六洞河巴王段治理工程堤型選擇

劉榮陽

（貴州省水利水電工程咨詢有限責(zé)任公司,貴州 貴陽 550081）

三穗縣地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶,六洞河從西到東橫穿三穗縣,是三穗縣的“母親河”。隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展,三穗縣城區(qū)向南和向東拓進(jìn),城市規(guī)模不斷擴(kuò)大。與此不相協(xié)調(diào)的是,縣城東部下游巴王段河道防洪建設(shè)不完善,防洪能力低。因此對(duì)于三穗縣六洞河巴王段的河道治理,需要結(jié)合縣城總體發(fā)展規(guī)劃,以防洪工程為主,在保證行洪安全的前提下考慮與周圍環(huán)境及生態(tài)景觀相協(xié)調(diào)。本文以六洞河巴王段為例,研究探討河道治理工程因地制宜各河段采用不同堤型斷面形式[1],同時(shí)也可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

六洞河為清水江一級(jí)支流,全流域面積2070 km2,干流河長179 km,平均比降2.47‰。六洞河巴王段治理工程位于三穗縣八弓鎮(zhèn),為縣政府所在地。六洞河干流上游河段堤防已由縣城防洪堤工程等項(xiàng)目完成修建,范圍為長坡腳至污水處理廠下游150 m,工程等級(jí)為Ⅳ等,防洪標(biāo)準(zhǔn)20 年一遇。

本次工程治理起點(diǎn)與已建六洞河干流上游防洪堤相接,終點(diǎn)位于八弓鎮(zhèn)巴王村,治理河道長度6.9 km。

2 河段防洪現(xiàn)狀

治理河段兩岸主要分布農(nóng)田和村寨,由于河道比降平緩,河道蜿蜒崎嶇,河道淤積河床逐年抬高,河道宣泄能力降低,洪水宣泄不暢,而兩岸階地較平緩,天然河堤高程較低,河道防洪建設(shè)不完善,河道行洪能力不足,防御洪水標(biāo)準(zhǔn)偏低,現(xiàn)狀河段過流能力大部分不足5年一遇,部分河道兩岸甚至常年被淹,嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)卮迕裆?、生產(chǎn)安全。

3 河道斷面設(shè)計(jì)

3.1 河道規(guī)模確定

根據(jù)縣城總體規(guī)劃,項(xiàng)目區(qū)上游河段H2+090上游為三穗縣城區(qū)規(guī)劃用地,本次治理河段樁號(hào)H2+090上游河段為城市防洪,樁號(hào)H2+090下游河段保護(hù)鄉(xiāng)村及兩岸耕地。根據(jù)保護(hù)對(duì)象的重要性,上游段防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇（與上游已建段一致）,下游段10年一遇。

3.2 河道斷面設(shè)計(jì)原則

（1）與城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃相協(xié)調(diào),上下游、左右岸應(yīng)統(tǒng)籌兼顧。

（2）盡量維持河道自然風(fēng)貌及原有形態(tài),減少硬化、渠化河道,在保證行洪安全的前提下考慮與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。

（3）利用現(xiàn)有堤防及河流走向,合理布置,盡可能減少土地占?jí)汉筒疬w,節(jié)省工程投資。

（4）河道斷面形式因地制宜多樣化,堤型變換處應(yīng)做好連接處理。

3.3 河堤斷面設(shè)計(jì)

河道斷面形式根據(jù)不同地段、不同功能采用不同斷面形式,通過比選,河段分別采用衡重式堤防、格賓石籠+生態(tài)袋堤、拋石護(hù)腳+生態(tài)袋堤、斜坡型生態(tài)護(hù)岸,左右兩岸各河段選擇堤型見表1。

表1 各段堤防堤型一覽表（左岸Z、右岸Y，提取部分）

3.3.1 衡重式擋墻堤防

對(duì)于居民點(diǎn)較密集且距離河岸近的吉洞村老寨河段,考慮到鄉(xiāng)村道路及房屋在河岸邊,占地限制較大,比選后采用衡重式擋墻防洪堤,衡重式擋墻迎水側(cè)坡度1∶0.05,背水側(cè)坡度1∶0.3。衡重力擋墻修建后高于原河岸較高（高于岸邊鄉(xiāng)村公路2 m～3 m）,為避免影響附近居民及游客進(jìn)入河道,同時(shí)減少衡重?fù)鯄こ塘?擋墻頂設(shè)防浪墻降低墻高,衡重式擋墻頂高程按洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),墻背回填開挖土石棄渣壓實(shí)回填,回填坡比1∶2,表面回填耕植土后植草,當(dāng)?shù)厝罕娍赏ㄟ^回填坡至堤頂。堤背腳修建C15 砼截水溝。衡重式擋墻嵌入河床內(nèi)的深度0.8 m大于沖刷深度。斷面示意圖見圖1。

