千河防洪治理工程水工設(shè)計難點探析

祁雷

摘 要：在寶雞市千河防洪治理工程水工設(shè)計中，對于在堤防工程、護(hù)岸工程、護(hù)坡設(shè)計、穿堤涵閘等幾部分中遇到的難點問題逐一論述分析，并提出了解決問題的方法。對于涉及范圍廣、工程型式多的防洪工程，水工設(shè)計時要分縣區(qū)、分段落、分工程型式具體問題具體分析，不能千篇一律的搞均一化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：千河 防洪治理 水工設(shè)計 難點探析

前言

千河為渭河左岸一級支流，地處寶雞市西北部，發(fā)源于甘肅省張家川回族自治縣唐帽山南麓石廟梁，從隴縣唐家河入陜西省寶雞市境。千河在寶雞市流經(jīng)隴縣、千陽、鳳翔、陳倉區(qū)、高新區(qū)等5個縣（區(qū)）。工程的治理范圍從隴縣固關(guān)街～千河入渭口，治理河道總長度106.50 km。全線干流設(shè)計總長度134.30km，支流設(shè)計總長度7.472km。

由于本工程涉及范圍較廣，工程型式也較多，且所涉及到的5個縣區(qū)的保護(hù)對象、防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程等級也不同，故在水工設(shè)計時按堤防工程、護(hù)岸工程、護(hù)坡設(shè)計、穿堤涵閘等幾大部分分別進(jìn)行論述，各個部分設(shè)計時都會遇到些難點問題。

堤防工程

1、提出問題

堤防工程設(shè)計中遇到的難點問題有：①堤頂超高計算參數(shù)的選取、②堤身滲流和堤坡穩(wěn)定計算參數(shù)的選取。

2、難點分析及解決方法

難點①：堤頂超高計算時，嚴(yán)格按照[1]要求，堤頂超高為波浪爬高、風(fēng)壅增高及安全加高三者之和。涉及有計算風(fēng)速、風(fēng)區(qū)長度、水域的平均水深、風(fēng)向與堤法線夾角、摩阻系數(shù)、經(jīng)驗系數(shù)等參數(shù)。由于縣區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)城防段30年、農(nóng)防段10年，且計算中有些參數(shù)可以由公式或其他專業(yè)提供獲得，但有的參數(shù)就需要反復(fù)比較選取才行。例如計算風(fēng)速的選取，規(guī)范中對設(shè)計波浪的計算風(fēng)速的規(guī)定可采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍，但本工程特點是縣城城防段和臨近兩段農(nóng)防段的防洪標(biāo)準(zhǔn)各不相同，以致于防洪流量不同，設(shè)計參數(shù)的水域平均深度就不同，故計算風(fēng)速的取值同樣也應(yīng)有差別，要不計算出的30年和10年設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的堤頂超高值相差不明顯。解決方法：在計算堤頂超高時，據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)首先劃分防洪單元，參數(shù)的選取要具體段落具體分析選取，不能一概而論的選取相同參數(shù)。

難點②：堤身滲流和堤坡穩(wěn)定計算分析時，也遇到同樣的參數(shù)選取問題。堤防工程包括有： 新修堤防、重修堤防、加培堤防等。新修堤防、重修堤防的筑堤土料選取的是臨河側(cè)灘地砂礫料，而加培堤防只是在原有老堤欠寬在0.5m以上、欠高在0.4m以上及臨河側(cè)坡比陡于1：1.5的堤防上，以背水側(cè)加高培厚為主進(jìn)行堆筑。故在計算滲流和堤坡穩(wěn)定時，參數(shù)的選取要分堤防類型分段落選取進(jìn)行計算。解決方法：據(jù)地質(zhì)資料，按工程類型分別選取相應(yīng)參數(shù)。對于新修堤防、重修堤防選取臨河側(cè)灘地砂礫料的參數(shù)，而對于加培堤防選取原堤身土料參數(shù)進(jìn)行計算分析。

