淺析陜西省漢中市漢臺區漢江干流堤防工程設計

寇柏瑩

（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001）

淺析陜西省漢中市漢臺區漢江干流堤防工程設計

寇柏瑩

（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001）

本文結合漢中市漢臺區漢江河道實際情況通過對堤頂超高、橫斷面型式、筑堤材料選擇與土堤填筑標準、護坡形式、沖刷計算及基礎埋深、堤頂結構以及滲流穩定計算等方面進行分析設計，從而完成干流堤防工程設計，可為類似案例提供借鑒。

漢江干流；堤防工程；滲流穩定計算；方案設計

1　概況

漢江干流堤防工程所屬漢臺區位于漢中盆地中部，北依秦嶺，南臨漢江，東與城固縣接墻，西迄褒河與勉縣為鄰，北倚秦嶺與留壩縣邊界，南止漢江與南鄭縣隔河相望，南北長37km，東西長約23km。漢臺區歷史悠久，文化燦爛，今為漢中市的政治、經濟、文化中心，交通方便，人口稠密，是國家級歷史文化名城、全國優秀旅游城市。全區轄7鎮2鄉7個街道辦事處，人口54萬人，總面積556km2。

漢臺區現狀干流堤防主要為漢江左岸褒河口到洪溝河之間的河段，本次治理河段為褒河口至沙沿溝口及漢江橋閘至洪溝河口進行整治（城固分界），治理河段長21.83km。工程總體布置以構筑堤防為主線，充分利用已成堤防及天然節點，對少數惡化河勢，堤距過窄，影響上下游行洪安全的堤段予以拆除改建，加高培厚低標準堤防，新修部分堤防及護岸工程。

干流防護工程全長21.83km，堤防工程長21.58km，根據治理范圍、防洪標準及堤防型式劃分為7段：褒河～沙沿溝加高培厚段長5.36km、漢江橋閘～文廟溝加高培厚段長5.92km、文廟溝～普陀加高培厚段長0.76km、普陀～楊庵新修護岸段長2km、楊庵～鋪鎮干溝加高培厚長5.48km、鋪鎮干溝～烏沙渠加高培厚段長1.77km、烏沙渠～洪溝河加高培厚段長0.28km。加高培厚堤防總長19.58km，護岸總長2.0km。［1］

2　堤頂超高計算確定

設計堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定。根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-98），堤頂超高的計算公式如下：

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），1級堤防1.0m，2級堤防0.8m，4級堤防0.6m。

經分析計算，1、2級堤防計算堤頂超高1.91m～1.93m，設計堤頂超高2.0m；4級堤防計算堤頂超高1.64m，設計堤頂超高1.6m。

3　干流堤防堤身設計

3.1橫斷面型式

按照《堤防工程設計規范》（GB50286-98）要求，結合現狀堤防斷面，本著因地制宜的原則，治理段堤防斷面型式推薦采用梯形斷面。初擬城區段堤防堤頂寬8m，農防段堤防堤頂寬5m。加高培厚堤防迎水坡和背水坡設計坡比1∶2.5，新修護岸臨水坡設計坡比1∶2。當堤防高度超過6m時，在背水坡距堤頂6m處設1.5m寬的戧臺。

3.2筑堤材料選擇與土堤填筑標準

漢江兩岸堤線均布置在一級階地和河漫灘上，本次根據就近取材原則，堤防填筑材料主要以砂礫料為主。

砂礫料河漫灘儲量豐富，填筑砂礫料的質量指標除滲透系數偏大外，其余各項指標完全滿足規范要求。

按照《堤防工程設計規范》及堤防級別確定填筑標準為：1、2級和高度超過6m的3級堤防不應小于0.65，低于6m的3級及3級以下堤防的相對密度不小于0.60。

3.3護坡形式

本工程設計洪水情況下斷面流速為2.0 m/s～4.0m/s，超過了堤身填筑材料和岸坎地質巖性的允許沖刷流速，必須進行砌護處理。對于護坡材料，目前廣泛使用的有現澆砼、六邊形砼預制塊、漿砌石等剛性護坡材料，格賓網墊、干砌塊石、鋼筋混凝土聯鎖板、多孔質生態砼護坡等生態性柔性防護材料。

經過對各護坡材料適用條件及優缺點綜合分析比較，堤防工程護坡材料選擇如下：對于遠離石料場的中心（主）城區采用5cm厚M7.5水泥砂漿砌六邊形C25砼預制塊，次城區及工業園區采用15cm厚現澆C20砼；對于距離石料場較近的農防及支流匯入口堤防采用厚度30cm干砌石加漿砌石肋帶護坡。堤防背水坡均采用草皮護坡。

根據滲流計算結果，對于外岸處于低洼地段，外岸地面高程和內岸地面基本接近的堤段，外岸坡腳高2.0m范圍內設有貼坡排水，以防止發生流土破壞。

3.4沖刷計算及基礎埋深

3.4.1沖刷計算

根據《堤防工程設計規范》GB50286—98中6.8.4條規定，基礎埋置深度應滿足抗沖刷和凍結深度的要求。沖刷計算工況有水流平行岸坡和水流斜沖防護堤坡兩種情況。水流平行岸坡的沖刷一般發生在兩個彎道之間的過渡段或半徑很大的微彎河段，水流斜沖岸坡的沖刷一般發生在彎道的凹岸、水流頂沖段，淘刷一般較為嚴重。因此，河道沖刷深度計算應分水流平行岸坡方向和水流斜沖岸坡段兩種類型進行計算。［1］

