行防護(hù)。新建堤防總長(zhǎng)5.211 km，河道左岸修建防汛道路總長(zhǎng)5.484 km，修建退水涵管6 座。

2.3 堤防設(shè)計(jì)

2.3.1 堤防型式

（1）邊坡

根據(jù)河道地形情況，堤防采用坡式護(hù)岸形式，護(hù)岸邊坡參考省內(nèi)同類(lèi)已建工程，邊坡坡比為1∶2。

（2）堤頂寬度

河堤堤頂外側(cè)設(shè)置壓頂混凝土和防汛道路。壓頂混凝土寬為1.0 m，厚為0.45 m，按每6m設(shè)一道伸縮縫。防汛道路寬度3.0 m，作為以后堤防檢修、防汛通道，采用透水混凝土路面，厚度15 cm。

（3）設(shè)計(jì)水深及流速

工程治理段設(shè)計(jì)縱坡根據(jù)實(shí)際地形確定，防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，根據(jù)推算的水面線得出設(shè)計(jì)水深為1.86 m～4.31 m，設(shè)計(jì)洪水平均流速為3.76 m/s。

（4）河堤斷面

采用斜坡式堤防，堤防由基礎(chǔ)開(kāi)挖砂礫石回填，邊坡比為1∶2，堤頂設(shè)3 m的防汛道路。堤防高度為3.8 m～6.3 m，基礎(chǔ)埋深為2 m～2.5 m。

2.3.2 筑堤標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)河道工程地質(zhì)條件和土料條件，河堤建基面為河床沖積砂礫石層，河堤填筑可直接利用河道開(kāi)挖砂礫石料。規(guī)范要求確定2 級(jí)堤防填筑標(biāo)準(zhǔn)為：相對(duì)密度不小于0.65，設(shè)計(jì)干容重均不低于2.1 t/m3。

2.4 護(hù)坡設(shè)計(jì)

護(hù)坡工程的基本原理是防護(hù)材料的抗沖能力和水流的沖刷能力的對(duì)比，當(dāng)防護(hù)材料的抗沖流速大于水流的沖刷流速時(shí)，防護(hù)材料可視為穩(wěn)定的防護(hù)體，不會(huì)在水流的沖刷下發(fā)生位移，從而起到抑制沖刷的發(fā)生，保護(hù)基礎(chǔ)層的穩(wěn)定，達(dá)到維持堤岸的穩(wěn)定的最終目的。

湟水在洪水期間流速較大，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50 年一遇時(shí)流速在2.34 m/s～4.09 m/s之間，因此不宜采用干砌石護(hù)坡；漿砌石堤防屬于硬性材料，適應(yīng)地基變形能力差，造成沖刷破壞后不易補(bǔ)救，且建成后視覺(jué)效果較差，不宜采用；鉛絲石籠易銹蝕，對(duì)工程的長(zhǎng)久運(yùn)行不利，不予考慮。合金鋼絲石籠具有格賓石籠的優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格方面相比格賓石籠較為便宜，合金鋼絲石籠具有岸坡穩(wěn)定性及抗沖性能好，柔韌性、透水性、整體性好，施工較為便利的優(yōu)點(diǎn)。所以護(hù)腳、護(hù)坡均采用高鍍高爾凡（5%鋁鋅-混合稀土）合金鋼絲。

合金鋼絲石籠護(hù)坡坡比1∶2，護(hù)坡厚度0.3 m，填筑塊石料規(guī)格為＞90 mm，見(jiàn)圖1 和表1。合金鋼絲網(wǎng)墊與土體之間設(shè)一層20 cm厚的砂礫石墊層。根據(jù)地質(zhì)資料，河床砂卵礫石層級(jí)配良好，因此砂礫石墊層按就近原則，由施工單位從開(kāi)挖的土石方中篩分取得，篩除大于15 cm的石塊。

圖1 合金鋼絲石籠示意圖

表1 堤防斷面結(jié)構(gòu)型式比選表

2.5 護(hù)腳設(shè)計(jì)

堤防工程所在的河段河床多為砂礫石，易被水沖刷，在堤防底部形成沖坑，為保護(hù)堤防安全，防止沖坑擴(kuò)大，在護(hù)坡前根據(jù)沖刷深度設(shè)置護(hù)腳。

