華陰市仙峪河應(yīng)急水毀修復(fù)工程堤防設(shè)計(jì)

王小樸

（西安景天水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)咨詢有限公司,陜西 西安 710014）

1 基本概況

工程所在地位于華陰市西南5 km處的仙峪河上,仙峪河是南山支流柳葉河的一條支流,峪口以上長(zhǎng)18.4 km,比降是6.3%。仙峪河工程上起G310 國(guó)道下游700 處的仙峪河左岸高坎,下至G30 連霍高速橋下已成固坎,治理河道1.3 km。

2 工程任務(wù)和規(guī)模

2.1 徑流

采用水文比擬法,推求工程區(qū)多年平均及不同頻率的徑流量,經(jīng)過(guò)計(jì)算,工程區(qū)多年平均徑流量為1365 萬(wàn)m3。

2.2 洪水

設(shè)計(jì)洪水流量計(jì)算見(jiàn)表1。從表中可以看出三種計(jì)算方法的差異不大?？紤]經(jīng)驗(yàn)公式法使用參數(shù)較少,成果精度相對(duì)較低。而水文比擬法選擇的參證站位于本河流附近,采用的水文資料系列較長(zhǎng),且包含了近期的實(shí)測(cè)水文資料,計(jì)算成果精度相對(duì)較高,同時(shí)根據(jù)水利水電設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范規(guī)定,本次選用水文比擬法計(jì)算成果作為本次設(shè)計(jì)依據(jù)。

表1 設(shè)計(jì)洪水計(jì)算成果匯總表

3 工程任務(wù)和規(guī)模

有針對(duì)性地對(duì)仙峪河進(jìn)行河道綜合整治,充分認(rèn)識(shí)河段特點(diǎn),依據(jù)防洪法和防洪標(biāo)準(zhǔn),采用堤防與河道治理相結(jié)合,防洪與排洪相結(jié)合,完善防洪體系,提高防洪能力,確保防護(hù)區(qū)在設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)下不受洪水危害。為了確保防護(hù)區(qū)內(nèi)的安全,對(duì)河道進(jìn)行護(hù)岸固堤,使水流順直,減少?zèng)_刷,提高河道排洪能力,確保防護(hù)區(qū)不受洪水威脅,為項(xiàng)目區(qū)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠保證,同時(shí)提升鎮(zhèn)區(qū)品味,改善鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)水環(huán)境,為鎮(zhèn)區(qū)乃至華陰市的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

華陰市仙峪河應(yīng)急水毀修復(fù)工程綜合治理河道長(zhǎng)度1.3 km,。河道綜合治理長(zhǎng)度1.3 km,護(hù)岸刷坡長(zhǎng)1345 m,新建泥結(jié)石路面1345 m。

4 堤距確定

經(jīng)對(duì)現(xiàn)狀河寬進(jìn)行復(fù)核,在保證行洪安全的條件下,充分利用已成工程,以最大限度地節(jié)約工程費(fèi)用。根據(jù)《渭南市南山支流防洪工程規(guī)劃報(bào)告》、工程地形測(cè)量圖及實(shí)地查看現(xiàn)狀河段堤距為30 m~50 m,本次設(shè)計(jì)考慮到防護(hù)區(qū)對(duì)象的重要性,同時(shí)從安全角度考慮,設(shè)計(jì)最小堤距按照30 m左右考慮,水面線推求按照25 m控制設(shè)計(jì)最小堤距。

5 工程布置及建筑物

5.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程等級(jí)

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50201 -2014）和《渭南市南山支流防洪工程規(guī)劃報(bào)告》,根據(jù)項(xiàng)目區(qū)防洪對(duì)象的重要性,確定項(xiàng)目區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。 并參照堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范確定本工程永久性建筑物級(jí)別均為4 級(jí),臨時(shí)性建筑物級(jí)別為5 級(jí)。

5.2 堤防工程設(shè)計(jì)

