河道防洪整治工程設計

程 維

（陜西省涇惠渠灌溉中心，陜西 三原 713800）

1 工程概況和基本要求

某河道長12.6 km，岸線長27.3 km，其中：北岸12.6 km，南岸14.7 km。地貌單元主要為漫灘，上部覆蓋5 m～1 8m 亞砂土，下部為亞砂土與砂、礫石互層。上游比降較大，下游河心灘密布，加之近年區域內基礎項目較多，河道采砂頻繁，河道灘內堆料嚴重，沙坑遍地，主流擺動，河勢不穩，具有游蕩型河段的特性，行洪期毀崩農田嚴重。為進一步提高該河段的防洪標準，使防洪減災體系薄弱環節的突出問題得到有效解決，對河道進行整治迫在眉睫。

2 河段現狀分析

原河堤按照30 a 一遇洪水設計。該段堤防設計為梯形斷面，堤頂寬度8.0 m，迎水坡比1∶2.0，背水坡坡比1∶2.5，干砌石護坡加高至設計洪水位以上0.5 m，厚300 mm，基礎采用1.0 m×1.5 m 鉛絲石籠。堤身填筑料為河床級配連續的混合砂礫料加30%黃土拌合后填筑碾壓。相對密度不小于0.65。原堤防初建于20 世紀70 年代，堤段筑堤材料為河漫灘砂礫石、砂土混合物，堤防橫斷面為梯形，頂寬4.1 m～8.2 m，原堤防標準不高，斷面結構偏小均不滿足防洪需要。在上游有1.3 km 由于河道灘面太高沒有堤防，因此需要加固。原堤段筑堤材料為河漫灘砂礫石、砂土混合物，堤防橫斷面為梯形，頂寬4.1 m～8.2 m。根據野外現場試驗和室內試驗表明其余堤段除滲透系數偏大外，其天然干密度、相對密度等基本滿足規范要求，總的各段堤防填筑質量基本滿足規范要求，但堤防高度、邊坡比及基礎深度均不滿足防洪需要進行加固處理。

為滿足城市建設需求，本次整治設計堤段采用50 a 一遇設計洪水，加寬堤防采用堤路結合形式，堤頂寬度20 m，堤防迎水坡采用1∶3.0，背水坡1∶3.0，堤防及其主要建筑物為2 級建筑物，堤防橫斷面設計確定采用梯形斷面，堤頂設計寬度20 m，堤防邊坡采用1∶3，堤防護坡與基礎都采用格賓網，背水坡草皮護坡，堤身采用河床級配連續的混合砂礫料加30%黃土拌合后填筑碾壓，設計相對密度不小于0.65。

3 河道整治工程設計

3.1 堤線布置

本工程在充分利用原堤防的基礎上，結合河勢的變化，筑堤材料以充分利用當地材料為主，就近開采，節約投資。在施工上考慮以機械施工為主，以利于縮短工期和節約投資。

設計段中下游堤岸均已形成，兩岸現狀均有已成堤防工程。根據現場勘察，結合該段河道近幾十年的河勢變化及大洪水的主流線情況，同時充分考慮利用已成堤防的布設情況，確定此段堤防中心距維持原河道不變為650 m～710 m。該段河道順直，主流不靠岸。參照已成堤段走向，并考慮原堤線布設，故本設計堤線均按照現狀堤防位置進行布置，維持原堤線不變。

3.2 堤壩高程設計

堤頂高程按照以下公式計算：

式中：H頂為設計堤頂高程，m；H水面為設計洪水水面線高程，m；Y 為堤防超高，m，Y＝R＋e＋A，R 為設計波浪爬高，m，選擇當地多年汛期平均最大風速12.7 m/s，經計算R=0.92 m，e 為風壅增水高度，m，經計算e≈0.03 m，A 為安全加高，m，按《規范》，A＝0.8 m（不越浪2 級堤防）。

經計算，堤防超高Y=1.75 m，依據《堤防工程設計規范》（GB 50286-98），確定采用Y=2.0 m，據此進行各斷面堤頂高程設計。根據堤防現狀，本段堤防部分段需加高0.9 m～1.7 m。