1）水流平行于岸坡的沖刷深度計算

根據《堤防工程設計規范》（GB50286—98）附錄D.2公式D.2.2—1對水流平行于岸坡產生的沖刷進行計算：

式中：hB—局部沖刷深度（m），從水面算起；

hp—沖刷處的水深（m），以近似設計水位最大深度代替；

Vcp—平均流速（m/s）；

V允—河床面上允許不沖流速（m/s）；砂卵石1.0m/s、砂礫石0.8m/s；

n—與防護堤坡在平面上的形狀有關，一般取n=1/4。

2）水流斜沖岸坡段的沖刷深度計算

根據《堤防工程設計規范》（GB50286—98）附錄D.2公式D.2.2—2對水流斜沖岸坡產生的沖刷進行計算：

式中：Δhp——從河低算起的局部沖深（m）；

α——水流流向與岸坡交角（度）；

m——防護建筑物迎水面邊坡系數；

d——坡腳處土壤的計算粒徑（m）；Vj——水流的局部沖刷流速（m/s）。

根據上述兩個公式，結合該段堤防工程布置，水流平行于岸坡方向及水流斜沖段沖刷深計算結果見表3-1。從計算結果，根據河床地質情況確定合理的基礎埋深。

3.4.2基礎型式及埋深

根據沖刷計算結果，結合調查和了解的工程所在處河道沖刷深度，并考慮基礎施工、河道淘刷、工程造價及漢江干支流已成堤防護腳運用情況等，基礎埋置深度按照水流平順段、凸岸段，凹岸有護基壩段、凹岸無護基壩段四種工況確定。結合沖刷計算成果、現場調查情況及《堤防工程規范》要求，水流平順段基礎底以位于灘面以下3m并不高于深弘控制，凸岸段以位于灘面以下3m控制，凹岸有護基壩段基礎底與深弘齊平，凹岸無護基壩段基礎底位于深弘以下2m。城防及工業園區多數為砼（現澆或預制）護坡，采用現澆C15砼或格賓籠石淺基礎或鋼筋籠護腳；農防段大多為干砌石護坡，采用漿砌石或格賓籠石淺基礎護腳。

3.5堤頂結構

根據河道防汛、工程管理及施工要求，結合漢中市城市總體規劃和沿江工業園區及重要集鎮規劃，并考慮現狀堤防堤頂寬度和工程段實際情況、現狀交通條件、堤防級別和投資情況確定，確定干流一、二級堤防堤頂寬8m，其中C25砼路面寬6.5m，人行道寬1.5m；四級堤防堤頂寬5m。城區及工業園區堤頂部路面均采用厚20cmC25砼硬化、下鋪15cm厚碎石墊層；干流農防段及支流段堤頂部采用20cm厚泥結石路面。

4　滲流穩定計算

4.1滲流計算

4.1.1斷面選擇

根據現場踏勘及地質勘察成果，以地質地貌單元及現狀堤岸特點，本次治理范圍內，共選擇代表性斷面4處。

4.1.2滲流計算

根據“81.8”、“90.7”等歷史洪水特點，漢江洪水具有全流域降雨、洪水歷時長、以復式洪峰為主等特點。同時，漢江已成堤防筑堤料系多次加高培厚，人工堆填形成，密實度低，加高培厚沙礫石滲透系數為10～2量級，透水性強，在背水坡坡腳出現時間不足2天，而以“81.8”為代表的洪水過程持續時間一般為10天，結合《堤防工程設計規范》附錄E.1.2關于大江大湖或中小河湖重要堤段應按穩定滲流計算的要求，本次按穩定滲流計算背水坡，計算工況為：臨水側為設計洪水位，背水側無水。［2］

根據《堤防工程設計規范》附錄E.6.1判斷，臨水側水位降落時，堤身浸潤線下降為緩降狀況，故需計算降落期堤身浸潤線。滲流計算采用土石壩軟件包推薦的《土石壩二向穩定及非穩定滲流計算程序》。

根據計算，各斷面堤身及堤基均滿足滲透穩定要求。但存在部分背水坡滲流溢出段，出溢比降不能滿足要求，在滿足抗滑穩定情況下，擬在堤防背水坡設置貼坡排水，其頂部高于出溢點0.5m，使其滿足滲透穩定。

4.2穩定計算

漢江堤防遭遇大洪水機率較小，高水位運行時間短，且工程區不滿足抗震設計要求，堤防抗滑穩定計算只考慮正常運用情況，即迎水坡水位驟降期和背水側穩定滲流兩種工況。計算采用（《土石壩設計軟件包》）stab程序，該程序采用瑞典圓弧法，計算公式采用《堤防工程設計規范》附錄F公式。通過土堤抗滑穩定計算，在正常運用情況下，各個斷面的安全系數均符合規范要求，說明本次設計擬定的斷面型式是合理的。

5　結語

漢臺區漢江干流堤防工程是漢江防洪工程的重要組成部分，設計者應按照堤防工程設計相關規范要求，在確保防洪安全的基礎上，結合工程區河勢特點及城市總體規劃，考慮工程實施難易程度、運行管理、工程投資等各方面進行分析設計，從而得出合理乃至最佳的設計成果。陜西水利

［1］陜西省水利電力勘測設計研究院《陜西省漢臺區漢江干流防洪可行性研究報告》［R］.

［2］陜西省水利電力勘測設計研究院《陜西省漢江綜合整治干流防洪工程規劃實施方案》［R］.

（責任編輯：唐紅云）

表3-1　堤岸沖刷深度計算成果表

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