滹沱河下匯村至西砂河村段河道治理工程設(shè)計(jì)

閆 偉

（山西汾河灌溉管理有限公司，山西 祁縣 030900）

1 工程概況

滹沱河屬海河流域子牙河水系，新中國(guó)成立以來，對(duì)部分干支流進(jìn)行了不同程度的綜合治理[1]。本次滹沱河河道治理段，位于繁峙縣砂河鎮(zhèn)。

本次滹沱河砂河鎮(zhèn)下匯村至西砂河村段的河道治理長(zhǎng)度8.8 km，平均縱坡5.4‰。工程治理范圍起點(diǎn)為下匯村，終點(diǎn)為西砂河村，工程包括：新建土堤防、格賓石籠護(hù)坡、鉛絲石籠護(hù)基、入河口工程、過水路面、河道疏浚。

工程治理內(nèi)容主要有：新建加固河堤總長(zhǎng)17.71 km（左、右岸堤防）；對(duì)沿口河、小沿河及角爾河三條支流入河口進(jìn)行防護(hù)，長(zhǎng)0.6 km；對(duì)治理范圍內(nèi)4.2 km河道清淤疏浚。

2 流域水文及地質(zhì)情況

2.1 流域水文情況

本次河道治理段,位于繁峙縣中部的砂河鎮(zhèn)，在五臺(tái)山北麓與恒山南麓之間[2]，距繁峙縣城30 km。流域內(nèi)屬華北氣候區(qū)，年均降雨量450 mm，平均氣溫6.3℃，最大凍土深度92 cm，該流域上游有孤山、虎山、龍山3座水庫(kù)。

按無資料地區(qū)計(jì)算出的設(shè)計(jì)洪峰流量，未考慮3座水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，洪峰流量相對(duì)較大，與有資料地區(qū)計(jì)算成果相差較大。經(jīng)綜合考慮，現(xiàn)狀孤山、虎山、龍山三座水庫(kù)均正常運(yùn)行，虎山水庫(kù)、龍山水庫(kù)為空庫(kù)度汛，但仍可起到不同程度的均緩洪調(diào)節(jié)作用。

以上永興水文站為基準(zhǔn)面，采用實(shí)測(cè)資料推算的代堡斷面，20年一遇洪峰流量為493 m3/s，成果考慮了面積因素、雨力因素和上游水庫(kù)的緩洪調(diào)蓄功能，成果相對(duì)客觀，與實(shí)際接近。故本次滹沱河繁峙縣砂河鎮(zhèn)段設(shè)計(jì)20年一遇洪峰流量，采用493 m3/s。

2.2 流域地質(zhì)情況

繁峙縣砂河鎮(zhèn)地質(zhì)構(gòu)造，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制。工程所在地位于滹沱河斷陷盆地的滹沱河上，以滹沱河沉積建造為主，第四紀(jì)地層發(fā)育，未見有新構(gòu)造活動(dòng)。根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪和人工探查，繁峙縣砂河鎮(zhèn)段河道及近岸，出露及揭露的地層巖性主要為第四系（Q）地層：

（1）上更新統(tǒng)，巖性為黃色低液限粉土為主，分布在岸坡上，含少量砂質(zhì)，底部粉砂層與淤泥質(zhì)土互層。

（2）全新統(tǒng)，亞砂土顆粒成分粉粒為主，含量大于65%，細(xì)砂粒含量20%左右；混合砂礫石土巖石成份多為變質(zhì)巖、白云巖為主，含砂、土夾層；顆粒成分為卵石、礫石為主，含量大于50%，卵石最大直徑18 cm左右，另偶見漂石，分選好，磨圓中等，級(jí)配較差。

（3）現(xiàn)代人工堆積，主要分布在滹沱河河道兩岸，包括煤灰、煤碴、氰化鉀提煉金粉后的礦渣、水泥塊、粉狀物及塊碎石。分布面積較大，厚1.0～5 m，堆積隨意，無掩埋，無覆蓋，露天排放。

3 水力計(jì)算

3.1 水面線計(jì)算

本工程水面線計(jì)算，按全流域的洪水進(jìn)行推算。將河道治理段分為45個(gè)計(jì)算斷面，每隔200 m布設(shè)一個(gè)斷面，均為現(xiàn)狀河道斷面，以曼寧公式計(jì)算起始水位，自下而上逐斷面推算河道水面線。

3.2 治理段跨河公路橋過流能力

公路橋控制斷面水流均近似堰流Q，采用堰流計(jì)算公式：

式中：σs——淹沒系數(shù)；

σc——側(cè)收縮系數(shù)，取1.0；

m——流量系數(shù)，取0.365；

n——孔數(shù)；

b——單孔凈寬；

H0——包括行進(jìn)流速的堰上水頭。

包括行進(jìn)流速的堰上水頭H0計(jì)算公式：

式中：H——不計(jì)行進(jìn)流速堰上水頭；

v——上游流速。

根據(jù)上述公式分別對(duì)治理段的4座橋進(jìn)行過流能力的復(fù)核。計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 治理跨河公路橋過流能力成果表

根據(jù)規(guī)范，水面線以上要有0.5 m的凈空。經(jīng)計(jì)算，除砂河橋滿足泄洪要求外，其余3座橋均不滿足泄洪要求，建議加長(zhǎng)橋面拓寬河道或拆除重建。

3.3 堤頂高程確定

堤頂高程計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 堤頂超高計(jì)算結(jié)果表

3.4 堤基沖刷計(jì)算

堤基沖刷深度根據(jù)堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范中沖刷公式，從水面起算，水流平行于岸坡產(chǎn)生的最大沖刷深度為0.68 m。