圖1 衡重式擋墻堤防

3.3.2 斜坡型生態(tài)護(hù)岸

對(duì)于現(xiàn)有灘地大且植被較好或不宜修建明顯堤防河段,采用斜坡型生態(tài)護(hù)岸,僅對(duì)地形局部加高,使河岸滿足防洪,又可讓河岸喬木等現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境盡量保持現(xiàn)狀。堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加安全超高,堤頂寬3 m（部分根據(jù)地形頂寬0～2 m）,上下游坡比大于1∶2（與生態(tài)堤斜街段不陡于1∶1.5）,坡比不緩于1∶20,上下游坡度根據(jù)灘地范圍進(jìn)行放坡回填,護(hù)岸回填料可采用河道開挖棄料,上下游坡及頂部表面回填20 cm厚耕植土后植草。在常水位設(shè)置親水平臺(tái)置（P=50%）,親水平臺(tái)寬2 m,路面采用5 cm厚水泥砂漿鑲φ30～40鵝卵石。防洪堤堤背根據(jù)實(shí)際地形修建C15 砼截水溝。岸腳采用拋石護(hù)腳埋深0.8 m。斷面示意圖見圖2。

圖2 斜坡型生態(tài)護(hù)岸

3.3.3 拋石護(hù)腳+生態(tài)袋堤防

對(duì)于部分河岸為土堤,岸坡喬木、竹林植被生長較好不宜破壞河段,選擇拋石護(hù)腳,岸坡植被可抗沖刷,植被以下拋石抗沖刷。

堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加安全超高,堤頂?shù)缆? m寬,路面采用C20彩色透水砼15 cm,常水位P=50%以上為生態(tài)長袋坡段,為土工布袋體內(nèi)裝耕植土及草籽,坡比為1∶1.5；堤身背水面回填坡比為1∶1.5,回填耕植土后植草。防洪堤堤背根據(jù)實(shí)際地形修建C15砼截水溝,底坡按與堤防設(shè)計(jì)縱坡一致。堤身為開挖土石棄渣壓實(shí)回填。

親水平臺(tái)置于常水位（P=50%）或根據(jù)地形略高于常水位,親水平臺(tái)寬2 m,路面采用水泥砂漿鑲φ30～40鵝卵石。親水平臺(tái)靠河岸側(cè)保留現(xiàn)有河岸植被生態(tài),岸腳采用拋石護(hù)腳,拋石基礎(chǔ)埋深0.8 m,護(hù)腳從底部到頂部高2.0 m（不破壞現(xiàn)有植被,可適當(dāng)調(diào)整）。斷面示意圖見圖3。

圖3 拋石護(hù)腳+生態(tài)袋堤防

3.3.4 格賓石籠+生態(tài)袋堤防

對(duì)于河岸為土堤河段,堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加安全超高,堤頂及兩側(cè)邊坡結(jié)構(gòu)與拋石護(hù)腳+生態(tài)袋河堤的一致,河床護(hù)腳采用格賓石籠擋墻,格賓石籠擋墻親水平臺(tái)置于常水位（P=50%）以下,頂寬1m,基礎(chǔ)埋深0.6 m～1.2 m,迎水面呈梯步砌筑,梯步從底部開始按0.5 m×1.0 m（寬×高）逐步收梯至常水位。格賓擋墻背水面垂直,墻后采用聚酯長纖無紡布進(jìn)行反濾。斷面示意圖見圖4。

圖4 格賓石籠+生態(tài)袋堤防

3.4 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）進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見表2。

表2 沖刷深度計(jì)算成果表

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果,并結(jié)合各段堤型,拋石護(hù)腳埋深取0.8 m,衡重式擋墻埋深取0.8 m。格賓石籠頂按常年水位（P=50%）設(shè)置,實(shí)際埋深根據(jù)格賓石籠尺寸為0.6 m～1.2 m。

3.5 岸坡抗滑穩(wěn)定分析

衡重式堤防穩(wěn)定計(jì)算包括抗滑穩(wěn)定及抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算,斜坡型生態(tài)護(hù)坡、拋石護(hù)腳+生態(tài)袋堤防、格賓擋墻+生態(tài)袋堤防包括邊坡穩(wěn)定計(jì)算,穩(wěn)定計(jì)算方法為瑞典圓弧法。本次以衡重式計(jì)算為例。

衡重式堤防擋墻穩(wěn)定安全系數(shù)按下式：

式中：Kc為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)； ∑W為作用于墻體上的全部垂直力的總和,kN；∑P為作用于墻體上的全部水平力的總和,kN；f為底板與地基之間的摩擦系數(shù),取0.45。

衡重式堤防擋墻抗傾穩(wěn)定性按下式計(jì)算：

式中：K0為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑MV為抗傾覆力矩,kN·m；∑MH為傾覆力矩,kN·m。

計(jì)算結(jié)果如下：

（1）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算?；屏? 44.785 kN,抗滑力=107.257 kN,滑移驗(yàn)算滿足：Kc=2.395＞1.300。

（2）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。安全系數(shù)最不利為：傾覆力矩=109.601 kN·m,抗傾覆力矩= 310.003 kN·m。

傾覆驗(yàn)算滿足：K0=2.828＞1.500

從上述計(jì)算可以看出,堤防穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)語

本工程從縣城規(guī)劃、工程占地、生態(tài)環(huán)境以及防洪的銜接等條件出發(fā),經(jīng)綜合比選并結(jié)合項(xiàng)目區(qū)實(shí)際條件,各河段分別采用衡重式堤防、格賓石籠+生態(tài)袋堤防、拋石護(hù)腳+生態(tài)袋堤防、斜坡型生態(tài)護(hù)岸多種堤型相集合,使本工程做到防洪與生態(tài)相結(jié)合,河道上下游連接形成封閉防洪體系,提高河道防洪標(biāo)準(zhǔn),確保汛期沿河居民生命財(cái)產(chǎn)安全。本文所述工程案例可為相似工程的設(shè)計(jì)提供參考。