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    九江市柴桑區(qū)城市防洪綜合治理工程淺析

    2020-08-03 10:11:16胡少文
    黑龍江水利科技 2020年7期
    關(guān)鍵詞:防洪堤堤頂沙河

    胡少文

    (江西省九江市柴桑區(qū)水利局,江西 九江 332100)

    1 概 述

    工程布置九江縣(2017年更名為柴桑區(qū))是鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的重要組成部分,是鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)38個重點發(fā)展縣之一。九江縣位于江西省北部,長江中游南岸。東倚廬山,南鄰星子、德安,西接瑞昌,北與湖北黃梅、安徽宿松隔江相望,中插九江市區(qū),使縣境分成東西兩部。2010年末全縣總?cè)丝跒?26237人,其中城鎮(zhèn)人口77038人,鄉(xiāng)村人口249199人。長期以來由于河道堵塞,缺乏有效的治理和維護,遇到不利的自然條件,反而造成市區(qū)洪水淹沒等災害。豐富的水資源沒有得到有效利用。

    本次設計受九江縣項目辦委托,于2012年2月對九江縣城市防洪綜合治理項目進行了可性研究階段的設計,完善九江縣城區(qū)的防洪治澇體系。

    2 水 文

    2.1 流域概況

    沙河是長江的一級支流,發(fā)源于九江市廬山仰天枰北風口頂。河源位于E115°57′,N29°32′,由東南向西北方向,經(jīng)廬山林場黃龍庵、龍溪寺、紅花嶺、馬鞍山進入沙河街,然后到達九江縣青山嘴七里湖,進入八里湖,河口位于E115°55′,N29°39′。流域地形東南高西北低,河道較順直,水流甚急,幾乎成瀑布狀,中下游地勢漸趨平坦,為低丘崗地。上游河面寬小余40m,中下游河面寬40-80m,河床較穩(wěn)定。

    2.2 氣象

    九江縣地處江西省北部,屬中亞熱帶向北亞熱帶的過渡區(qū),氣候溫濕,四季分明,雨量豐沛,光照充足。年平均氣溫11.5℃,歷史最高氣溫是32.0℃,最低氣溫是-16.8℃;年平均蒸發(fā)量944.2mm,年平均相對濕度78%,其中7月份蒸發(fā)量最大,約占全年15%左右。多年平均風速為5.0m/s,多年平均最大風速為 25.9m/s,歷年最大風速29.3m/s,風向多為ENE。多年平均降水量為1947.9mm,年最大降雨量是3034.8mm,最小降雨量是1181.7mm。年降水量分布不均,降水量年際變化也較大。年日照時數(shù)1879h,年無霜期226-297d,多年平均262d。

    3 工程任務與規(guī)模

    工程建設的目標是:通過對沙河干、支流防洪堤的興建,使九江縣縣城城區(qū)防洪標準提高到20a一遇,興建防洪堤總長2.466km;根據(jù)“導排、抽排”相結(jié)合的治理原則,沙河干流上布置3座自排涵閘,沙河支流上拆除重建1座自排涵閘等治澇體系,構(gòu)建完善的防洪治澇體系;提升生物多樣性保護水平;推進項目地社會經(jīng)濟發(fā)展;建設沙河的堤頂交通公路,保障區(qū)域交通的有序通行[1]。

    工程實施后,圩堤能防御沙河20a一遇洪水位。工程建設的主要任務是:

    1)新建長5.0km防洪堤及堤頂交通公路。

    2)對堤基薄弱段進行防滲處理。

    3)對迎流頂沖堤段進行護坡、護岸,對塌岸險段進行加固。

    4)新建(改建)4座自排控制閘。

    5)完善必要的工程管理設施。

    工程建設的規(guī)模為:新建土堤2.8km,混凝土防洪墻2.2km,預制混凝土塊護坡2.8km,草皮護坡2.8km,自排涵閘4座,堤頂混凝土交通公路(含防汛公路)5.0km。

    4 防洪工程

    4.1 防洪總體布置及防洪堤線路選擇

    1)防洪總體布置:

