淺析北票市黑城子河綜合治理工程設計要點

孫宏偉

(北票市凌河保護區(qū)管理局，遼寧 北票 122100)

1 工程概況

黑城子河屬于牤牛河一級支流，為大凌河二級支流，全流域面積954km2，河道全長為65km；北票境內(nèi)流域面積417km2，河道長度為29.9km，比降為4.09‰。黑城子河發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)敖漢旗貝子府鎮(zhèn)王家營子村，流經(jīng)北塔鎮(zhèn)五個行政村(房申村、翟家營村、勿蘇吐嚕村、白塔子村、牛家店村)、黑城子鎮(zhèn)兩個行政村(哈爾腦村、上堿洼子村)、臺吉營鄉(xiāng)三個行政村(生金村、臺吉營村、四合城村)，于北票市興順德農(nóng)場二分場注入牤牛河。

本次工程主要解決現(xiàn)有防沖問題，穩(wěn)固現(xiàn)狀岸坎、提高河道沿岸抗沖能力，改善河道生態(tài)環(huán)境，重點保障人民生命財產(chǎn)安全，推動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

2 項目區(qū)存在的主要問題

黑城子河屬山區(qū)型河流，河道比降較大，兩岸多高山、陡坡，河段暴雨匯流時間較短，洪水來勢較急。項目區(qū)河道內(nèi)淤積、殘土及雜物等較多，部分雜物堆積在河道內(nèi)逐年增加，侵占河道，導致河道縮窄，形成河道行洪瓶頸，影響汛期河道行洪能力。部分河道兩岸灘地表層種植土層嚴重流失，河灘裸露，植被較少，生態(tài)環(huán)境得不到自身的修復和改善，導致土地沙化。

河兩岸現(xiàn)有護岸工程修建年代普遍較為久遠，且部分為當?shù)鼐用褡园l(fā)修建，限于資金及工程技術等諸多原因，工程質(zhì)量得不到保證，一旦洪水來臨，岸坎大幅度后退，岸上耕地、園地等被淹毀，嚴重威脅沿岸農(nóng)田、村莊及人民的生命財產(chǎn)安全。

3 工程布置

本次治理主要針對民眾聚居區(qū)、產(chǎn)值較大的工廠、耕地及河道凹岸和險段等進行護岸工程布置。通過實施疏浚工程來增大局部段河道的過流能力、穩(wěn)定河道形態(tài)。本次治理總長度為7.7km。主要建設內(nèi)容為疏浚河道1507m、新建護岸(兩岸總長)7200m、新建生態(tài)工程(兩岸總長)2287m、新建丁壩19座。

本工程干流治理段護岸設計標準為10年一遇(P=10%)，護岸工程等別為Ⅴ等，建筑物級別為5級。項目區(qū)河道兩岸多為耕地和經(jīng)濟作物，對采取護岸措施的兩岸岸坎按照10年一遇洪水標準進行沖刷計算及結構穩(wěn)定計算，不考慮加高河道岸坎。

本次治理河段長7.7km，主要建設內(nèi)容：對河道28+393～29+900段實施疏浚工程，疏浚長度1507m；沿河道左岸Z23+100～Z26+350、Z27+600～Z28+130段及河道右岸Y23+085～Y24+840、Y25+015～Y25+420、Y26+230～Y26+925、Y29+800～Y30+365段新建石籠護岸，護岸總長7200m；沿河道左岸Z23+100～Z24+290、Z25+850～Z26+300段及河道右岸Y24+383～Y24+650、Y25+600～Y25+980段新建生態(tài)工程，生態(tài)工程總長2287m；河道左岸Z24+814～Z25+050段修建11座丁壩，河道右岸Y25+065～Y25+210段修建8座丁壩，共新建丁壩19座。

4 工程設計

4.1 清淤疏浚設計

縱段上，通過對各斷面河底高程進行小幅度的削高填低，平順銜接上下游河底；橫斷上，對河道中心按照1∶5的坡度疏浚至設計河底高程。清淤疏?？傞L度1047m，寬度為6～10m、設計比降為21‰、平均深度為0.81m。

4.2 護岸設計

4.2.1 沖刷計算

護岸的沖刷深度計算采用《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286—2013)附錄D中平順護腳沖刷深度的計算公式。由計算結果可知，河道沖刷深介于1.01～1.45m之間，根據(jù)《中國生態(tài)格網(wǎng)結構技術規(guī)程》(CECS 353—2013)6.1.4規(guī)定，護坦長度宜為沖刷深度的1.5～2.0倍，為便于施工，本工程石籠護岸護坦長度統(tǒng)一取3.0m。

4.2.2 護岸工程設計

護岸總高1.5m、地面以上高1m，護腳石籠網(wǎng)箱尺寸為2.0m×1.5m×1.5m，單體網(wǎng)箱中間設一道隔片，隔片尺寸1.5m×1.5m；水平護坦尺寸為3.0m×0.5m(結構型式見圖1)。

