新河鄠邑區(qū)段流域綜合治理項目中堤防工程設(shè)計與施工

江 丹

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司東莞分公司,廣東 東莞 523000）

0 引言

現(xiàn)代化水利項目的建設(shè)與發(fā)展,既促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展,又使人民的生活條件得到了改善。而堤壩是一項具有抵御洪澇災(zāi)害能力的重大工程,它直接影響著整個水利工程的正常運轉(zhuǎn)。要注重在河堤施工中的運用,從材料的選取和各施工階段的角度,充分考慮工程的施工工藝,從而確保了整個河堤工程的水平與質(zhì)量。十八大以來,中央對生態(tài)文明的建設(shè)給予了高度的重視,制定了一系列的頂層設(shè)計、制度安排和決策部署,將生態(tài)文明建設(shè)融入到“五位一體”和“四個全面”的戰(zhàn)略布局之中。習(xí)近平總書記在治水問題上多次作了重大講話,其中明確提出了“節(jié)約為主、平衡空間、系統(tǒng)管理、雙管齊下”的治水方針。新河鄠邑區(qū)段流域綜合治理項目的實施,進行河道堤防、清淤疏浚、生態(tài)防護林等一系列相關(guān)的綜合整治內(nèi)容,達到水環(huán)境、水生態(tài)、水安全的整治目標,優(yōu)化生態(tài)環(huán)境,加快建設(shè)美麗西安,重現(xiàn)“八水繞長安”盛景。本文就項目中的堤防工程進行分析。

1 工程概況

新河是渭河右岸一級支流,發(fā)源于鄠邑區(qū)石井鎮(zhèn)的曲峪河村秦嶺西溝腦山東側(cè),自南向北流經(jīng)西安市鄠邑區(qū)石井、余下、甘亭、五竹等鎮(zhèn)街,于灃西新城釣臺街東江渡村進去灃西新城,經(jīng)曹家灘村、王道村后,于馬家寨村匯入渭河。新河主河道長40 km（含潭峪河）,其中潭峪河段21.5 km,新河段18.5 km。流域面積約303.8 km2,河道平均比降8.5‰,上游由潭峪河、曲峪河、化羊峪、黃柏峪、烏桑溝、四岔溝和三岔溝等支流組成。新河流域山區(qū)、半山區(qū)面積51.4 km2,其余面積為平原地區(qū)。峪口以上大部分地區(qū)被森林覆蓋,植被良好,河谷狹窄,山勢險峻,河床比降大,水流湍急；峪口以下為相河川地,河谷相對開闊,土地肥沃,經(jīng)濟發(fā)達。支流潭峪河、黃柏峪和曲峪河三條支流在鄠邑區(qū)韓旗寨匯流后統(tǒng)稱新河。本次河道治理共涉及新河流域三條支流,分別為潭峪河、黃柏河、許家河。其中潭峪河堤防治理段分為兩段：第一段為潭峪口至潭峪河大橋上游1.1 km,山區(qū)流域面積為16.7 km2,河道長8.5 km。第二段為爐西村至八家莊3.13 km,該段上游流域面積為40.1 km2,其中山區(qū)流域面積為21.6 km2,河道長10.5 km。

2 堤型選擇

2.1 斷面比較

方案一：斜坡式（即倒梯形）斷面

即采用放坡的梯形斷面,分一級、兩級或多級斜坡,采用1∶2～1∶2.5 的坡比,草皮護坡或生態(tài)砌塊護坡。坡腳采用格賓石籠護角,梯形斷面的優(yōu)點是渠岸結(jié)構(gòu)簡單,單位渠段長造價較低,親水性強,且顯得自然、生態(tài),景觀效果好,但缺點是占地面積大。該方案適合于兩岸場地寬闊,征地較容易的渠段。

