方山河清徐段河道防洪治理工程設(shè)計分析

張 森

（清徐縣河湖管理中心，山西 清徐 030400）

1 工程概況

方山河發(fā)源于三縣嶺，于交城縣王明寨匯入白石南河，本次治理段為方山村至西高白村，治理長度3.56 km。沿河兩岸有方山村、新立村及西高白村3 個村莊共3 500 人和企業(yè)。目前存在主要問題有：河道兩岸土質(zhì)邊坡抗沖刷能力差，河道坑洼不平，上段河道下切嚴重，河道尾端淤積；河道棄土棄渣堆積嚴重、侵占河道，部分河段由于高速公路的修建，無序開挖回填嚴重導致河槽擺幅嚴重；多數(shù)河段無防護，行洪能力不達防洪要求。為保護河道兩岸群眾生命財產(chǎn)安全，實施防洪治理工程。

2 河道工程設(shè)計

2.1 河道岸線布置

根據(jù)河道現(xiàn)狀，以自然河勢為基礎(chǔ)，保留原有濕地、灘地和生態(tài)群落多樣性，布置河岸堤壩主線。規(guī)劃原則：保持岸坡陡坎、路基、山體、天然河道節(jié)點等主干河道的穩(wěn)定順暢，保護好河道轉(zhuǎn)彎、濕地、灘地、原有引水分洪設(shè)施等蓄水、補水、地下水補給通道，發(fā)揮河道斷面景觀的多樣性，打通河道行洪、蓄洪通道；以現(xiàn)有河道岸線堤防為基礎(chǔ)維持現(xiàn)狀河勢；根據(jù)水面線、流深、沖刷深度的推求、復核，如果河道斷面不能滿足行洪要求，采用加高、拓寬堤防或疏浚河道等工程措施整治河道。

2.2 河道疏浚

方山河河道307 國道橋下游目前已經(jīng)治理并美化蓄水。根據(jù)防洪要求與《山西省山洪災害防治項目實施方案（2013—2015 年）》及河道現(xiàn)狀，并結(jié)合工程投資及相關(guān)部門專家意見，確定本次河段疏浚范圍為新建攔砂坎（K0+800）至下游307 國道橋下（K3+561），治理段總長2.7 km。

2.3 灘槽整治

根據(jù)河道現(xiàn)狀，本次河道治理段羅夏高速匝道橋下（K2+100）至下游307 國道橋下（K3+561）天然河段基本呈復式斷面，河道岸線依據(jù)原有外堤、路基、陡坎以及公路橋邊墩確定后，兩岸堤線間距均為70 m 左右，按照十年一遇洪水標準，確定該治理段主槽寬30 m，深1.5 m，主槽迎水面采用格賓石籠貼坡防護，對左、右岸灘槽進行回填平整，整治長度約1.5 km。

3 防護工程設(shè)計

3.1 堤防選型

本次河道主要建筑物為防護堤，治理河道寬窄不一，河床為砂卵石地質(zhì)，承載力較大。因此，綜合考慮構(gòu)造、施工、造價、生態(tài)等方面，對于流速較大、沖刷較為嚴重的河段（K0+150—K1+120），采用重力式漿砌石堤防分段進行防護。

格賓石籠是低碳鍍鋅鋼絲編織的、裝石蜂巢孔狀網(wǎng)箱、相互連接的防洪堤結(jié)構(gòu)。格賓石籠結(jié)構(gòu)柔性抗震、抗地基變形、施工方便、價格較低，而且由于水、氣通透性較好，其上覆土后，可做綠化，較為生態(tài)。因此，河段（K2+100—K3+560）采用復式斷面型式，采用格賓石籠貼坡防護。

3.2 堤防設(shè)計

根據(jù)水力計算結(jié)果分析，結(jié)合《山洪溝防洪治理工程技術(shù)規(guī)范》，對沿岸臨村河段采取點狀防沖保護措施，本次新建堤防設(shè)計采用漿砌石重力式堤防。詳細數(shù)據(jù)見表1。

表1 新建漿砌石堤防防護段

新建堤防斷面，頂寬0.5 m，擋水面垂直，背坡比1∶0.3，基礎(chǔ)埋深0.8 m，兩側(cè)各向外伸出0.5 m，堤頂高程由設(shè)計洪水位確定，堤防每隔10 m 設(shè)一道橫向伸縮縫，墻體設(shè)一排排水孔，孔距2.0 m，高出現(xiàn)狀地面0.5 m，在排水孔進口處外包無紡布（300 g/m2）并設(shè)置砂礫料反濾體，沿墻后通長布置?？紤]到山洪河道坡陡流急的特點，堤防埋置深度為由當?shù)貎鐾辽疃群蜎_刷深度共同確定。

3.3 堤防穩(wěn)定驗算

堤防形式為漿砌石擋土墻，工程級別5 級，抗滑穩(wěn)定系數(shù)允許值1.20，抗傾覆安全系數(shù)允許值1.40，基底壓應力之比的允許值為2.5。擋土墻類型為一般抗震區(qū)浸水擋土墻，采用理正擋土墻穩(wěn)定計算軟件驗算。

3.3.1 堤防物理參數(shù)

內(nèi)摩擦角φ，取35°；地基允許承載力δ 為100 kPa；砌石容重為23 kN/m3；底板與地基間摩擦系數(shù)f 為0.35；凝聚力為0；地下水埋深（基礎(chǔ)以上），按最不利條件計取。