圖1 直立式石籠護岸典型斷面 (單位：mm)

4.2.3 塊石粒徑計算

根據(jù)《中國生態(tài)格網(wǎng)結構技術規(guī)程》(CECS 353—2013)7.2.1規(guī)定的公式計算，填石粒徑的范圍

在0.17～0.18m之間，為便于統(tǒng)一施工標準，石籠網(wǎng)箱中填石中值粒徑取0.2m。

4.2.4 石籠網(wǎng)箱規(guī)格要求

本次設計中直立式石籠防護結構單個網(wǎng)箱尺寸為2.0m×1.5m×1.5m，單體網(wǎng)箱中間設一道隔片，隔片尺寸為1.5m×1.5m。網(wǎng)箱邊絲直徑3.2mm、網(wǎng)絲直徑2.7mm，網(wǎng)箱與網(wǎng)箱之間采用直徑2.7mm的絲線鉸接，絲線外覆PVC保護膜厚度0.4～0.6mm，格賓石籠網(wǎng)眼尺寸為100mm×120mm。

4.2.5 邊坡穩(wěn)定計算

依據(jù)《河道整治設計規(guī)范》(GB 50707—2011)有關規(guī)定，坡式護岸工程的穩(wěn)定計算應包括整體穩(wěn)定和邊坡內(nèi)部穩(wěn)定計算。計算采用《北京理正巖土計算軟件6.0》的邊坡穩(wěn)定分析模塊，選取設計洪水位驟降期的臨水側邊坡工況進行計算。計算結果表明，一次開挖高度不大于3.5m的邊坡，開挖時放坡高寬比取1∶1.5可滿足穩(wěn)定要求。

4.3 生態(tài)工程設計

在河道迎水坡坡腳處種植垂柳及棉槐，形成生態(tài)護腳。生態(tài)護腳采用喬灌結合的方式進行構建。其中，喬木采用垂柳，沿河道按梅花形種植兩行，株距3m、行距3m、胸徑大于4cm。垂柳須帶土球，土球直徑50cm，挖坑深度50cm、直徑70cm。灌木采用棉槐，在迎水坡坡腳3m范圍內(nèi)覆蓋30cm厚種植土以栽種棉槐，棉槐種植間距0.5m、3株/簇、簇高40cm。

4.4 丁壩工程設計

4.4.1 丁壩建設標準

本項目區(qū)河段凹岸位置近年頻繁成險，為了穩(wěn)定河勢，保護村莊的安全，本次設計采用丁壩的型式對河道凹岸進行防護。丁壩按10年一遇洪水標準進行結構穩(wěn)定計算，根據(jù)實際地形確定防護范圍(丁壩間距計算參數(shù)及結果見表1)。

表1 丁壩特性

4.4.2 丁壩軸線間距計算

計算采用《給水排水設計手冊》中丁壩計算公式：

L=lpcosθ+lpsinθctg(φ+Δα)

式中L——丁壩間距,m；

lp——丁壩有效長度,m；

l——丁壩實際長度,m；

Δα——水流擴散角，一般采用9.5°；

θ——丁壩與岸線間的夾角,(°)；

φ——水流動力軸線與岸線間的夾角,(°)。

4.4.3 局部沖刷深度計算

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286—2013)計算局部沖刷深度，考慮到河道寬闊，對同一個斷面分左、右岸計算沖刷深度(計算結果見表2)。

表2 河道沖刷深度計算結果

4.4.4 丁壩結構設計

新建19座丁壩均為下挑丁壩，壩軸線長度20m，其底部埋設0.5m厚墊底石籠，墊底石籠長21m、寬12m，墊底石籠單體網(wǎng)箱規(guī)格為3.0m×2.0m×0.5m。丁壩壩體呈矩形，壩體頂寬2m、底寬4m、壩體石籠網(wǎng)箱規(guī)格為2.0m×2.0m×0.5m(見圖2)。

圖2 丁壩剖面 (單位：mm)

5 結 論

黑城子河綜合治理工程，主要解決現(xiàn)有防沖問題，穩(wěn)固現(xiàn)狀岸坎、提高河道沿岸抗沖能力，改善河道生態(tài)環(huán)境，重點保障人民生命財產(chǎn)安全，推動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。

河道綜合整治工程設計要點：保護沿河村莊及耕地，根據(jù)洪水成險特點及需要保護對象的范圍進行工程布置；按照因勢利導原則，以現(xiàn)有河勢為治理規(guī)劃的依據(jù)，以穩(wěn)定和控制現(xiàn)有河勢為工程布置及結構設計的重要指導方向；河道整治建筑物應合理布置，在保證自身安全的前提下，穩(wěn)定河勢，有效順導水流。