天水市秦州區南溝河防洪工程設計與分析

溫愛存 張繼東

（甘肅林業職業技術學院，甘肅 天水 741020）

南溝河是藉河右岸最大的一級支流，發源地秦州區西南部的馬蹄梁一帶，流經皂郊鎮于秦州區西十里下匯入藉河，流域面積274.1km2，主河道長31.3km，平均比降為14.2‰，南溝河主要支流有徐家溝、慕水溝、楊家溝等。共涉及沿岸皂郊鎮9個行政村2026戶9318人，分別是王家店村、徐家店村、楊家溝村、董家坪村，張家寨村、高磨村、馬家河村、峽門村、楊川村。沿線耕地面積為0.35萬畝。南溝河流域水土流失、山洪災害、地質災害被稱為該流域三大自然災害，多年來災害頻繁發生，給沿岸群眾生命財產造成了嚴重的損失，汛期山洪爆發直接威脅沿岸村民的生命和財產安全。

藉河流域下墊面主要是黃土、灌木、人工林，植被較好。徑流主要由降雨產生，降雨時空分布極為不均，6-9月份降雨最為集中，占年降水量的60%以上，所以全年水量主要集中在夏秋季，且多以暴雨形式出現，溝壑密布，河床狹窄，寬窄不均勻，各條溝道中上游段河床最寬達15～20m，而下游普遍在25～30m，地表結構疏松，每當遭遇強度大于25mm/h的暴雨時，降雨量大于土壤入滲強度，雨水來不及滲入到土壤深層而形成地面徑流，加之山洪河道源短流急，在下游極易形成陡落，峰高量大，歷時短暫的山洪災害。

1 南溝河防洪工程地質概況

工程區位于南溝河干流及3條支流（支溝）河（溝）床漫灘及I級階地前緣，河（支溝）谷在工程區寬約50～400m，河床及河漫灘（支溝床漫灘）寬約15～70m；兩岸I級階地較為發育，居民、建筑物等多位于I級階地階面上，I級階地前緣高出現代河床約0.5～3.0m，II級階地不發育；I、II級階地為堆積階地；南溝河干流流向近東西向；各支溝流向近乎與南溝河干流直交。

工程區不良地質現象主要為岸坡坍塌及崩塌。

第四系地層廣泛分布于工程區，主要為漫灘及I級階地堆積物、人工堆積等。河（溝）床及漫灘砂卵礫石層厚度約3.0～5.0m；I級階地上部為粉質壤土層，厚約0.5～1.2m，結構疏松；下部為沖洪積砂卵礫石層，結構稍密～中密，厚度約4.0～5.5m，礫卵石磨圓度較差，分選性較差。

工程區構造體系比較復雜，系秦嶺地槽和隴西陸臺兩大地質構造單元的過渡地帶。地貌從成因和形態來看，屬隴西黃土高原南緣的一部分，基巖上面為第三系甘肅紅層，表層覆蓋著第四系馬蘭黃土。河流不斷侵蝕下切，形成梁狀山地，梁狀山地與溝谷平行成疏狀地形，構成了兩山之間有一溝，兩溝之間有一山的地貌。

根據2015年版1∶400萬《中國地震動參數區劃圖》，工程區地震動反應譜特征周期分區值為0.40s，本區地震動峰值加速度為0.3g，相應地震基本烈度為Ⅷ度（50年超越概率為10%），依據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）第1.0.7條，本堤防工程不進行抗震設計。

地下水主要為南溝河干流及支溝（河）谷潛水，地下水主要接受南溝河及支流（溝）地表水、地下徑流，大氣降水及基巖裂隙水的補給，主要賦存于河漫灘及I級階地砂卵礫石層中。河漫灘的地下水埋深較淺，一般為1.8～2.5m，I級階地地下水埋深一般為3.0～6.0m。地下水的礦化度0.56～0.78g/l，為淡水，總硬度（德國度）為32.16～50.90mg/l，PH值為7.6～7.92，呈弱堿性，SO42-含量82.38～139.94mg/l，水質較好，對普通硅酸鹽水泥混凝土無侵蝕性；地表水礦化度0.62～0.88g/l，為淡水，總硬度為41.26～74.63mg/l，PH值為7.8～7.96，呈弱堿性，SO42-含量87.15～164.82mg/l，水質較好，對普通硅酸鹽水泥混凝土無侵蝕性。

