呂梁三川河交匯處堤防斷面設計優化比選

高曉靜

（呂梁市水利勘測設計研究院 山西呂梁 033000）

呂梁三川河交匯處堤防斷面設計優化比選

高曉靜

（呂梁市水利勘測設計研究院 山西呂梁 033000）

三川河是呂梁市境內的一條山區河流，屬于黃河一級支流，由北川河、東川河、南川河匯合而得名。三河交匯于柳林、離石兩縣邊界處，多年來，由于水事糾紛和河道斷面大彎道多，該段河道一直未得到徹底有效整治。近年來，柳林縣在此興建光電子產業園區，要求防洪任務大、標準高，對此本文對該段堤防進行了重力式漿砌石和扶壁式鋼筋混凝土堤防斷面比較分析，主要從經濟合理、高度安全、優缺點適用性幾方面進行了比較，從中推選鋼筋混凝土扶壁式擋土墻結構斷面更適用于本工程項目。

堤防斷面 設計優化 比選

1　基本情況

三川河屬黃河一級支流，由北川河、東川河、南川河匯集而成，以北川河為主源，流經離石城西接納東川河水，再經交口鎮攬入南川河水，故形成三川河，然后貫穿柳林縣城后于石西鄉西河口村注入黃河左岸。河道全長174.9km，流域面積4161km2，河道平均縱坡5.73‰。北川河是三川河的一級正源，發源于方山縣開府鄉赤堅嶺村，河道全長110km，流域面積1476km2，主河道縱坡6.4‰。東川河由大東川河與小東川河組成，主流為大東川河，發源于呂梁薛公嶺山神林溝，由東向西貫穿于離石市的吳城鎮、王營莊鄉、田家會鎮和城關鎮，在離石市區西南的王家坡村匯入北川河。河道全長67km，流域面積922.2km2，河道平均縱坡14‰。南川河發源于呂梁山西麓，中陽縣劉家坪鄉上頂山鳳尾溝，由南向北流經劉家坪鄉、城關鎮、金羅鎮，在金羅鎮的道棠村與離石市接址的交口鎮注入三川河。河流全長47.8km。流域面積為851.57km2，河道縱坡上段（中陽縣城以上）15.4%，下段1%。

三川河屬暖溫帶大陸性氣候區，濕熱交替分明，四季分明，雨量分布極不均勻,汛期(6-9月)降水量約占全年雨量的70%左右,最大月降雨量一般發生在7、8月。歷年平均氣溫10.5℃，最冷1月平均氣溫-6.1℃，最熱7月平均氣溫24.6℃，無霜期171-277天，多年平均降雨量500～600mm，最大凍土深度100cm。

三川河上游段屬離石、柳林縣界河，河道兩岸僅有土坡護堤，一直以來侵占河道現象嚴重，水事糾紛不斷，至使該段河堤一直未得到整治，每逢汛期山洪暴發時，沿河村莊、廠礦基本上是小洪小災、大洪大災。近年來，柳林縣在該段左岸建設李家灣光電子產業園區，為保證園區的正常生產及工礦企業的生命財產安全，促進經濟發展，盡快在園區臨河側修筑護岸堤防工程，是必要而迫切的。

根據工程建設要求，柳林李家灣光電子產業園區段堤防工程主要任務是：在三川河上游左岸修筑防洪堤防，并疏通河道，使河道防洪能力達到50年一遇防洪標準。一期工程范圍及長度：北至三川河王家塔大橋，南至劉家溝支溝匯入口以下100m處，樁號范圍1+732.4～2+500，全長767.6m。

