大野口河河道治理工程設計實例研究

周斌武

（張掖市甘州水利水電勘測設計院 甘肅 張掖 734000）

1 工程概況

大野口河位于甘州區南部山區，干流出山后流經甘州區花寨鄉柏楊樹村，在出山口16+500處與左岸祁連山北麓淺山區的季節性河流紅溝石河、珠山河及大苦水河匯合后折向東流，最終流經甘州區堿灘鎮后匯入山丹河，干流全長56.13km，流域總面積160.0km2。流域內有花寨鄉、龍渠鄉和大滿鎮3個鄉鎮。花寨鄉距城區40km，地勢東南高西北低，海拔高程在1810m～2300m之間。龍渠鄉和大滿鎮距城區20km，地勢西南高東北低，海拔高程在1560m～1680m之間。

本次大野口河河道治理工程的主要任務是通過對大野口河干流出山后0+000～1+500段、16+500～25+500段及其左岸支流紅溝石河、珠山河和大苦水河采取防治洪水災害的工程措施，減少致災因素及減緩致災因素向不利方向演變的趨勢，建立和完善防災減災體系，提高防御洪水災害的能力，減少洪水災害導致的人民生命財產的傷害和損失，促進和保障大野口河流域沿岸及下游人口、資源、環境和經濟社會的協調發展。

2 大野口河河道治理工程防洪堤堤身結構設計

2.1 防洪堤基礎埋深、堤頂寬度、堤坡、堤岸上防護等設計

根據計算，大野口河樁號0+000～1+500段基礎沖刷深度為0.46m～0.7m，16+500～25+500段基礎沖刷深度為0.04m～1.99m；大苦水河基礎沖刷深度為0.32m～1.17m；珠山河基礎沖刷深度為0.08m～0.97m；紅溝石河基礎沖刷深度為0.28m～0.7m。

根據工程地質資料，防洪堤基礎埋深不得小于最大凍土深度。因此，大野口河及其支流新建防洪堤的基礎埋深確定為：大野口河樁號0+000～1+500段防洪堤基礎埋深1.6m，16+500～25+500段防洪堤基礎埋深2.0m；大苦水河0+000～5+000段防洪堤基礎埋深2.0m；珠山河0+000～3+020段防洪堤基礎埋深1.6m；紅溝石河0+860～3+925段防洪堤基礎埋深1.6m。

堤頂寬度應根據堤身穩定、管理維護、施工、交通要求確定。按照《堤防工程設計規范》（GB50286-98），5級堤防頂寬不宜小于3m，結合工程實際，設計堤頂寬取3.0m，砂礫石路面，堤頂向臨水側傾斜，坡度為2%。

堤坡根據堤防等級、結構、堤高、填筑材料等條件，采用坡式防洪堤，經計算確定防洪堤臨水坡邊坡1∶1.5，背邊坡1∶1.25。混凝土板護面厚度為0.18m,設計基底取0.20m，坡頂取0.15m。

2.2 防洪堤堤身結構設計

根據以上計算成果，以大野口河樁號18+500處防洪堤橫斷面作為典型斷面，對防洪堤堤身結構設計進行經濟方案比較。該處斷面設計洪水深為1.0m。

方案一：砂礫石堤身，現澆C15砼護面

防洪堤按照就地取材的原則，堤身設計為砂礫石堤身，梯形斷面，堤頂寬3.0m，堤內、外坡比為1∶1.5，堤身高2.0m，基礎埋深2.0m。內坡及封頂采用現澆C15/F100/W4砼護面，護面砼厚度從底到頂由0.2m變為0.15m；封頂寬0.5m，厚0.15m，砼護面沿縱向方向每4m設置一道伸縮縫。

方案二：砂礫石堤身，C15細粒砼砌石護面

堤身設計為砂礫石堤身，梯形斷面，堤頂寬3.0m，堤外坡比為1∶1.5，堤身高2.0m，基礎埋深2.0m。內坡及封頂采用現澆C15/F100/W4細粒砼砌石護面，護面砼厚度為0.35m；封頂寬0.5m，厚0.3m，砌石護面沿縱向方向每8m設置一道伸縮縫，兩種方案橫斷設計圖見圖1、圖2。兩方案防洪堤堤身結構設計單位投資比選表見表1。