（1）堤頂高程確定

根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范的要求,堤頂高程見(jiàn)下式：

堤頂高程=設(shè)計(jì)波浪爬高+設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度+安全加高

a） 當(dāng)斜坡坡率m=1.5~5.0、H/L≥0.025時(shí),設(shè)計(jì)波浪爬高R可按下式計(jì)算：

式中：Rp為累積頻率為P的波浪爬高,m；KΔ為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)；KV為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；KP為爬高累積頻率換算系數(shù),取2%；m為斜坡坡率；H為平均波高,m；L為平均波長(zhǎng),m；a為斜坡坡腳。

有關(guān)風(fēng)浪的要素按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。

b）設(shè)計(jì)風(fēng)雍增水高度e采用下列公式：

式中：K為3.6×10-6；V為設(shè)計(jì)風(fēng)速；F為距離；D為平均水深；β為夾角。

c）安全加高

安全加高查堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范,綜合考慮取0.6 m。

d）計(jì)算結(jié)果

設(shè)計(jì)超高計(jì)算參數(shù)詳見(jiàn)表2,堤頂超高計(jì)算成果見(jiàn)表3。

表2 工程安全超高計(jì)算參數(shù)表

表3 工程安全超高計(jì)算成果表

本次在工程區(qū)各段共選取3 個(gè)典型斷面,對(duì)堤防工程超高進(jìn)行計(jì)算,最小值1.01 m,最大值為1.04 m,根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)際,經(jīng)綜合考慮新建堤防超高取值為1.1 m。為了滿足堤防護(hù)岸美觀平順連接,在滿足超高要求前提下,堤高統(tǒng)一取3 m。

（2）護(hù)岸橫斷面型式選擇

根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范,斷面型式按照因地制宜、便于施工的原則選取,并根據(jù)堤段所在的地理位置、堤防的一些參數(shù)要求,設(shè)計(jì)擬定了梯形斷面結(jié)構(gòu)和直立式防洪墻結(jié)構(gòu)兩種不同的工程防護(hù)形式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,見(jiàn)表4。

表4 護(hù)岸斷面形式方案比較

經(jīng)過(guò)以上方案比較,兩個(gè)方案各有利弊,經(jīng)綜合考慮,仙峪河沿程沖刷現(xiàn)象比較普遍,但砂礫石填筑堤完全可以滿足抗沖要求,加之岸坡高度較低,梯形斷面結(jié)構(gòu)可就近取材,適應(yīng)性強(qiáng),工程等級(jí)相對(duì)較低,造價(jià)相對(duì)較低,故本次護(hù)岸工程全部采用梯形斷面。填筑土料場(chǎng)選用仙峪河河道和兩岸高低漫灘的砂礫石作為擬建護(hù)岸的填筑料,土料質(zhì)量和儲(chǔ)量滿足設(shè)計(jì)要求。按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286 -2013）的要求,填筑料的壓實(shí)相對(duì)密度應(yīng)不小于0.6。

根據(jù)材料的不沖流速,護(hù)坡可采用草皮、干砌石、雷諾護(hù)墊、漿砌石等多種型式,各種護(hù)坡的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表5。

表5 各護(hù)坡型式技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比表

經(jīng)綜合分析比較,考慮到設(shè)計(jì)河段美觀以及造價(jià)的因素,確定采用草皮護(hù)坡方案。堤防坡比是1∶2.0,護(hù)岸以上坡比是1∶1.5。

（3）堤頂寬度確定

按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）要求和征地協(xié)調(diào)等問(wèn)題綜合考慮,堤頂寬度取為3 m。平面布置考慮防汛搶險(xiǎn)、綠化以及形成鄉(xiāng)鎮(zhèn)休閑場(chǎng)所等綜合因素。

（4）護(hù)岸填筑材料及填筑標(biāo)準(zhǔn)