護(hù)岸工程

1、提出問題

工程區(qū)內(nèi)兩岸現(xiàn)有明顯高的階地或自然岸坎段，其易受水流、風(fēng)浪作用，可能發(fā)生沖刷破壞，故需要采取防護(hù)措施。護(hù)岸工程設(shè)計中遇到的難點問題有：①墻式護(hù)岸、坡式護(hù)岸的劃分；②墻式護(hù)岸的結(jié)構(gòu)型式與穩(wěn)定計算。

2、難點分析及解決方法

難點①：由于墻式護(hù)岸、坡式護(hù)岸兩種護(hù)岸型式從設(shè)計方法、工程量、工程投資等方面都有所不同，故護(hù)岸工程設(shè)計的首要問題是先劃分護(hù)岸型式。如：在隴縣固關(guān)街～大橋段及千陽縣右岸下游段，河槽多呈“U”型，河道窄、岸坎高、坡度陡，需要修筑擋墻進(jìn)行防護(hù)，經(jīng)過比較分析后選取墻式護(hù)岸，擋墻背水側(cè)緊貼原狀自然岸坡，臨水側(cè)坡比按1：0.5～1：0.7設(shè)計；而在坡度相對較緩的階地或自然岸坎修筑護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)，坡式護(hù)岸迎水坡基本按原狀岸坡砌護(hù)，設(shè)計砌護(hù)坡比在1：1～1：2之間。解決方法：在護(hù)岸設(shè)計前首先要根據(jù)現(xiàn)狀地形、河道外形及寬度、水流沖刷等情況劃分出兩種護(hù)岸型式再分別進(jìn)行相關(guān)設(shè)計。

難點②：墻式護(hù)岸一般選取重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，而重力式擋土墻又分為直立式、衡重式、仰斜式、俯斜式等，墻式護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式與穩(wěn)定計算也是個主要問題。如：隴縣固關(guān)街～大橋段的墻式護(hù)岸選取的就是仰斜式，M7.5漿砌石砌筑，頂寬0.6m，基礎(chǔ)底埋至于灘面以下1.5m，擋墻上部砌護(hù)頂高程在設(shè)計洪水位以上0.5m；而千陽縣段（R53+755～R52+777）由于自然岸坎較高（20m左右），岸坡下部臨水，且位于河流的急流段，人工砌護(hù)擋墻難度較大，設(shè)計過程中進(jìn)行了多種方案的比較，并咨詢了有關(guān)專家的意見，最終選取機械拋鋼筋籠石方式防護(hù)，頂寬1m，底寬2m，再緊挨底層鋼筋籠石底部鋪置一層4m寬×0.5m高的水平護(hù)基格賓進(jìn)行防護(hù)。解決方法：在墻式護(hù)岸設(shè)計前需要根據(jù)現(xiàn)狀地形并考慮施工條件等因素合理選取擋土墻型式，再根據(jù)水位和沖刷等數(shù)據(jù)確定擋土墻斷面尺寸，并采用《北京理正巖土軟件5.11版》進(jìn)行擋土墻驗算。

護(hù)坡設(shè)計

1、提出問題

在堤防工程、坡式護(hù)岸工程及護(hù)坡工程中都需要進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)設(shè)計。護(hù)坡設(shè)計中遇到的難點問題有：①護(hù)坡材料的選用、②護(hù)腳設(shè)計中基礎(chǔ)埋深的確定。

2、難點分析及解決方法

難點①：由于千河干流河道斷面平均流速一般超過堤身填筑砂礫料的不沖流速，洪水的掏刷及風(fēng)浪的沖擊威脅著堤身的安全，故需進(jìn)行護(hù)坡處理，護(hù)坡材料的選用就尤為重要。經(jīng)過對4種護(hù)坡材料的分析比較，最終選取漿砌石和格賓兩種材料進(jìn)行臨水側(cè)砌護(hù)，背水坡采用植草皮進(jìn)行綠化防護(hù)。解決方法：護(hù)坡材料的選取要根據(jù)各縣情況具體問題具體分析，河床窄、比降大、流速大、迎水坡坡比陡的段落迎水坡護(hù)坡材料選用M7.5漿砌石；其余段落和縣城城區(qū)段為了增加景觀綠化效果，迎水坡均采用格賓材料防護(hù)。

