石壩河北街酒廠河段治理生態(tài)防洪堤設(shè)計(jì)計(jì)算

熊源

摘 要：石壩河北街酒廠河段治理是補(bǔ)齊石壩河防洪短板，完善茅臺(tái)鎮(zhèn)城區(qū)封閉防洪體系的關(guān)鍵。根據(jù)仁懷市“白酒生態(tài)產(chǎn)業(yè)”戰(zhàn)略要求，結(jié)合治理河段防洪設(shè)施現(xiàn)狀、工程地質(zhì)及建設(shè)內(nèi)容，按照20 a一遇洪水設(shè)防，提出新建護(hù)岸、行洪斷面拓寬和清淤相結(jié)合的治理方案。根據(jù)堤防型式比選和設(shè)計(jì)斷面計(jì)算分析結(jié)果表明：采用“塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤”方案，在保障河道穩(wěn)定防洪作用的基礎(chǔ)上，可有效修復(fù)河道自然生態(tài)功能和構(gòu)建“人水和諧”的景觀效果，可為現(xiàn)代生態(tài)河道治理和環(huán)境友好型城市建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：河道治理;生態(tài)防洪堤;加筋麥克墊;茅臺(tái)鎮(zhèn)

中圖分類號(hào)：TV851 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）6-0094-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.022

Design and Calculation of Ecological Flood Control Embankment for Beijie Winery Reach of Shiba River

XIONG Yuan

（Zunyi Survey and Design Institute of Water Resources and Hydropower， Zunyi 563002，China）

Abstract： The Beijie winery reach regulation is the key to supplement the Shiba River flood control short board and improve the closed flood control system in Maotai town. According to the strategic requirements of "Liquor Ecological Industry" of Renhuai city， combined with the flood control facilities current situation， engineering geology and construction content of the river regulation section， fortified 20-year flood protection standard， the treatment scheme combining construction new revetments， widening flood sections and dredging has been proposed. The results of embankment types comparison and selection ，design section structure calculation and analysis show that the scheme with "rock revetment + slope ecological embankment" can effectively repair the natural ecological function of the river channel and build "human water harmony" landscape effect on the basis of ensuring river channel's stable flood control function， which can provide reference for modern ecological river channel management and environment-friendly city construction.

Keywords： river regulation; ecological flood control embankment; reinforced Mike pad; Maotai town

0 引言

河道是城市發(fā)展、防洪排澇、人文景觀建設(shè)的重要組成部分，河道治理是城市封閉防洪體系建設(shè)和水生態(tài)環(huán)境修復(fù)的重要途徑[1-2]。隨著貴州茅臺(tái)鎮(zhèn)城市建設(shè)的發(fā)展，由于沿河居民非法建筑侵占行洪空間以及工業(yè)廢水的無序排放，導(dǎo)致石壩河流域部分河段存在兩岸水土流失、河床淤積、行洪能力下降等問題。因此，面對(duì)習(xí)近平新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)要求以及仁懷市“十四五”規(guī)劃中聚焦茅臺(tái)鎮(zhèn)白酒產(chǎn)業(yè)特色、打造最優(yōu)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的新特點(diǎn)，在充分分析石壩河北街酒廠河段防洪現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，按“水清、河暢、岸綠、景美、宜居、繁榮”的治理要求，構(gòu)建集“防洪、生態(tài)治理、濱水景觀建設(shè)”等功能為一體的封閉防洪生態(tài)功能體系[3-4]，有利于赤水河流域水土保持、水源涵養(yǎng)和環(huán)境美化，促進(jìn)茅臺(tái)鎮(zhèn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