經過比較：方案一具有結構輕巧，抗沖擊、抗凍脹性較強，施工簡單快捷，施工工藝先進，工程質量易保證，當地砼材料豐富，工量小，造價低的特點；方案二具有結構簡單，有一定的抗凍脹、抗泥石流沖擊性能，施工方便，但采用人工砌筑，質量不易控制，結構斷面大，工程量大，塊石材料缺，工程造價高的特點。因此，本工程把方案一作為推薦方案。

表1 防洪堤堤身結構設計單位（1.0km）投資比選表

根據方案比選結果，本次大野口河河道治理工程防洪堤堤身設計為砂礫石堤身，梯形斷面，堤頂寬3.0m，臨水邊坡為1∶1.5，背水邊坡為1∶1.25，堤身高1.29m～2.51m，其中：大野口河樁號0+000～1+500段防洪堤設計堤身高度1.25m～1.32m，樁號16+500～25+500段防洪堤設計堤身高度2.0m～2.51m；大苦水河樁號0+000～5+000段防洪堤設計堤身高度1.29m～1.55m。堤身內坡采用現澆C15砼護坡，護坡厚度由0.2m變為0.15m，封頂寬50cm，厚0.15m。基礎垂直埋深1.6m～2.0m，其中：大野口河樁號0+000～1+500段垂直深度為1.6m，樁號16+500～25+500段垂直深度為2.0m；大苦水河樁號0+000～5+000段垂直深度為1.6m；紅溝石河和珠山河垂直深度為1.6m。基礎與護面為同一坡比，現澆C15砼澆筑。砼護面及基礎沿縱向方向每4m設置一道伸縮縫。

圖1 大野口河左岸24+000防洪堤典型橫斷面（方案一）

圖2 大野口河左岸24+000防洪堤典型橫斷面（方案二）

表2 防洪堤及防洪堤填筑土體物理力學指標表

表3 邊坡穩定安全系數（背水側，邊坡1∶1.25）

3 大野口河河道治理工程抗滑穩定計算分析

壩體填筑材料為重量大的砂礫石，屬非粘性土，需對壩體進行抗滑穩定分析。根據地質資料，防洪堤的堤身為砂礫石，由于防洪堤各段分布地層相近，堤身斷面變化不大，故選擇其中的典型斷面進行穩定計算，砂卵石物理力學指標見表2。

由于無粘性土坡滑動面近似平面，運用滑楔法分析其穩定性。采用河海大學編制的邊坡穩定分析程序Slope。由于臨水側有混凝土面板防護，主要分析背水側邊坡穩定。考慮以下幾種工況：

（1）正常運行情況（穩定滲流期），背水側堤坡的邊坡穩定和設計洪水位驟降期的臨河側堤坡穩定。因為k/μV>60，說明洪水下降緩慢，所以不需進行上游坡的水位降落穩定計算。規范要求5級堤防正常運用期安全系數不小于1.1。

（2）非常運行情況下，施工期的背水側堤坡和多年平均水位遭遇地震的背水側堤坡穩定，規范要求安全系數不小于1.05。邊坡穩定安全系數（背水側，邊坡1∶1.5）成果見表3。

從表3計算結果可以看出當邊坡取1∶1.5時，可以滿足抗滑穩定要求。

4 結語

本工程建成以后，將有效提高工程所在河段堤防防洪能力，保護有效耕地面積約5.82萬畝，人口約3.74萬人，產生多年平均防洪效益為310萬元。

工程的經濟評價指標為：經濟內部收益率9.94%，大于8%的社會折現率；經濟凈現值592萬元，效益費用比為1.18。各項指標均滿足規范要求。

綜上所述，該項目技術可行，經濟評價指標優越，具有較好的經濟、社會和生態效益，工程實施后，將有效改善灌區防洪現狀，提高防洪能力，為灌區農業穩步發展和西部大開發創造一個安定的自然環境。陜西水利

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