難點②：根據(jù)[1]，基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)滿足抗沖刷要求。水流對岸坡的沖刷與近岸流速、水深、水流方向與岸坡的夾角、河床組成等因素有關(guān)，其沖刷深度可按規(guī)范中公式進(jìn)行計算，計算參數(shù)包括有泥沙容重、床沙中值粒徑、行進(jìn)流速、沖刷處水深、水流與岸坡交角、水流流速不均勻系數(shù)等。解決方法：首先進(jìn)行沖刷深度計算，再據(jù)歷史沖刷深度調(diào)查資料、地質(zhì)報告建議值等因素綜合確定防沖深度值，最后確定基礎(chǔ)埋置深度值。在基礎(chǔ)埋深設(shè)計時，以往采用的是深埋基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底均位于深泓點以下防沖刷深度，然而這次設(shè)計時為了減少施工開挖難度、節(jié)約投資，在多方比較咨詢后，選用淺埋基礎(chǔ)型式，基礎(chǔ)底高程一般在自然岸坡臨水側(cè)坡腳以下1.0m，采用0.8m寬×1m高的漿砌石或格賓網(wǎng)基礎(chǔ)腳槽，緊挨腳槽再做水平格賓護(hù)基。水平格賓護(hù)基的最大寬度視沖刷深度而定，本工程采用2～2.5倍沖刷深度值。

穿堤涵閘

1、提出問題

全線工程治理范圍內(nèi)共涉及穿堤涵（閘）9處，均是在原有排水涵管或排水渠基礎(chǔ)上進(jìn)行重建。穿堤涵閘設(shè)計時遇到的難點問題是：復(fù)核原涵閘的過流能力。

2、難點分析及解決方法

設(shè)計的9處穿堤涵閘，其中千陽縣的2處和陳倉區(qū)的1處涵閘已知原有涵洞的尺寸及過流量，均按原型式重建。難度較大的是復(fù)核高新區(qū)6處原有涵管的最大過流能力，在已知涵管的管徑情況下，假定圓形涵管水深計算涵管過流量。

解決方法：根據(jù)[5]，當(dāng)假設(shè)水深到最小凈空高度時，過流量為原有涵管最大過流量，近似計算公式如下：

分別計算出原砼涵管不同管徑的最大過流量，再據(jù)此流量設(shè)計穿堤箱涵的尺寸及型式。

結(jié)語

千河防洪治理工程設(shè)計中所遇到的以上幾個水工難點問題，均通過分析研究最終得到了解決，使得水工方面的設(shè)計工作得以圓滿按期完成，并最終通過總院審查。

總的來說，對于這樣的涉及范圍廣、工程型式多的防洪工程，水工設(shè)計時要分縣區(qū)、分段落、分工程型式具體問題具體分析，不能千篇一律的搞均一化設(shè)計。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50286—2013堤防工程設(shè)計規(guī)范[S].中國計劃出版社，2013.

[2] 朱峰.堤防工程可行性研究報告水工設(shè)計編制內(nèi)容若干建議[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計，2013，04：56-58.

[3] 朱峰，湯洪潔.堤防工程設(shè)計若干問題分析[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計，2013，06：55-57.

[4] 朱峰.堤防工程護(hù)坡和護(hù)岸設(shè)計[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計，2013，07：41-42.

[5] 趙延風(fēng)，蘆琴，張寬地.圓形斷面均勻流水深的近似計算公式[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，05：225-228.

（作者單位：寶雞市水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計院）