平原地區中小河流治理工程設計思路

鄭 芳

（江西省水利規劃設計院，江西南昌 330029）

我國中小河流眾多，分布廣，流域面積在200平方公里以上、有防洪任務的中小河流有9200多條。大部分中小河流的防洪設施標準低，河道淤積萎縮嚴重，堤防未得到過系統治理、險工險段較多，防洪保障體系不健全。因此，加快中小河流治理是保障和改善民生的必然要求，是完善防洪減災體系的迫切需要；加快中小河流治理，提高防洪能力，保障人民群眾生命財產安全和經濟社會可持續發展。

根據中小河流治理規劃，在 2013年前全面需完成2209條中小河流重要河段的治理任務，2013～2015年要完成2800條左右中小河流的主要河段的治理。其中，平原地區的河流占了1/4以上，同時，平原地區的中小河流保護的區域具有人口集中、土地資源較豐富、地理位置優越、交通便利等特點，因此，平原地區的中小河流治理尤為重要。

本文以豐城市秀富水左岸的鴉豐聯圩除險加固工程為例，介紹平原地區中小河流治理的工程設計的整體思路。

1 工程概況

秀富水是清豐山溪的一級支流，發源于豐城市秀市鎮源里村，自東南向西北流經杰坪村、秀市鎮、小石下、汊口村，于右岸石灘鎮羅家咀匯入清豐山溪。流域面積520km2，主河道長82km，主河道平均比降0.278‰。

鴉豐聯圩隸屬豐城市管轄，位于秀富水的左岸，由原來萬畝以上圩堤鴉豐聯圩和陳埠圩合并而成，堤線總長30.50km。圩堤保護面積42.70km2，保護耕地4.14萬畝，保護人口3.05萬人。保護孫渡、劍南、榮塘、橋東4個鄉鎮、18個行政村，116個自然村的防洪安全，保護區內有京九鐵路、豐洛鐵路、豐撫公路、豐樂公路等重要設施。鴉豐聯圩保護區內地勢平坦，土地肥沃，水土資源豐富，盛產糧食及農副產品，為豐城市重要商品糧基地，水路、陸路運輸較為方便。

2 工程地質

秀富水河曲發育，地勢平坦開闊，鴉豐聯圩堤段主要為沖積平原地貌，沿河流發育漫灘。圩堤內地表水系發育，淵塘密布，沿堤線內側多見有長條狀溝渠。圩堤堤身土主要取自堤內外兩側表土，主要為粘土、壤土，填筑質量一般。堤基地質結構主要為單層結構Ⅰ1亞類、雙層結構Ⅱ1、Ⅱ2亞類及多層結構Ⅲ1、Ⅲ2亞類堤基。根據歷史險情記錄與地質勘察資料分析，該堤段存在的主要工程地質問題為堤基滲透穩定、岸坡穩定問題及沉降變形穩定問題。

3 工程存在的問題及主要任務

3.1 工程存在的問題

鴉豐聯圩保護區在該地區經濟發展中占有較重要的地位，農業生產發展潛力大，防洪治理后，將為該地區改變經濟落后的面貌，促進經濟可持續發展發揮重要作用。現有防洪工程對防御洪澇災害雖起一定的作用，但存在問題較多。

（1）河道坡降平緩，河床淤塞嚴重，相應抬高了河道水位，防洪形勢日趨嚴峻。

（2）組成岸坡土層，抗沖性差，抗沖流速一般小于汛期河水流，特別是粘性土層之下的中、細砂層易于沖刷淘蝕，形成坍塌，迎流頂沖段破壞尤劇。局部堤段堤外無灘地，河床逼近堤防，危及堤防安全。

（3）現狀堤身單薄，堤頂高程不滿足防洪標準要求。

（4）部分堤段堤身填筑質量一般，汛期外河水位較高作用下，堤身易產生滲漏及滲透破壞，甚至產生堤身塌坡、脫坡現象。在雨水的沖刷作用下，易產生水土流失，影響堤身邊坡的穩定。

（5）穿堤建筑物普遍存在涵管管身破損、材料老化、局部坍塌及漏水嚴重等問題，已不能正常運行，嚴重威脅到大堤防洪安全。

3.2 工程建設的主要任務

根據河道、堤段存在的具體問題，分別采用河道疏浚清障、護坡護岸、堤身加高加固、堤身堤基防滲處理、建筑物加固以及重新鋪設堤頂防汛公路等防洪治理工程措施。逐步建設完善鴉豐聯圩工程，以達到增加河道行洪能力，提高防洪功能的目的。

4 工程布置及主要建筑物

根據《防洪標準》（GB50201-94）和《堤防工程設計規范》（GB50286-98）等有關規定，結合圩堤保護區社會經濟 地位的重要性、人口規模等，確定本工程為5級堤防。防洪標準為抵御秀富水十年一遇的洪水。穿堤建筑物的級別根據其規模按《水閘設計規范》（SL265-2001）確定，但不應低于5級，建筑物的設計洪水位比所在堤段設計洪水位提高0.5m。

4.1 河道疏浚工程

根據現狀河勢及測量資料，對主河床范圍內的洲地進行清淤整治，以平順河道縱坡，減少糙率。疏浚開挖料可以利用于堤后填塘，其他棄料運至指定棄渣場堆放，不得隨意堆放在河道內。