1 工程概況

石壩河屬赤水河左岸一級(jí)支流，全流域面積為42.9 km2，主河道河長(zhǎng)為13.6 km，主河道加權(quán)平均比降43.2‰，多年平均徑流量為1 230 萬m3。仁懷市石壩河北街酒廠河段河道治理工程位于仁懷市茅臺(tái)鎮(zhèn)上坪村石壩河下游，治理河段防洪保護(hù)對(duì)象為石壩河兩岸的北街酒廠。按20 a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，治理河段首端位于石壩河水庫下游約1.1 km處，末端距離石壩河河口約為2.4 km，治理河段總長(zhǎng)為720 m。

2 防洪現(xiàn)狀及建設(shè)內(nèi)容

石壩河河道坡度較緩，多年來河道治理一直未經(jīng)過綜合整治，除北街酒廠所處位置外，其余河道兩岸均為耕地、山林等天然河岸。治理河道現(xiàn)存主要問題：長(zhǎng)時(shí)間洪水、暴雨沖刷，河道兩岸耕地水土流失嚴(yán)重，泥沙匯入河流，造成河床淤積;上游沖刷下來的鵝卵石、砂礫石等堆積在河道兩岸，一定程度上縮減了行洪寬度;且河道中大塊孤石等影響河道過流能力;河道中廢棄的污水管道以及新建工業(yè)污水管道，造成河道行洪斷面變窄，以及影響河道美觀。如圖1所示。

根據(jù)石壩河封閉防洪體系與茅臺(tái)鎮(zhèn)打造最優(yōu)白酒產(chǎn)業(yè)生態(tài)戰(zhàn)略要求，在滿足防洪安全保障前提下，將水生態(tài)環(huán)境治理和濱水景觀建設(shè)充分融入規(guī)劃方案中，設(shè)計(jì)維持原河道天然路徑。沿河道岸線，通過行洪斷面拓寬、新建護(hù)岸等措施進(jìn)行綜合整治。石壩河北街酒廠至擬建酒廠范圍河段（樁號(hào)B0+000.00～B0+720.00），治理河段總長(zhǎng)為720 m。設(shè)計(jì)河寬為6～15 m，采用漿砌石河堤和斜坡生態(tài)河堤兩種河堤相結(jié)合的方式。具體為：①B0+178.00～B0+190.00 段設(shè)計(jì)河寬為9～13 m，左岸河堤保持現(xiàn)狀，右岸增設(shè)塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤，坡比1∶1.6;②B0+190.00～B0+230.00 段設(shè)計(jì)河寬為6～9 m，左岸增設(shè)漿砌石擋墻，右岸增設(shè)塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤，坡比1∶1.6;③B0+230.00～B0+567.04 段河寬為6 m，兩岸河堤形式為塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤，坡比1∶1.6，堤頂設(shè)1.6 m寬人行步道;④B0+567.04～B0+720.00 段河寬為6 m，右岸增設(shè)塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤，坡比1∶1.6，堤頂設(shè)1.6 m寬人行步道，左岸保留現(xiàn)狀;⑤分別在樁號(hào)B0+460.00、B0+674.00處新建廠區(qū)交通橋各1座，跨度為兩跨，單跨長(zhǎng)度為10 m，中間墩寬為1 m，橋面寬度為7 m。

3 生態(tài)防洪堤選型

3.1 工程地質(zhì)