    本次設計根據(jù)《九江縣城市防洪綜合治理工程項目建議書》完善沙河流域九江縣城區(qū)防洪體系,興建(加固)水泥廠橋至楊家門橋段(沙河干流段樁號0+000-1+406)及新城村至沙河干、支流匯合口段(沙河支流段樁號0+000-1+006)兩岸防洪堤,以使項目區(qū)內(nèi)河道兩側(cè)免受洪澇災害,兩段防洪堤總長2.466km。

    2)堤防線路及堤距選擇:

    本工程堤線是結(jié)合本段防洪堤的地形條件和現(xiàn)有堤防位置,并根據(jù)本段防洪堤的保護范圍和主要保護對象來布置,堅決按照不縮窄現(xiàn)有河道、不抬高河床的現(xiàn)狀水位來要求進行,盡量利用原有堤防,并結(jié)合上下游、左右岸、河道要素縱橫斷面及水力、河流特性等要素,使堤線盡可能順滑,房屋拆遷少。

    水泥廠橋以下沙河沿岸基本上是城區(qū)開發(fā)建設需要自行堆積而成,基本上沒有其他防洪設施。堤頂(岸頂)高程與堤內(nèi)地面高程基本一致,防洪標準偏低。本次設計堤線布置基本上沿現(xiàn)狀岸線布置,為盡量降低施工導流的難度,堤線離現(xiàn)狀岸線向后退10-20m;在確保河床水位不被抬高的情況下,平順布置堤線。綜合考慮以上因素,水泥廠橋至楊家門橋段沙河干流及新城村至沙河干、支流匯合口段沙河支流防洪堤線布置如下:

    4.2 水面線計算

    由于天然河道橫斷面極其不規(guī)則,底坡變化大,河道具有收縮、擴散、曲流等特點,是一條非棱柱形河道,對整個河段來說是非恒定流,但對較短的河段來說,水力要素變化不大,可以近似地認為是恒定流。根據(jù)上述原理,將天然河段劃分為若干個斷面,計算該河段的水面線,選取能代表河段的特征斷面,利用斷面間水流能量守恒原理計算河道水面線[2]。

    九江縣(柴桑區(qū))城區(qū)沙河干流段水面線推求:

    1)起算斷面及相應水位的確定:

    現(xiàn)狀水面線起始斷面為楊家門橋河段,起始斷面水位根據(jù)斷面過流能力反查水位流量關(guān)系曲線來斷定,確定20a一遇水位為18.87m,10a一遇水位為18.73m。計算時以楊家門橋為起算斷面向上游按能量守恒原理推求水面線。

    河道整治后的水面線起算斷面仍以楊家門橋為起算斷面,起算斷面水位計算方法同現(xiàn)狀起算斷面水位計算方法,其水位為:20a一遇水位為18.65m,10a一遇水位為18.42m。

    2)水面線推求的方法和基本公式:

    一、論文字體要求:論文標題使用小二黑體字(加粗),作者姓名使用三號楷體字,內(nèi)容提要使用小三號楷體字,正文使用四號宋體字,作者簡介使用四號楷體字。

    水面計算的公式為:

    (1)

    3)水面線成果的合理性分析:

    從現(xiàn)狀水面線成果來看,計算楊家門橋段二十年一遇斷面水深h=4.81m與《九江市八里湖蛟灘水利綜合治理工程》(九江市水利電力規(guī)劃設計院)中計算的同斷面水深相近(h=4.39m),這說明現(xiàn)狀水面線成果是合理的。設計水面線根據(jù)堤線的布置并結(jié)合河道的清障,河道水面較有下降,說明整治后的水面線成果是合理的,也反映了堤線的布置是合理的,河道整治是有效的。

    4.3 土堤

    1)堤頂高程計算:

    根據(jù)《防洪標準》GB50201-94、《堤防工程設計規(guī)范》GB50286-98的規(guī)定,按設計洪水加超高堤頂高程確定,其計算公式為:

    Z=Zp5%+Y
    Y=R+e+A

    (2)

    沙河干流堤堤頂超高及沙河支流防洪墻墻頂高程計算成果詳見表1。經(jīng)計算,沙河干流堤超高為0.99m,沙河支流防洪墻超高為0.91m,參照相關(guān)工程經(jīng)驗,堤頂超高取1.0m。

    表1 堤頂高程計算成果表

    2)堤身抗滑穩(wěn)定計算分析:

    結(jié)合工程實際情況,根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-98)要求,進行了正常情況下土堤的抗滑穩(wěn)定計算。計算內(nèi)容為:設計洪水位下穩(wěn)定滲流期背水側(cè)穩(wěn)定和設計洪水位下降至枯水位時臨水側(cè)岸坡穩(wěn)定。

    根據(jù)地質(zhì)條件、堤身土質(zhì)和堤防斷面,選取典型斷面,比如:提身高度大、地質(zhì)條件差的壩段(堤基為泥質(zhì)軟土層或粉質(zhì)細砂)進行分析計算。計算斷面內(nèi)各土層的物理力學參數(shù),并根據(jù)地質(zhì)報告提供的結(jié)果選取。

    采用剛體極限平衡法作為計算方法,按均質(zhì)土堤簡化計算,計算程序采用陜西省水電勘測設計院改編的《壩坡穩(wěn)定分析程序(STAB)》。浸潤線采用北京理正研究院《平面穩(wěn)定滲流計算程序》滲流計算成果。計算成果見下表2,通過計算結(jié)果可以說明,堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定的允許安全系數(shù),滿足抗滑穩(wěn)定的要求。

    表2 堤坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

    4.4 護坡

    1)護坡厚度計算

    護坡厚度應根據(jù)混凝土塊在波浪壓力和浮力作用下的整體穩(wěn)定性要求確定,按《水工設計手冊》式(18-10-21)計算:

    (3)

    式中:t為混凝土護坡厚度,m;k為安全系數(shù),本圩為4級堤防,取k=1.15。2h為設計波高,m,取H1%。根據(jù)平均波高,按《堤防工程設計規(guī)范》(GB50286-98)表C.1.3-1計算。γc代表混凝土的容重,取2.4t/m3。γω為水的容重,取1.0t/m3。b為沿堤坡向板長,m,預制混凝土護坡為b=0.52m;α代表堤坡與水平線的夾角,m=2.0,α=26.57°。

    護坡厚度計算結(jié)果見表3。根據(jù)計算結(jié)果,設計混凝土預制塊護坡厚度采用10cm。

    表3 混凝土護坡厚度計算成果表

    4.5 防洪墻設計

    4.5.1 防洪墻布置

    衡重式混凝土防洪墻主要布置在沙河支流樁號0+000-0+861,地面高程20.20-16.0,底板持力層為黏土,地質(zhì)條件較好。防洪墻底寬1.36-1.68m,墻高4.19-5.43m,頂寬0.5m,墻后填土高程23.89-21.70m。

    4.5.2 設計計算

    1)結(jié)構(gòu)布置:

    防洪墻頂高程采用設計洪水位加超高1.0m。墻高3.2-6.76m,采用C20衡重式擋土墻,墻底設100mmC15混凝土墊層,墻體每10m設一沉降縫。根據(jù)道路規(guī)劃和抗滑穩(wěn)定要求,墻后結(jié)合城市道路建設布置15.0m寬城市道路,兼作日常管理和防汛搶險等交通道路。

    2)防洪墻穩(wěn)定應力計算:

    防洪墻的穩(wěn)定應力分析考慮汛期設計洪水位及枯水期墻前無水兩種情況,根據(jù)墻體自重、水壓、波浪壓力、土壓力、土重和揚壓力等荷載的不同組合,分析了墻體抗滑和傾斜的穩(wěn)定性,并計算了地基的承載力。防洪墻穩(wěn)定應力成果滿足規(guī)范要求,見表4。

    表4 防洪墻穩(wěn)定應力計算成果表

    5 結(jié) 論

    本工程為防洪工程,為促進地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮重要作用。通過收集基礎資料和本階段工程設計論證、技術(shù)經(jīng)濟分析,基本查明了圩區(qū)工程地質(zhì)條件,進行了主要堤防線路和堤防類型比較,基本查明了防洪排澇的主要技術(shù)問題,工程項目基本確定,技術(shù)上可行。經(jīng)分析,在環(huán)境方面不存在制約工程實施的影響,有利于改善區(qū)域環(huán)境條件。具有較好的經(jīng)濟效益,為公益性的水利工程,具有較好的社會效益。

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