4.2 堤防工程

通過根據《堤防工程設計規范》（GB50286-98），堤頂超高按下式計算：

式中：Y —堤頂超高（m）；

R —設計波浪爬高（m）；

e —設計風壅增水高度（m）；

A —安全加高（m），A =0.5m。

通過計算，堤頂超高值為0.99，為此確定本段堤頂超高為1.0m。

根據現狀堤身斷面及堤身土質情況，按照確定的堤頂高程及設計標準斷面進行加高培厚處理，并配合堤防滲流計算、堤身抗滑穩定分析計算，確定堤防設計斷面為：堤頂寬4.0m，堤頂設寬3.5m的泥結碎石防汛路面，臨水坡坡比為 1:2.5，背水坡為1:2.5。

堤基土主要為雙層結構，局部為單一砂性土結構，或多層結構。雙層結構有上薄層粘性土、下伏砂性土結構與上厚層粘性土，下伏砂性土結構。外河水易通過砂性土形成的滲漏通道在堤內蓋層缺失或薄弱處產生滲透破壞。堤基滲控措施按其作用可分為壓滲、排滲、截滲等，通過對臨水側防滲鋪蓋、垂直防滲、背水側壓滲蓋重、排水減壓井（溝）等措施的防滲效果、施工及適用條件分析，結合地形地質情況和堤基滲流計算結果，確定對堤防沿線的坑、塘處采用填塘固基的防滲措施。

4.3 護坡、護岸工程

4.3.1 護坡工程

硬化護坡堤段的選擇主要依據以下原則：首先對河道彎曲，主河道直接為迎流頂沖堤段和高水位時形成的迎流頂沖、主流直接逼近堤腳的堤段進行重點防護；其次對急流傍岸且堤外側無灘地，水流常年累月對堤坡、堤腳沖刷，已造成或將要造成堤外坡塌坡堤段，均進行硬化護坡防護處理。硬化護坡有干砌塊石、漿砌塊石、預制混凝土及現澆混凝土護坡等型式，根據本工程實際情況分析，預制混凝土護坡造價較為經濟，且防風浪效果好，施工簡單，進度快，較為美觀，施工質量容易控制，因此推薦采用混凝土預制塊護坡。

混凝土預制塊護坡厚度以混凝土塊在波浪壓力和浮力作用下，滿足整體穩定要求確定，按《水工設計手冊》式（18-10-21）計算：

式中：t —混凝土護坡厚度，m；

k —安全系數，本圩為5級堤防，取k =1.10；

2h —設計波高（m），取H10%；

γc—混凝土的容重，取2.4t/m3；

w—水的容重，取1.0t/m3；

b—沿堤坡向板長（m），b=0.52m；

α—壩坡與水平線的夾角，m =1:2.5，

α =21.8°。

通過計算，可得混凝土預制塊護坡厚度為8.5mm，本次設計取10.0mm。

本次設計對河道迎流頂沖、砂性土堤段7處共1.2km長的堤防迎水坡進行了厚10mm的混凝土預制塊護坡，其余堤段迎水坡和背水坡均采用草皮護坡。

4.3.2 護岸工程

按照不影響上、下游、左右岸地區和有利于行洪原則，主要采取平順護岸固腳形式進行處理，以穩定岸坡。平順護岸采用水下拋石固腳。水下固腳工程結構型式常用的有拋石、塑料織物土枕、軟體排、鉸鏈混凝土排、柴排等。根據對以上幾種型式的比較，拋石護岸有施工簡單，護岸效果好等優點，本次護岸工程設計采用水下拋石護岸。考慮抗沖、級配及石料來源等影響因素，塊石粒徑按《堤防工程設計規范》附錄D.3.4.1推薦公式計算：

式中：d —折算直徑（m）按球折算；

V —水流速度（m/s）取0.87m/s；

g —重力加速度；

C —石塊運動的穩定系數；水平底坡取 0.9，傾斜底坡取1.2；

rs—石塊的重率，取26.5kN/m3；

r —水的重率，取10kN/m3。

通過計算，傾斜坡上塊石最小粒徑d =0.16m，平緩底坡上塊石最小粒徑為 0.29m，為保證拋石的整體性，水平底坡和斜坡上拋石粒徑取不小于0.30m。拋石厚度一般不小于塊石粒徑的 2倍，厚0.6m。

拋石設計斷面為：拋石體頂高程為設計枯水位以上0.5m。岸坡陡于1:2的，按邊坡1:2拋護，拋石體頂寬1.5m，再外拋厚0.6m，寬4m的水平護腳。坡度緩于1:2的陡岸，按原坡拋護，斜坡上拋石厚度按0.6m控制，拋到緩于1:3平緩處或河深泓。

4.4 穿堤建筑物設計

穿堤建筑物主要存在的問題是涵管管身破損、混凝土老化、管徑過小及漏水嚴重，已不能正常運行，嚴重威脅到圩堤防洪安全。涵閘處理布局基本維持現狀不變，在對現有建筑物進行調查、分析后因地制宜地采取拆除重建、新建等方式。對強度、耐久性無問題的涵閘予以保留。對隱患嚴重的、已不能正常工作，影響大堤安全的，一律拆除，按圩堤加高加固方式回填，能合并重建的一律合并重建。

5 結 語

中小河流治理是水利部“十二五”規劃中的重點工作之一，中小河流治理任務繁重，這就需要我們設計人員更好的做好前期工作，總結出更多的設計經驗，少走一些彎路，給地方政府提供更加科學合理的設計成果，為中小河流治理項目盡快實施發揮效益盡一份力量。