經地質勘察及調查，工程所需要的塊砂石料可從南河川砂石溝料場直接購買。料場現已大規模開采，有公路通過，交通便利，車輛可直達開采區，石料產地，儲量豐富，石質堅硬，耐風化，據勘探資料，料場總貯量大于200萬m3。距工程區平均約35～40km。

工程塊石料可從秦州區藉口鎮崔家溝料場直接購買。料場現已大規模開采，有公路通過，交通便利，車輛可直達開采區，石料產地，儲量豐富，石質堅硬，耐風化，據勘探資料，料場總貯量大于200萬m3。距工程區平均約35～40km。

堤體填筑料盡量利用護堤工程的地基開挖砂礫料及河道清障時下部的砂卵礫石料填筑堤體，填筑堤身砂卵礫石應分層碾壓至密實狀態，要求相對密度不小于0.60。

工程區水資源較為豐富，施工用水水源為南溝河干流及各支流（支溝）地表水，地表水水質良好，滿足施工用水要求，但在汛期降雨季節，南溝河干流及各支流（支溝）地表水泥沙含量大，施工用水需沉淀處理后使用。

2 南溝河工程任務

工程任務主要是：保護村莊、農田；保護沿岸農業基礎設施。根據現場勘察，結合各河段現狀及河床演變，在充分認識該河段水性特點，水勢變化規律及洪水險情分析的前提下，依照防洪法和防洪標準，采取堤防與溝道治理相結合，堤防與當地建設相結合，同時達到控制主流擺動，穩定河勢，鞏固岸床，完善防洪體系，保證河道行洪寬度，提高河道整體防洪能力的目地。在南溝河流域徐家店段、南溝河干流店鎮段、慕水溝段修建防洪工程，可保護各河段兩岸村民和沿岸土地不被洪水侵吞，為沿岸工農業有計劃和可持續發展提供支撐。

工程區位于秦州區南溝河流域，涉及皂郊鎮的店鎮河、徐家溝、慕水溝、楊家溝4溝道，工程的主要任務是保護沿岸王家店村、徐家店村、楊家溝村、董家坪村，張家寨村、高磨村、馬家河村、峽門村、楊川村9個行政村38個自然村2026戶9318人生命財產和0.35萬畝耕地及基礎設施安全。

3 南溝河防洪工程設計

3.1 堤防段堤身設計

C15細粒砼砌石貼坡式堤防：迎水面坡比1.1，背水面坡比1∶1.25；頂寬3m，堤身采用C15細粒砼砌石平均厚度0.4m，頂厚0.3m，底厚0.5m，并設有1.0×0.5m底部基礎。壓頂寬0.5m，高0.2m，采用C15砼現澆。護坡設置泄水孔，最低一排泄水孔必須高出常水位以上30cm，采用φ100PE管，每高2m再設置一排，泄水孔進口設置級配砂礫反濾層。砂堤頂寬2.5m。伸縮縫沿縱向每5m設一道，伸縮縫填充材料為閉孔聚乙烯板。

3.2 護岸設計

1）C15細粒砼砌石貼坡式護岸：迎水面坡比1∶0.4，背水面坡比1∶1.25，護面采用C15細粒砼砌石，頂厚0.30m，底厚0.5m，設1.0×0.5m底部基礎。壓頂寬0.4m，高0.2m，采用C15砼現澆。護坡設置泄水孔，最低一排泄水孔高出正常水位30cm以上，采用φ100PE管，每高2m再設置一排，泄水孔進口設置級配砂礫反濾層。砂堤頂寬2m。伸縮縫沿縱向每5m設一道，伸縮縫填充材料為閉孔聚乙烯板。該斷面施工操作技術簡單，不用支模等復雜工序；抗沖擊能力強，施工時受外部環境影響小、穩定性強、伸縮縫少。但開挖量大，破壞生態嚴重，適合與基礎埋深較淺，保護對象較重要的溝道。