治理河段河流為蜿蜒發(fā)育，總體沿流向N53°E。河床比降平緩，無大的跌坎發(fā)育;河床高程為466.3～493.1 m，寬為7～13 m;兩岸臨河地形多為緩坡或臺(tái)地，局部為斜、陡坡地形，坡角一般為5°～45°，整體上屬低山淺切侵蝕溝谷、槽谷地貌。河谷為不對(duì)稱“V”形斜向谷結(jié)構(gòu)。治理河段沿線多為第四系沖洪積砂卵礫石、殘坡積黏土夾碎石及人工棄渣等覆蓋。下伏地層主要為侏羅系中統(tǒng)下沙溪廟組（J2x）中至厚層砂巖，與粉砂巖呈不等厚互層。產(chǎn)狀為N25°E/NW∠35°～40°。擬建堤線主要沿近河床岸坡布置，沿線覆蓋層厚薄分布不均，上部多為第四系沖洪積黏土夾砂、礫石等覆蓋。由于淺表覆蓋層結(jié)構(gòu)松散，承載力低，不宜作堤基持力層;下部較密實(shí)的砂卵礫石、基巖承載力相對(duì)較高，可作基礎(chǔ)持力層。堤基應(yīng)采取合理的基礎(chǔ)形式，并對(duì)基礎(chǔ)作抗沖刷處理，以滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于覆蓋層較厚段可將堤基置于河床深泓線1 m以下的密實(shí)砂卵礫石層上，但硬塑狀黏土夾碎石、砂卵礫石層承載力相對(duì)較低，應(yīng)對(duì)堤基作夯實(shí)及抗沖刷處理。堤基開挖時(shí)需注意邊坡穩(wěn)定問題，開挖后應(yīng)采取適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)處理。在已成攔河壩附近基礎(chǔ)開挖施工過程中，開挖將對(duì)已成攔河壩造成影響，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

3.2 堤型方案擬定

根據(jù)《北街酒廠3 000 t技改規(guī)劃方案》以及仁懷市水務(wù)主管部門對(duì)河道的治理要求，結(jié)合20 a一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)、現(xiàn)狀土坎高程以及河道地質(zhì)條件。設(shè)計(jì)以“安全可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、和諧自然”為原則，盡量少占用土地、減少工程量、最大可能增加綠化措施，并保證治理方案的可實(shí)施性[5-6]。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察論證，治理河段可采用“塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤”相結(jié)合護(hù)岸型式與格賓擋墻護(hù)堤型式兩種堤型方案，進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合比較。

3.2.1 塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤。防護(hù)堤采用大塊石固腳，護(hù)腳頂部設(shè)1∶1.6坡度鍍高爾凡加筋麥克墊生態(tài)護(hù)坡，護(hù)坡頂部設(shè)1.6 m人行步道。石塊徑不小于500 mm。該方案中，塊石駁岸抗水流沖刷能力較強(qiáng)，能有效達(dá)到防護(hù)效果，同時(shí)對(duì)地基的適應(yīng)性較強(qiáng)，工程建成后更貼近自然[7]。其斷面結(jié)構(gòu)型式，如圖2所示。

3.2.2 格賓擋墻護(hù)堤式防洪堤。防護(hù)堤采用格賓擋墻固腳，護(hù)腳頂部設(shè)1∶1.6坡度鍍高爾凡加筋麥克墊生態(tài)護(hù)坡，護(hù)坡頂部設(shè)1.6 m人行步道。格賓擋墻尺寸為1.5 m×1.5 m×1.5 m。該方案中，格賓擋墻施工技術(shù)要求較高，施工工序較復(fù)雜，且對(duì)砌筑石料要求高，格賓護(hù)坡對(duì)基礎(chǔ)沉降適應(yīng)性差，同時(shí)格賓擋墻與自然協(xié)調(diào)性不如塊石駁岸，生態(tài)治理河道效果不如塊石駁岸。斷面結(jié)構(gòu)型式，如圖3所示。

經(jīng)過綜合分析比較，為使河道兩岸土坎滿足抗沖要求，結(jié)合河道兩岸現(xiàn)狀土坎高程，兩種方案的主要工程量投資。得出：“塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤”方案投資較省，且施工相對(duì)簡(jiǎn)單，施工工期較短，同時(shí)與河道的水生態(tài)以及周圍生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性較好。因此，除部分河道（B0+190.00～B0+230.00）由于地勢(shì)限制原因采用漿砌石擋墻外，其余河道護(hù)岸選擇“塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤”型式。

