某河道防洪工程設(shè)計(jì)研究

魏 雄

(塔里木河流域巴音郭楞管理局孔雀河下游管理站，新疆 尉犁 841500)

1 引言

河道防洪工程建設(shè)對(duì)于城市發(fā)展、生態(tài)環(huán)境構(gòu)建具有十分重要的意義[1-2]?？捎行Ц纳瞥鞘蟹篮闃?biāo)準(zhǔn)低下的現(xiàn)狀，同時(shí)，結(jié)合生態(tài)景觀打造工程可為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝己玫纳钚蓓h(huán)境[3-4]。目前，防洪工程通常采用防洪堤型式加以治理，合理選擇堤型可在一定程度上節(jié)約工程投資并有利于河道防洪安全[5-6]。結(jié)合某河道防洪整治工程，對(duì)河道防洪工程設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

工程涉及河道治理長(zhǎng)度2.55 km(河中心算起)，共建設(shè)堤防4.53 km，其中左岸2.58 km，對(duì)應(yīng)河道中心樁號(hào)為9+518～12+069；右岸1.95 km，對(duì)應(yīng)樁號(hào)為10+070～12+069。

2 工程選址方案比選

本次工程防洪堤布置在左岸；根據(jù)工程區(qū)所在位置，有兩種堤線布置方式。

方案一，對(duì)局部區(qū)域裁彎取直：考慮到本次工程建設(shè)長(zhǎng)度較短，裁彎取直選擇余地較少；裁彎取直不可避免將要擠占現(xiàn)有河道，在束窄河道的同時(shí)將改變現(xiàn)有的水流形態(tài)，給建設(shè)工程的后期運(yùn)行帶來(lái)很大壓力；裁彎取直河道給工程的施工建設(shè)帶來(lái)很大壓力，圍堰的填筑，施工排水都將很困難。

方案二，沿原有河岸布置：沿原有河岸布置可以利用現(xiàn)有河岸，減少工程新的占地，保持原有水流形態(tài)，工程的建設(shè)依岸而建，工程的建設(shè)難度將減少不少。

綜合考慮，采用方案二，沿原有河岸布置堤防線。

3 防洪工程設(shè)計(jì)

3.1 穩(wěn)定河寬計(jì)算

工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，其相應(yīng)洪峰流量為542 m3/s；河床穩(wěn)定寬度計(jì)算如下：

B=AQ0.5/J0.2

(1)

式中：B直線整治河道水面寬度；A河道斷面特征參數(shù)，取1.0；Q造床流量，m3/s；I河床穩(wěn)定坡度。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 穩(wěn)定河寬計(jì)算結(jié)果

3.2 堤型比選

結(jié)合地區(qū)多年城市防洪經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)采用如下三種防護(hù)型式進(jìn)行比較：砼護(hù)坡、漿砌石重力式墻和揚(yáng)斜式重力式墻。取樁號(hào)10+070處斷面做為典型斷面進(jìn)行方案比較。

(1)方案一，砼護(hù)坡

砼護(hù)坡方案：迎水面設(shè)計(jì)邊坡為1∶2，采用C20F200砼護(hù)坡，護(hù)坡厚度為20 cm，下部設(shè)30 cm砂礫石墊層；通過(guò)河床沖刷深度計(jì)算，基礎(chǔ)埋置深度均為1.5 m，見(jiàn)圖1。

圖1 砼護(hù)坡橫斷面圖

(2)方案二，重力式墻方案

重力式墻方案：重力式墻采用漿砌石砌筑，頂寬0.5 m，引水面豎直，墻后邊坡1∶0.3，墻前后址寬均為1.0 m，厚1.0 m；墻前后開(kāi)挖邊坡均為1∶1，開(kāi)挖后采用原狀土回填，見(jiàn)圖2。

圖2 漿砌石護(hù)坡方案橫斷面圖

(3)方案三，揚(yáng)斜式墻方案,

揚(yáng)斜式墻方案：迎水面設(shè)計(jì)邊坡為1∶1.5，上下等寬，墻后40 cm；采用漿砌石砌筑；基礎(chǔ)埋深1.5 m。通過(guò)河床沖刷深度計(jì)算，基礎(chǔ)埋置深度均為1.5 m?；A(chǔ)設(shè)80 m厚，200 cm寬格賓石籠護(hù)底，見(jiàn)圖3。

圖3 揚(yáng)斜式墻方案橫斷面圖

三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)及單千米投資見(jiàn)表2。

表2 方案比選表

通過(guò)對(duì)上述三個(gè)方案技術(shù)比較，選擇方案三，雖然一次性投資較大，但符合景區(qū)長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，符合因地制宜、綠色生態(tài)的治理理念。

3.3 堤防橫斷面設(shè)計(jì)

采用揚(yáng)斜式重力式墻，外邊坡為1∶1.5，上下等寬，墻厚40 cm，基礎(chǔ)設(shè)格賓石籠或者漿砌石基礎(chǔ)，格賓石籠基礎(chǔ)主要為河道水或地下水抽不及時(shí)用格賓石籠填入水中充當(dāng)基礎(chǔ)，保證基礎(chǔ)的施工，具體斷面形式見(jiàn)圖4。

圖4 堤防橫斷面

3.4 堤防設(shè)計(jì)

3.4.1 堤頂高程的確定

堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)的公式7.3.1計(jì)算。

Y=R+e+A

(2)

(3)

(4)

3.4.2 沖刷深度的確定

(1)水流斜沖沖刷深度計(jì)算公式如下：

(5)

式中：Δhp從河底算起的局部沖深，m；α水流方向與岸坡夾角，(°)；Vj水流的局部沖刷流速，m/s；d坡腳處土壤計(jì)算顆粒，m，對(duì)非粘性土，取大于15%(按重量計(jì))的篩孔直徑。

表3 堤頂高程計(jì)算表

1)灘地河床，按下式計(jì)算：

(6)

式中：B1、H1河灘寬度、水深，從河槽邊緣至坡腳距離(m)；Q1

通過(guò)河灘部分的設(shè)計(jì)流量(m3/s)；η水流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)α角查表采用。

2)無(wú)灘地河床，Vj按下式計(jì)算：

(7)

式中：Q設(shè)計(jì)流量，m3/s；W原河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；WP河道縮窄部分的斷面面積，m2。

本次工程，本次治理段主要以水流斜沖為主，采用式(5)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算可知，左岸局部最大沖刷深度為0.98 m，右岸最大沖刷深度為1.05 m；根據(jù)現(xiàn)狀對(duì)已建工程大橋的基礎(chǔ)埋設(shè)深度的調(diào)查，現(xiàn)狀大橋基礎(chǔ)埋深為原地面以下1.80 m；綜合考慮，本次堤防基礎(chǔ)埋深取為1.50 m。

4 結(jié)論

通過(guò)方案比選，防洪整治工程采用揚(yáng)斜式墻方案，沿著原有河岸布置，可減少占地面積、降低工程難度、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，并且符合遠(yuǎn)期的景觀規(guī)劃目的。經(jīng)過(guò)計(jì)算獲取得河道的穩(wěn)定河寬、堤防高程、沖刷深度，現(xiàn)狀河寬滿足穩(wěn)定河寬要求，堤防基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)為1.5 m。