方案二：直墻式矩形斷面

即渠頂高程以下均采用直墻式斷面。直墻渠型具有拆遷、占地少等優(yōu)點,但渠岸結(jié)構(gòu)高度大,墻基應(yīng)力大,對地基承載力要求較高,單位渠段長造價較高,顯得呆板、單調(diào),過于工程。該方案適合于兩岸場地狹窄,征地有困難的渠段。

方案三：直立式生態(tài)磚擋墻斷面

即在經(jīng)常性水位以下采用直立式生態(tài)磚擋墻斷面,減少征地。過水斷面較大,墻身單位m 渠段工程量及造價高,水生植物不易存活,墻基應(yīng)力較直墻堤型小,堤岸結(jié)構(gòu)親水性較強,且生態(tài)磚上可植草作綠化,盡可能增大了綠化面積,既親水又符合生態(tài),適于城市居民休閑生活的需要和人們對水環(huán)境的心理要求等優(yōu)點。

綜合以上三種方案,根據(jù)其生態(tài)效果、耐久性、施工、征地、投資等進行比較,方案對比見表1。

表1 三種方案對比表

2.2 斷面選擇

（1）黃柏河

現(xiàn)狀堤防為當?shù)卮迕駷楸Ｗo本村農(nóng)田或房屋自行填筑的土堤,沿河道兩岸零星布置,現(xiàn)狀堤高1.0 m～2.0 m。對于小型堤形的選擇主要是土堤和石堤,宜優(yōu)選土堤,再從本工程實際情況進行分析?，F(xiàn)狀土堤斷斷續(xù)續(xù),為當?shù)卮迕褡孕刑钪?經(jīng)過水文計算堤防高度約為1.5 m～2.0 m。如果選用土堤,則本身土方填筑量較大,且與原地面銜接自然,與周邊自然環(huán)境融洽,而且施工簡單,取材方便,工程造價低,但是占地面積較大。如果選用石堤,直立式生態(tài)磚擋墻,過水斷面大,堤岸親水性較強,盡可能的增大綠化面積,即親水又符合生態(tài),且可以減少征地,適合于城市居民休閑生活的需要和人們對水環(huán)境的心理要求。

根據(jù)實際情況,上游345 鄉(xiāng)道段右岸為345 鄉(xiāng)道,采用方案一格賓石籠生態(tài)護坡。結(jié)合現(xiàn)狀,對河道進行拓寬,采用石籠護腳梯形生態(tài)護坡,河道底寬8 m,護腳采用兩層格賓石籠護腳,護坡坡比1∶1.5,采用加筋麥克墊。

（2）潭峪河

潭峪河現(xiàn)狀屬無堤段,堤線沿自然岸坎布設(shè),為新修堤防段。經(jīng)水文計算堤防高度不滿足三十年一遇洪水位,現(xiàn)狀河道較寬,施工較容易,兩岸基本為荒地和農(nóng)田。現(xiàn)狀下游八家莊堤防整治為梯形斷面,綜合考慮,根據(jù)本工程實際情況,從經(jīng)濟方面考慮,優(yōu)先選用一級斜坡式（即倒梯形）斷面方案,從表中可知,方案一自然、生態(tài),景觀效果好,且經(jīng)濟實惠。故本次加固采用方案一。

結(jié)合現(xiàn)狀,采用石籠護腳梯形生態(tài)護坡,河道底寬20 米,護腳采用兩層格賓石籠護腳,護腳格賓石籠2 m 一聯(lián),寬1.5 m、高1.0 m,護腳土石籠2 m 一聯(lián),寬度、高度均為1 m。河底寬度不宜小于15 m,河道深度不宜小于3 m；河道迎水坡結(jié)合景觀要求變化,但坡比不得陡于1∶1.5,采用蜂巢約束,背水坡坡比為1∶2；堤頂寬度為3 m～5.0 m,可結(jié)合景觀步道設(shè)置。