4 生態(tài)防洪堤設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 堤頂高程

石壩河北街酒廠河段河道治理工程的主要建筑物防洪堤為4級(jí)建筑物，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013）規(guī)定，安全加高為0.3 m（允許越浪）、0.6 m（不允許越浪）。護(hù)堤堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加上相應(yīng)的堤頂超高，護(hù)岸堤頂超高[B]計(jì)算公式為式（1）[8]。

[B=R+e+A] ? ? ?（1）

式中：[R]為設(shè)計(jì)波浪爬高;[e]為設(shè)計(jì)風(fēng)雍增水高度;A為安全超高，A=0.3 m。經(jīng)計(jì)算護(hù)岸堤頂超高[B]=0.3 m。因此，計(jì)算堤頂高程應(yīng)為設(shè)計(jì)洪水位加0.3 m。由于北街酒廠河段河道治理主要任務(wù)為穩(wěn)定岸線、打造水環(huán)境河水土保持，為保證兩岸現(xiàn)狀土坎抗沖要求及避免治理河段兩岸耕地形成內(nèi)澇現(xiàn)象，除北街酒廠現(xiàn)狀廠區(qū)內(nèi)河段為鋪設(shè)人行步道，堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加0.3 m，其余河段只對(duì)河岸進(jìn)行固腳，高出河床≥0.3 m。石壩河河段設(shè)計(jì)堤頂高程為469.62～486.80 m。

4.2 河道沖刷深度計(jì)算

河道沖刷深度按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013），平順堤防沖刷深度計(jì)算公式為式（2）。

[hs=H0UcpUcn-1 Ucp=U2η1+η] ?（2）

式中：[hs]為局部沖刷深度，m;[H0]為沖刷處的水深，m;[Uc]為泥沙啟動(dòng)流速，m/s，取1.0 m/s;[U]為行近流速，m/s，取4.5 m/s;[n]為防堤防坡平面形狀系數(shù)，取1/6;[η]為水流流速不均勻系數(shù)，取1.5。

經(jīng)計(jì)算，北街酒廠治理河段沖刷深度為河床以下0.7～1.0 m。根據(jù)地形地質(zhì)條件，大塊石固腳基礎(chǔ)主要置于基巖上，砂礫石或土基段需采用塊石換填基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深≥1.0 m。

4.3 岸坡抗滑穩(wěn)定分析

根據(jù)北街酒廠治理河段的設(shè)計(jì)內(nèi)容，需對(duì)直立式漿砌石防洪堤進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。其計(jì)算條件如下：取1延長(zhǎng)m作為穩(wěn)定計(jì)算單元，設(shè)定基礎(chǔ)均坐落在砂卵礫石層上。根據(jù)《提防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—2013）計(jì)算公式，計(jì)算得出的各種工況條件下的抗滑穩(wěn)定分析成果，如表1所示。

由表1可知，漿砌石防洪堤臨水側(cè)在正常和非常工況條件下的整體穩(wěn)定系數(shù)為3.32～1.38、3.25～1.26，均大于規(guī)范要求1.2和1.05的技術(shù)指標(biāo)，防洪堤整體安全穩(wěn)定。

5 結(jié)語

北街酒廠河段是石壩河封閉防洪體系建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)，通過河段整治工程建設(shè)對(duì)補(bǔ)齊茅臺(tái)鎮(zhèn)防洪短板和打造最優(yōu)白酒產(chǎn)業(yè)生態(tài)戰(zhàn)略至關(guān)重要。針對(duì)治理河段河道縱向坡較緩、兩岸水土流失、河床淤積、行洪能力下降、自凈功能退化等問題，通過新建護(hù)岸、行洪斷面拓寬和清淤等治理方案，主要采用“塊石駁岸+斜坡生態(tài)堤”堤型與上下游穩(wěn)定可靠銜接，提高治理河段的防洪、生態(tài)環(huán)保等功能。實(shí)現(xiàn)茅臺(tái)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)自然環(huán)境、水生態(tài)和人文景觀的協(xié)調(diào)發(fā)展。

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