堤身填筑料可采取就近取材的原則,工程沿線砂礫料分布廣泛,儲(chǔ)量滿足工程需要,可開(kāi)采厚度一般2.0 m~4.0 m。根據(jù)地質(zhì)提出的填筑料質(zhì)量評(píng)價(jià),填筑料各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求。

根據(jù)工程區(qū)地形地質(zhì)條件,按照經(jīng)濟(jì)實(shí)用、就地取材、便于施工、滿足防洪和管理等要求,根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范,砂礫石填筑相對(duì)密度大于等于0.60。

（5）穩(wěn)定計(jì)算

地質(zhì)報(bào)告提供的物理力學(xué)參數(shù)參見(jiàn)表6。

表6 代表斷面地質(zhì)參數(shù)表

①滲流計(jì)算

滲流計(jì)算的目的是確定堤身浸潤(rùn)線及下游出逸點(diǎn)的位置,為堤身穩(wěn)定計(jì)算提供依據(jù),并驗(yàn)算是否發(fā)生滲透破壞。采用如下公式計(jì)算：

式中:q為單位寬度滲流量,m3/（s·m）；k為堤身滲透系數(shù),m/s；H1為上游水深,m；H2為下游水深,m；h0為下游出逸點(diǎn)高度,m；m1為上游坡坡率；m2為下游坡坡率。

經(jīng)計(jì)算代表斷面的單位寬度滲流量：L0+630 為22.74 m3/天。

②浸潤(rùn)線計(jì)算

水位降落時(shí)的浸潤(rùn)線位置采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中公式（E.6.1-2）：

式中：H為降距,m；T為水位從初始位置至降落到堤腳或降落到最大降距所需的時(shí)間；t為要求計(jì)算上游浸潤(rùn)線的時(shí)間,t≤T,s；K為堤身土料滲透系數(shù),m/d；為土體給水度；ν為水位降落的速度,m/d。

求得h0（t）后,浸潤(rùn)線按下式計(jì)算：

h以上游堤基為基面,q（t）/k由《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（E.6.1-4）和（E.6.1-5）聯(lián)合求解。浸潤(rùn)線計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 工程L0+630滲透流網(wǎng)圖

③滲透穩(wěn)定分析

通過(guò)計(jì)算, 設(shè)計(jì)斷面滲透坡降最大值為0.1,小于允許滲透坡降0.15,因此,滲透穩(wěn)定,滿足規(guī)范要求。

④穩(wěn)定計(jì)算

堤防設(shè)計(jì)斷面的穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖,見(jiàn)圖2。

圖2 工程L0+630穩(wěn)定滲流期背水堤坡穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

堤防邊坡穩(wěn)定計(jì)算見(jiàn)穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表7。

表7 堤防工程穩(wěn)定計(jì)算成果表

經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)斷面的2 種工況進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算,計(jì)算結(jié)果均大于規(guī)范值,因此堤防斷面滿足抗滑穩(wěn)定要求。

6 施工組織設(shè)計(jì)

本堤防工程位于鎮(zhèn)區(qū)附近,水、電供應(yīng)滿足施工要求,交通便利,所需建筑材料可就近開(kāi)采或者附近采購(gòu)。滿足工程參數(shù)要求。

本工程施工期安排在第一年12 月～次年3 月。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,本次工程堤距較近,并且通過(guò)調(diào)查,枯水期流量較小,不宜修筑圍堰。本次導(dǎo)流方式采用河道中間河槽導(dǎo)流,兩側(cè)堤基基坑開(kāi)挖土順河堆放成臨時(shí)擋水圍堰,施工完畢后回填,地基滲水采用分段集中抽排。

7 結(jié)語(yǔ)

竹峪澗生物園區(qū)段進(jìn)行河道綜合整治,使得保防護(hù)區(qū)不受洪水威脅,為項(xiàng)目區(qū)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠保證,同時(shí)提升園區(qū)品味,改善園區(qū)生態(tài)水環(huán)境,為園區(qū)乃至華陰市的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。