桐城市柏年河云水段防洪工程設計及分析

陳金武

（安徽省桐城市大沙河管理委員會辦公室，安徽 桐城 231400）

柏年河云水段防洪的突出問題是河道的泄洪能力與上游暴雨形成的洪水不相適應。柏年河大橋上游0.65 km堤防堤頂高程不足，局部低于設計洪水位，局部漫頂；河道河槽偏右，堤腳臨河槽，大部分堤段無灘地，岸坡沖刷，河床下降引起崩岸逐年加劇；聶祠閘圬工結構，不能安全運行等，致使洪災成為是當?shù)厝嗣竦男母怪?，給沿河人民帶來非常重大的損失。基于上述情況，本文針對云水段的防洪工程進行合理設計和分析。

1 河流概況

柏年河云水段位于柏年河右岸新渡鎮(zhèn)境內，起點為新渡鎮(zhèn)與青草鎮(zhèn)交界處（樁號12+270，三灣河口對岸下），終點至柏年河大橋（樁號17+200），河道總長4.93 km。

2 主要建設內容

云水段堤防河道綜合治理長度4.93 km，受桐城市水利局委托，編制了《安徽省桐城市柏年河云水段防洪工程初步設計》。

（1）堤防加培工程柏年河大橋上游樁號16+550～17+200張圩段0.65 km堤防迎水坡加高、加培。

（2）護岸工程：新建護岸總長1.98 km，新建護岸堤段為：1.程涵段（12+270～12+850）0.58 km；2.鐵路橋上段(12+850～13+650)0.8 km；3.聶祠段（15+650～16+250）0.6 km。

（3）聶祠閘移建。

（4）支流橫河堵口復堤工程支流橫河堵口復堤7處，總長0.49 km。

3 主要設計方案

3.1 堤防加固設計

柏年河云水段防洪工程順河流堤防迎水坡側布置，外為灘地或河床，內為農田、村莊。本次工程為加固工程，堤線仍維持現(xiàn)有堤線。

（1）堤防現(xiàn)狀滲流分析計算

堤防各土層滲流計算參數(shù)統(tǒng)計表見表1。

表1 滲流計算參數(shù)

根據《水工計算手冊》無黏性土流土和管涌的臨界水力比降計算方法。

1）流土型：

式中：Jcr表示土的臨界水力比降；Gs土粒比重；n表示土的孔隙率，%。

2）管涌型或過渡型：

式中：d5、d20表示占總土質量的5%、20%的土粒粒徑，mm。

土的允許比降等于土的臨界水力比降除以一定的安全系數(shù)（1.5～2.0），流土型安全系數(shù)取2.0；管涌型安全系數(shù)取1.5。

工程選取弱透水層較薄且表層覆蓋層厚度較小、擋水高度較大的堤防斷面進行滲流復核計算。采用河海大學工程力學研究所編制的滲流及抗滑穩(wěn)定分析程序《AUTOBANK-4.1》，選取20年一遇設計洪水位為堤防外水位，計算結果見表2。

表2 堤防滲流穩(wěn)定計算成果表

（2）計算結果分析

計算結果表明：兩個斷面下臥粉質粘土層厚，上覆砂層也較厚；另該兩段堤身為砂堤，砂層向下延伸，堤身出逸點低。

當?shù)毯筮吰聻?∶2.0時，J=0.447，大于填土允許出逸比降（J允許=0.30）。2011年大沙河災后重建工程總體設計時對背水坡滲流未設措施，多年運行未發(fā)生堤身滲漏險情。考慮堤身斷面大，山洪洪水過程快，且堤背坡竹林、雜樹根系密布，防止?jié)B流沖刷，可以進一步提高堤身填土的允許出逸比降，因此本次設計堤防背水坡維持現(xiàn)狀。