2）格賓網石籠護岸+格賓網水平防護：迎水面坡比1.1，背水面坡比1∶1.25，護面厚度為0.3m，并設有1.0×0.8m底部基礎，水平防護為0.4m厚格賓網石籠，寬度為計算沖刷的1.5倍，在垂直格賓網石籠下部鋪設一層300g/m2的土工布反濾層，表面附種植土。格賓網采用10%鋁鋅合金低碳鋼絲，經機械鉸合編織成為六鉸狀、六邊形網孔的網片結構。格賓網護坡箱體尺寸格賓為3.0×2.0×0.4m，隔板為1～2片網孔60mm×80mm，網絲2.7mm，邊絲3.4mm，扎絲2.2mm，填石可采用塊石、卵石或片石，空隙率不超過30%，要求石料質地堅硬，強度等級MU30，比重不小于2.5t/m3。壓頂寬0.5m，高0.1m，采用C15砼現澆。該斷面具有整體性好、穩定性高、耐腐蝕性強、生態環保，并柔剛性結合體，抗震防凍不受季節環境影響，抗磨、耐久性好，施工技術簡單，不用支模等復雜工藝，易維修，適應地基及堤身變形能力強，而維持河道自然生態現狀。缺點：護坡表面較為粗糙，單位造價較高，施工時所需勞力多，體力勞動量大。適用于生態比較好，自然岸坎較為穩定，沖刷深度較深的河段。

3.3 排洪渠設計

南溝河干流店鎮段段0+000～0+136段渠道凈寬8～11m，凈高1.5m，底厚0.5m，迎水面邊坡比1∶0.5，底部有0.3m水泥穩定土，擋墻及底板均采用C15細粒砼砌塊石結構。

3.4 護腳段設計

護腳采用C15細粒砼砌石，高度為2.7～3.3m，基礎埋深1.8～2.0m，頂寬0.5m，迎水面坡比1∶0.4，頂厚0.3m，底厚0.5m，并設有0.8×0.5m的水平堤腳，每10m設置伸縮縫一道，采用閉孔聚乙烯板填塞。

3.5 支溝段設計

溝道延伸重力式擋土墻堤防：迎水面坡比1∶0.25，背水面坡比1∶1.25；設計堤頂寬3m，堤身采用C15細粒砼砌塊石，高度3.0m，外邊坡比1∶0.25，內邊坡比1∶0；基礎延伸0.2m?；A高0.5m，墻趾頂部土層厚度大于0.2m。墻頂設0.2×0.3m的C15砼墻帽。伸縮縫沿縱向每5m設一道，伸縮縫填充材料為閉孔聚乙烯板。溝道內堤防基礎埋深為深泓線以下1.2m。

3.6 沿堤建筑物

3.6.1 排水涵管

排水涵采用鋼筋混凝土管，涵管進口與現有排水溝土堤銜接至洪水位以上，坡比為1/100，以防洪水倒灌。涵管設計為φ600mm砼管，在砼管與堤防護面接觸處加厚砼以防滲流，砼管下設砼管座，砼管座與堤防砼護面相接成一體，加強防滲功能。

3.6.2 巡堤踏步

為了堤防的正常檢查檢修，沿堤每1.0km或有村莊段設一處人行踏步，順堤坡方向設計置30×20cm砼臺階。

3.6.3 越堤道

當兩岸村莊農田互相交錯，考慮河道兩岸行人便利及群眾交通等，擬建越堤道，采用C15砼硬化，厚度20cm，坡比為1/4。