4 河堤與輔助工程設(shè)計(jì)

4.1 堤防斷面型式比選

4.1.1 重力式漿砌石堤防

重力式漿砌石堤防型式，優(yōu)點(diǎn)為開挖占地少，施工較為簡(jiǎn)單、方便[4]。缺點(diǎn)為對(duì)地基承載力要求較高，工程造價(jià)相對(duì)較高。本工程設(shè)計(jì)堤防高3.52 m，頂寬0.5 m，臨水側(cè)邊坡垂直，背水側(cè)邊坡1∶0.4，墻址外伸0.5 m，墻踵外伸0.5 m，墻背后筑土需低于墻頂2 m，基礎(chǔ)埋深1.5 m。

4.1.2 土壩加格賓石籠護(hù)坡

土壩加格賓石籠護(hù)坡型式，優(yōu)點(diǎn)為施工簡(jiǎn)單，工程造價(jià)低。缺點(diǎn)為工程占地大。本工程設(shè)計(jì)土壩堤防高3.52 m，堤頂寬為4.0 m，兼作搶險(xiǎn)道路。迎水面采用格賓石籠護(hù)坡,格賓石籠規(guī)格0.5 m×1.0 m×5.0 m（高×寬×長(zhǎng)）。

經(jīng)計(jì)算，土壩堤防比重力式漿砌石堤防投資較少，經(jīng)綜合比較采用土壩加格賓石籠護(hù)坡堤防。

4.2 堤防斷面尺寸

根據(jù)河道現(xiàn)狀，并結(jié)合《繁峙縣砂河鎮(zhèn)總體規(guī)劃（2013-2030）》及《山西省繁峙縣滹沱河生態(tài)整治規(guī)劃》，對(duì)河堤進(jìn)行新建加固設(shè)計(jì)。滹沱河繁峙縣砂河鎮(zhèn)段防洪大堤河道兩側(cè)堤防，根據(jù)河道的走向，全段采用新建土壩堤防型式。

左岸樁號(hào)L0+000—L2+736.0、L2+788.0—L3+282.6、L7+825.9—L8+927.0—L3+282.6共計(jì)三段，總長(zhǎng)4.33 km；右岸樁號(hào)R0+000—R3+062.0、R7+977.3—R8+969.0共計(jì)兩段端，總長(zhǎng)4.05 km均為新建土堤防，堤頂寬4.0 m。

筑堤土料、清淤疏竣河槽的土料，就近利用填筑堤壩。堤基采用振動(dòng)碾碾壓處理，處理有效深度為0.5 m。

砂河鎮(zhèn)段左岸樁號(hào)L3+282.6—L7+825.9，總長(zhǎng)4.54 km；右岸樁號(hào)R3+183.0—R4+465.0、R4+483.0—R7+977.3，總長(zhǎng)4.78 km均為格賓石籠防護(hù)，格賓石籠規(guī)格0.5 m×2.0 m×5.0 m（高×寬×長(zhǎng)）；基礎(chǔ)采用兩層鉛絲籠防護(hù)，上層鉛絲籠規(guī)格0.5 m×2.0 m×3.0 m（高×寬×長(zhǎng)），下層鉛絲籠規(guī)格0.5 m×2.0 m×2.0 m（高×寬×長(zhǎng)）。

4.3 防護(hù)工程設(shè)計(jì)

根據(jù)沖刷計(jì)算結(jié)果，斷面型式確定為：在新建土堤迎水面增設(shè)格賓石籠護(hù)坡及鉛絲石籠護(hù)腳，護(hù)坡高度防護(hù)至設(shè)計(jì)水位，厚度0.5 m。

4.4 入河工程

本工程治理范圍內(nèi)有3處河流和溝道匯入，設(shè)計(jì)對(duì)入河口至上游延伸100 m范圍內(nèi)進(jìn)行清淤并采用工程措施防護(hù)。

4.5 過水路面設(shè)計(jì)

為了方便河流兩岸村民生產(chǎn)和生活，在樁號(hào)N0+650、N8+150、N8+800三處過水路面鋪設(shè)4 m寬C25混凝土路面。路面下鋪設(shè)3根8 m長(zhǎng)DN 800 mm的混凝土管。并在路面下游鋪設(shè)5 m×0.6 m的鉛絲籠塊石護(hù)底。

4.6 河道疏浚設(shè)計(jì)

河道治理須采用標(biāo)本兼治，除了在流域內(nèi)加強(qiáng)水土保持工作，減少水土流失，控制和減慢干流河道的抬高速度外，還要在堤防建設(shè)加固的同時(shí)，對(duì)淤積嚴(yán)重的河段進(jìn)行必要的疏浚，拓寬行洪斷面，提高河槽泄量，并利用疏浚泥沙淤堤背，加固堤防。

本工程疏浚范圍中泓線樁號(hào)N0+000—N3+200、N7+800—N8+800兩段共計(jì)4.2 km，在維持河道原主槽斷面的基礎(chǔ)上，依據(jù)左右岸設(shè)計(jì)堤底高程，對(duì)河道內(nèi)的建筑、生活垃圾及土方進(jìn)行開挖清理。

5 結(jié)語

河道治理工程的實(shí)施提高了工程區(qū)的防洪能力，使繁峙縣砂河鎮(zhèn)段河道達(dá)到20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)了兩岸居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，改善了河道“臟、亂、差”的現(xiàn)狀，改善了周圍生態(tài)環(huán)境和區(qū)域小氣候，提高了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量。