3.2 護岸設計

2011年已建程涵段堤腳護岸方案為：松木樁、拋石固腳；聶祠閘上段0.62 km護岸方案為：下部松木樁、擋墻固腳+上部砼預制塊護坡。通過5年運行情況，特別經歷2016年大水考驗，整體上運行良好。但局部固腳擋墻因砂漿脫落、整體性變差導致水毀；上部預制塊護坡局部出現(xiàn)變形，經現(xiàn)場查勘、分析預制塊護坡出現(xiàn)變形原因主要為堤身為砂，洪水沖刷少量堤身砂從預制塊縫內流出。

2011年已建程涵段護岸采用松木樁、拋石固腳，該段沖刷有向上、下游發(fā)展趨勢，因此本次繼續(xù)向上、下游補拋，方案仍采用松木樁、拋石固腳。其余2段新建護岸型式同2011年災后重建工程聶祠閘上段護岸型式，即松木樁、擋墻固腳+預制鎖塊護坡。松木樁長2.0 m，間距0.6 m梅花型布置，保證樁深入地基砂卵石層。程涵段拋石頂高于施工期水位0.5 m，初定19.5 m。固腳擋墻采用C15砌石砼結構，墻高2.0 m，底板為C25鋼筋砼結構、厚0.5 m，兼做松木樁承臺；擋墻埋深不小于1.5 m，擋墻下部設0.2 m厚碎石墊層。預制鎖塊護坡頂平灘地高程，即鐵路橋上段23.0 m、聶祠閘下段20.0 m。

3.3 聶祠閘移建設計

聶祠閘位于樁號15+545，為進水閘，因河床下降，現(xiàn)狀不能自流進水，主要靠臨時泵站抽水通過涵洞入圩內渠道?，F(xiàn)狀為φ0.5 m砼圓涵，閘底板工程18.9 m，涵洞總長34.0 m，進口設鑄鐵閘門陪啟閉機控制。該閘運行年久，涵身接觸滲漏，危及堤防安全。堤頂背水坡側距涵洞軸線11 m有民房，原址拆建涉及拆遷，工作難度大且費用較高；規(guī)劃G206國道改線公路橋橋址位于聶祠閘上樁號Y 15+545～Y 15+650段。因此本次工程封堵老涵，并在下游樁號15+920處新建聶祠閘。

4 工程建成后效益分析

工程實施后，有效地降低了治理河段的洪澇災害損失，對保障防洪保護區(qū)內人民生命和財產安全，維持正常生產、生活環(huán)境，穩(wěn)定社會秩序，促進人民安居樂業(yè)及社會經濟可持續(xù)發(fā)展將起到重大作用。

根據本工程防洪保護范圍內的社會經濟狀況，結合歷年洪災損失情況，并參臨近類似工程防洪效益[1]，初步擬定本工程多年平均防洪效益250萬元。經計算，工程經濟內部收益率為12.03%，大于8%的社會折現(xiàn)率，經濟效益費用比為1.29，大于1.0，經濟凈現(xiàn)值為508.7萬元，大于0，指標滿足規(guī)定要求。

5 結論和思考

（1）超前謀劃，積極做好項目前期規(guī)劃工作

柏年河云水段防洪工程項目規(guī)劃在2016年6月完成編制任務，并經省水利廳批復。認真謀劃項目，提前啟動前期工作，做好項目儲備，為項目及時開工建設提供了保證[2]。

（2）工程施工招標不再進行標前審計，縮短招標周期

水利工程施工受季節(jié)影響較大，由于標前審計耗時長，極易錯過最佳施工期[3]。經報市政府研究同意，自2016年起，桐城市水利工程項目招標不再進行標前審計，初設批復后即可進行施工招標。云水段防洪工程是首個未走標前審計程序的水利項目，為工程施工贏得了寶貴時間。

（3）吸收鄉(xiāng)鎮(zhèn)參與工程建設管理

鑒于當前施工環(huán)境普遍較差以及水利項目多、管理力量弱的現(xiàn)狀，桐城市吸收項目所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)參與工程建設管理，以利于工程建設外部環(huán)境協(xié)調和工程質量的控制。