3.3.2 計算公式

（1）漿砌石堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)公式：

式中：Kc——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

ΣW——墻體承受的垂直力總和，kN；

ΣP——墻體承受的水平力總和，kN；

f——底板與堤基之間的摩擦系數(shù)。

（2）漿砌石堤防抗傾覆安全系數(shù)公式：

式中：k0——抗傾覆安全系數(shù)；

MV——抗傾覆力矩，kN·m；

MH——傾覆力矩，kN·m；

（3）漿砌石堤防基底壓應力計算公式：

式中：σmin·max——基底的最大和最小壓應力，t/m2；

ΣG——垂直力的總和，t；

A——基礎(chǔ)底面面積，m2；

ΣM——力矩的總和，t·m；

ΣW——基底截面模量，m3。

（4）計算結(jié)果

取在最不利狀況下堤防的最大斷面計算結(jié)果，見表2。

表2 堤防穩(wěn)定計算成果表

計算結(jié)果表明，堤防穩(wěn)定計算均滿足規(guī)范要求。

3.4 舊堤防修復

3.4.1 舊堤加高加固設(shè)計

舊堤加高加固采用M10 漿砌石，斷面采用梯形斷面，加高后的頂寬0.5 m，底寬和迎水面邊坡與舊堤保持一致，背水側(cè)邊坡根據(jù)實際情況確定。舊堤加高加固時，應先清理堤頂表層覆蓋物，找出堅固強度滿足設(shè)計要求的砌體后，進行加高加固。堤頂設(shè)10 cm 厚C15 混凝土壓頂。舊堤加高加固后，應與上下游堤防平順銜接。

3.4.2 堤防修復設(shè)計

舊堤修復采用重力式M10 漿砌石，斷面采用梯形斷面，加高后的頂寬0.5 m，底寬和迎水面邊坡與舊堤保持一致，背水側(cè)邊坡根據(jù)實際情況確定。舊堤修復時，應將破碎、坍塌的塊石拆除至相對平整牢固的作業(yè)面。作業(yè)面以上不小于0.5 m 高的范圍內(nèi)為M10 漿砌石矩形斷面，然后漸變至頂寬0.5 m，堤頂設(shè)10 cm厚C15 混凝土壓頂。舊堤修復后，應與上下游堤防平順銜接，經(jīng)維修加固后的堤防迎水側(cè)全部進行勾縫防止舊堤脫漿。

3.5 護岸工程

本次河道治理段K0+469—K0+800 處，由于河道沖刷較大，呈深窄式，采用重力式漿砌石堤防對河段主槽進行防護。河道治理段羅夏高速匝道橋下（K2+100）至下游307 國道橋下（K3+561）河段確定為復式斷面，按照10 年一遇洪水標準，確定該治理段主槽寬30 m，深1.5 m，主槽迎水面采用0.5 m 格賓石籠貼坡防護。

4 節(jié)點工程設(shè)計

4.1 跌水工程

目前，河道治理段K2+100—K3+560 淤積嚴重，采用復式斷面進行灘槽整治后，確定K3+550 處設(shè)漿砌石跌坎，以調(diào)整河道縱坡，便于末端3#管涵路在非汛期可順利導流上游來水。

根據(jù)地形、地質(zhì)條件，本次設(shè)計跌水由上游翼墻段、控制段、跌墻、消力池段、整流段以及下游翼墻段組成，均為M10 漿砌石結(jié)構(gòu)。上下游翼墻長5 m，凈高1.5 m，墻體設(shè)一排排水孔，孔距2.0 m，高出設(shè)計地面0.5m，在排水孔進口處外包無紡布（300 g/m2）并設(shè)置砂礫料反濾體，沿墻后通長布置；上游控制段長10 m，厚0.5 m；消力池段長6.3 m，厚0.8 m；整流段長5 m，厚0.5 m，底板設(shè)φ50 排水孔，梅花型布置，間排距1.5 m，并設(shè)置反濾土工布。

4.2 攔砂坎

因河道比降較大，河床下切劇烈，沖刷嚴重，故在樁號K0+800 處設(shè)置1 座攔沙坎，采用M10 漿砌石重力式結(jié)構(gòu)，上游邊坡1∶0.2，下游邊坡1∶0.5，凈高3 m，頂寬2.0 m，基礎(chǔ)埋深1.0 m，長30 m，兩岸各伸入土質(zhì)邊坡2 m。下游設(shè)M10 漿砌石消力池，長7 m，厚0.5 m，底板設(shè)直徑50 mm 排水孔，梅花型布置，間排距1.5 m，并設(shè)置反濾土工布。貼近地面設(shè)直徑200 mm 排水鋼管，用于排導上游來水。

5 結(jié)論

5.1 跨河建筑物過流能力復核

跨河橋梁處具體情況見表3。

表3 方山河跨河建筑物行洪復核表

5.2 效益

工程建設(shè)后，將有效工程保護河道沿岸3 個村莊3 500 人和企業(yè)，減輕了洪水災害對沿岸人民的正常生產(chǎn)、生活的威脅，使沿線防洪標準達到10 年一遇洪水標準。保證了沿線居民在安定的生活環(huán)境和沿岸經(jīng)濟、文化的穩(wěn)定發(fā)展，對整個項目區(qū)的發(fā)展起到保障帶動作用。