（3）惠豐渠

現(xiàn)狀惠豐渠為土渠,無明顯岸坡,河底寬1 m～2 m,河道高度為1 m～2 m,兩岸均為農(nóng)田、灌木。根據(jù)現(xiàn)場實際情況,惠豐渠承擔(dān)城防段排洪通道,需要對現(xiàn)狀惠豐渠進行加高拓寬,現(xiàn)狀惠豐渠左岸為鐵路保護范圍,右岸為基本農(nóng)田,空間位置限制,如果選用土堤,則本身土方填筑量較大,且與原地面銜接自然,與周邊自然環(huán)境融洽,適合于城市居民休閑生活的需要和人們對水環(huán)境的心理要求。故在惠豐渠采用占地面積少的方案三。

根據(jù)實際情況,采用生態(tài)砌塊直立擋墻,左右岸砌塊高3.2 m,砌塊下部為混凝土基礎(chǔ)高0.6 m,混凝土基礎(chǔ)下部為碎石墊層找平層,厚度為0.3 m。河道上口寬7.70 m,砌塊迎水面坡比1∶0.24,兩岸堤頂寬度為3 m,滿足通行要求。

2.3 堤頂高程計算

（1）風(fēng)浪要素

平均波高采用莆田公式計算：

平均波周期按下式計算：

風(fēng)浪達到穩(wěn)定狀態(tài)的最小風(fēng)時按下式計算：

式中：H 為平均波高,m；T 為平均波周期,s；V 為計算風(fēng)速,m/s；F 為風(fēng)區(qū)長度,m；d 為水域的平均水深,m；g 為重力加速度,9.81 m/s2；tmin為風(fēng)浪達到穩(wěn)定狀態(tài)的最小風(fēng)時,s。

（2）波浪爬高

在風(fēng)直接作用下,正向來波在單一斜坡上的波浪爬高可按下列方法確定：

（3）堤頂高程的確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286－2013）,堤頂高程按設(shè)計洪水位加堤頂超高確定,具體見表2。

表2 設(shè)計堤頂高程統(tǒng)計表

2.4 堤頂寬度

堤頂路作為防汛救災(zāi)的主要交通要道,同時也是人們休閑散步、親水觀賞的主要場所。堤頂寬度按《堤防工程管理設(shè)計規(guī)范》和《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定,結(jié)合我國城市建設(shè)發(fā)展需要,確定堤頂寬度。按照《堤防工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定,一級堤壩的最大寬度不能低于8 m,2 級不能低于6 m,3級不能低于3 m。具體見表3。

表3 堤頂寬度統(tǒng)計表

2.5 沖刷計算

河道底部及護岸局部沖刷參考《堤防工程設(shè)計規(guī)范》按下式計算：

式中：hs為局部沖刷深度,m；H0為沖刷出的水深,m；Ucp為近岸垂線平均流速,m/s；Uc為泥沙啟動流速,m/s；n 為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)的參數(shù),取n=1/4。φ為水流流速不均勻系數(shù)。

分別選取黃柏河斷面,潭峪河斷面,惠豐渠斷面進行沖刷計算,計算結(jié)果見表4。

表4 河道沖刷深度計算表

3 結(jié)語

河道綜合整治是降低洪災(zāi)損失、改善兩岸生態(tài)環(huán)境的主要工程措施,其主要工程措施是建設(shè)防洪堤,在選取防洪堤的結(jié)構(gòu)形式時,要充分考慮河床的沖刷變形對河道的影響,根據(jù)公式和實測資料,確定最佳的斷面形式。通過對新河鄠邑區(qū)綜合整治工程的堤防設(shè)計和施工,此次治理的潭峪河、黃柏河和許家河為新河一級支流,是鄠邑區(qū)防洪、排澇的主要河流。因此,新河流域的治理對于改善區(qū)域防洪、排澇系統(tǒng)、增強區(qū)域綜合防災(zāi)能力具有重要意義,確保了本地區(qū)水資源的安全。