2　堤防斷面設計

2.1防洪標準4

根據李家灣光電子產業園區綜合企業一期建設規模及項目區位置處于呂梁市區范圍（屬于中等城市），綜合確定該段堤防防洪標準為50年一遇，洪峰流量為3704.5m3/s。

2.2堤防高度

堤頂高程應按設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定，而堤防超高由設計波浪爬高、設計風壅增長高度和安全加高三者相加得出。水力計算斷面取1+700～2+800段進行計算，綜合糙率取0.030，設計縱坡為0.004596。由于正常水深大于臨界水深，水流形態為緩流，故選取下游比較平緩順直河段斷面2+800作為控制斷面。采用河道恒定流水面曲線公式向上游推算水面線，彎道部分加1/2橫向水位差。計算采用濟南《百圖水力計算軟件2004》。

堤防基礎埋置深度應滿足抗沖刷和凍結深度的要求。水流平行于河堤產生的沖刷按《堤防工程設計規范》式（D2.2-1）計算，彎道最大沖深值計算公式采用《水力計算手冊（第二版）》式8-3-36計算。

經計算，不同樁號段采用不同的堤防高及基礎埋深。樁號1+732.4～1+900段，堤防高6m，基礎埋深2.5m；1+950～2+200段，堤防高6.2m，基礎埋深3m；樁號2+200～2+500段處于凹岸彎道，堤防高6.7m，基礎埋深3.5m。

3　堤防結構設計

考慮到本工程項目堤防斷面大，建筑高度較高，從重力式漿砌石堤防和扶壁式鋼筋混凝土堤防斷面分別進行了穩定分析，在結構穩定基礎上進行了設計優化比選。

3.1重力式漿砌石堤防

選取6.7m高堤防進行穩定計算，地基為礫石土，河堤頂寬0.6m，基礎埋深3.5m。迎水坡比為1:0.2，背水坡比為1:0.45，迎水坡外延0.6m，背水坡外延0.6m。

土壓力按庫侖主動土壓力計算，計算公式及安全系數均取自《水工擋土墻設計規范》。

穩定計算成果見表1。

表1　穩定計算成果表

圖1　堤防斷面圖

3.2扶壁式鋼筋混凝土堤防

扶壁式堤防采用C25鋼筋混凝土結構，基礎結合M7.5漿砌石防沖齒墻。河堤穩定計算選堤防高度6.7m，15m段長的斷面進行計算，地基為礫石土。墻趾高度0.8m，墻踵高度0.8m，墻頂寬度0.5m，扶壁底寬4.22m（即坡比1：0.63）。每15m堤防設扶壁3個，左壁長度2.25m，右壁長度2.25m，扶壁間距4.5，扶壁厚度0.5m。摩擦系數采用0.5（采用地勘報告數據），墻體容重25KN/m3，土容重18KN/m3，墻后回家墻土內摩擦角不小于30度，地震烈度6度及以下。穩定分析計算采用濟南《百圖水工擋土墻設計軟件》。計算斷面見圖1。

穩定計算結果：

抗滑系數 K1=1.879 （Kc允許=1.30，抗滑穩定滿足要求）

抗傾系數 K2=3.610 （Ko允許=1.55，抗傾穩定滿足要求）

4　堤防斷面設計比選

選取墻高6.7m，段長1m的堤防分別從重力式漿砌石堤防和扶壁式鋼筋混凝土堤防進行了分析比較，見表2。

表2　堤防設計斷面比選表

5　結論

從以上斷面比選表結合三川河交匯處堤防實際情況（堤防建筑高度為9.5m～10.2m）,從經濟合理、高度安全、優缺點適用性幾方面分析比較，扶壁式鋼筋混凝土堤防結構型式更適用于本工程項目，雖然施工過程需要配置鋼筋，施工較麻煩，但是比較大體積的漿砌塊石，施工質量更易于控制，并且扶壁式鋼筋混凝土堤防基礎結合漿砌石防沖齒墻，有效地解決了堤防抗沖深能力不足的問題。因此，本工程項目堤防采用扶壁式鋼筋混凝土堤防結構型式。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.08.026

TV87

B

1672-2469（2014）08-0083-03

高曉靜（1974年—），女，工程師。