設(shè)計(jì)選用漿砌石護(hù)腳和合金鋼絲石籠護(hù)腳進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖2 和圖3。選取1 km作為控制長(zhǎng)度進(jìn)行方案比較：砼預(yù)制板方案單公里投資265 萬(wàn)元，合金鋼絲石籠方案單公里投資224 萬(wàn)元，兩方案投資相差41 萬(wàn)元，區(qū)別不大。從技術(shù)可行性和適用性上看，兩方案均通過(guò)已建工程的實(shí)踐，技術(shù)上均可行，均為適用方案，但合金鋼絲石籠充分發(fā)揮了其透水性好的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)水與土體的自然交換，有利于植被生長(zhǎng)，為保護(hù)和改善水質(zhì)，綠化、美化環(huán)境創(chuàng)造條件，是一種較理想的“生態(tài)護(hù)岸”型式。石籠方案培土植草有利于人和自然和諧相處及人水和諧的良好生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，居民也較易接受，且投資相對(duì)砼方案要省，因此工程推薦使用合金鋼絲石籠護(hù)岸方案。

圖2 混凝土預(yù)制板護(hù)坡+漿砌石重力墻護(hù)腳方案

圖3 合金鋼絲石籠護(hù)坡+合金鋼絲石籠護(hù)腳方案

2.6 退水涵管

鑒于工程堤防頂高程高于當(dāng)?shù)氐孛娓叱蹋瑸榕懦乇硭?，需要設(shè)置一定數(shù)量的退水涵管。根據(jù)河道實(shí)際情況，共布設(shè)涵管6 座。退水涵管由進(jìn)口段、涵管段、出口段組成。進(jìn)口段與原有的灌溉排水渠連接，進(jìn)口前緣設(shè)有一道齒墻，進(jìn)水渠底板厚30 cm，凈高80 cm，采用砼結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度根據(jù)地形確定，約為5 m～8 m。涵管采用φ500 mm砼預(yù)制管，縱坡1∶100，長(zhǎng)度根據(jù)堤防高度和斜坡確定，為10 m，涵管和進(jìn)口段底部砂礫石基礎(chǔ)進(jìn)行夯實(shí)處理，相對(duì)密度不小于0.65。涵管出口高程高于所在河段河床高程0.5 m～1.0 m，涵管與河道堤防銜接部位采用C20 砼填充。退水涵管標(biāo)準(zhǔn)斷面見(jiàn)圖4。

2.7 防汛道路

作為輔助設(shè)施的防汛道路，利用場(chǎng)內(nèi)已建好的縣級(jí)、鄉(xiāng)級(jí)道路、臨時(shí)施工道路等有利地形布設(shè)沿河道整治段外側(cè)布置，新建防汛道路5.484 km。

圖4 退水涵管標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

防汛道路布置在堤防工程的頂部，堤防頂寬4.0 m，其中3 m為防汛道路。防汛道路均采用透水混凝土路面，厚度15 cm，道路兩側(cè)設(shè)有砼路緣石，路緣石單塊高度0.45 m，長(zhǎng)度0.5 m，厚14 cm。為確保汛期防洪搶險(xiǎn)物資從場(chǎng)外到場(chǎng)內(nèi)的正常運(yùn)輸，沿線每隔500 m設(shè)置一處錯(cuò)車(chē)道。

2.8 工程主要建設(shè)內(nèi)容及工程量

根據(jù)上述確定的工程布置方案及堤防結(jié)構(gòu)形式，工程主要建設(shè)內(nèi)容為：護(hù)坡、護(hù)腳及防汛道路等，主要工程量見(jiàn)表2。

表2 湟水西寧段主要工程量表

3 結(jié)語(yǔ)

河道防洪治理的核心思想是綜合采取工程措施解決河道過(guò)流能力、河床沖刷和岸破穩(wěn)定問(wèn)題。湟水流域西寧段在防洪治理過(guò)程中，嚴(yán)格遵循盡可能利用穩(wěn)定河岸，減少工程規(guī)模，降低工程投資，同時(shí)考慮與上下游已建段、跨河建筑物的順利銜接的原則，結(jié)合湟水河道河床比降大，水流湍急，洪水以暴雨形成，陡漲陡落，峰高量大，歷時(shí)短的特點(diǎn)綜合布置了堤防工程、護(hù)岸工程與退水涵管及輔助設(shè)施，完善流域綜合防洪治理體系，達(dá)到了既定防洪保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。