3.3 干流提防工程設計

本項目新修堤防工程長1791 m。設計新修堤防的堤型宜采用梯形斷面，利用河床天然混合料和黃土堆筑。擬定該段堤型為梯形斷面，迎水坡與背水坡坡比均為1∶3.0，背水坡坡腳設1 m 高的漿砌石擋土墻，保護背水坡坡腳，堤頂寬度20 m，堤身填筑料為河床級配連續的混合砂礫料加30%黃土拌合后填筑碾壓。相對密度不小于0.65。同時，本次設計堤段中有8.27 km 堤防的堤頂高程達不到本次設計堤頂高程，堤身斷面尺寸偏小，需要加高培厚。

采用總應力法對在設計洪水位驟降期迎水坡抗滑穩定進行分析計算，其安全系數k 由下式計算：

式中：b 為土條塊寬度，m；W 為條塊重力；Z 為堤坡外水位高出條塊底面中點的距離，m；ui為水位降落前堤身的孔隙壓力，kPa；β 為條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，（°）；Ccu、φcu分別為堤土的直剪儀，固凝快剪的凝聚力及內摩擦角。

由上式可得，設計洪水水位驟降期迎水坡抗滑穩定安全系數為1.35，大于規范規定的1.15 的安全系數。

對堤坡穩定最不利的情況進行滲透穩定計算。計算工況：①臨水側為設計洪水位，背水側為無水；②水位降落過程中對臨水側堤坡穩定最不利的情況。

（1）臨水側為設計洪水位，背水側為無水時：

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）附錄E4.1-1公式計算滲流在背水坡出現所需時間T：

式中：no＝n（1－Sw%），土的有效孔隙率；K 為堤身滲透系數，采用大值平均值，m/s；n 為孔隙率；Sw%為飽和度。

當洪水持續時間t

設計洪水位下，典型斷面的滲透計算成果見表1。

表1 設計洪水位下滲透計算成果

通過計算結果表明,該段堤防不能形成穩定滲流。

（2）洪水降落時堤身浸潤線：

通過對典型斷面計算：1/10＜k/μ/v=48.2＜60，應按照緩降過程計算浸潤線下降位置。

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）附錄（E6.1-2、3）公式計算浸潤線，計算結果見表2。

表2 設計洪水降落過程滲透計算成果表

（3）滲透穩定評價

根據《水利水電工程地質勘察規范》土的滲透變形類型的判別方法，本次采用細顆粒含量進行判別。根據南京水利科學院各種土質的判別公式進行判別。經過對所選典型斷面ρg計算，其值小于相應土料的細粒含量，故本堤段土體的滲透破壞型式只可能為流土。

堤身的滲透穩定：

產生流土的臨界水力坡降：

式中：G 為土的比重；N 為土的孔隙率。

經計算，Vcr=1.14，V允許=0.57。

對設計洪水降落過程中最不利情況的浸潤線分析，實際水力坡降小于V允許。故在設計洪水降落期，不發生滲透破壞，在設計洪水持續過程中，由于洪水歷時短，洪峰持續時間更短，不能形成穩定滲流，即在背水坡邊坡不產生滲透逸出點。因此，該段堤防不產生滲透破壞。

3.4 護坡、基礎工程設計

3.4.1 迎水坡護坡襯砌厚度的確定

為便于就地取材，方便施工，節約工程投資，疏通河道，保護環境，本次設計采用格賓網護坡，鋪設厚度確定為0.3 m，網格規格為長×寬×厚=4.0 m×1.0 m×0.3 m。護坡砌護到洪水位以上0.5 m。

3.4.2 堤防基礎設計

堤防基礎采用格賓網基礎，兩層，格賓網基礎規格為長×寬×厚=3.0 m×1.0 m×1.0 m。坡腳采用不小于30 kg 散拋石填充。由于這段河道主流靠左岸，右岸灘面比較高，經過比較這段堤防基礎進行淺埋，基礎埋深與灘面以下1.2 m～3 m。

3.5 越堤路設計

為了方便沿岸居民跨河耕種和采砂需要，設置越堤路。越堤路頂寬參照已有生產路寬確定為6.0 m，路面比降6%，邊坡為1∶1.5，采用河床天然混合料碾壓堆筑。

3.6 橋上下游段堤防銜接設計

保持橋上下游各5 m 原有堤防迎水面1∶1.5 漿砌石護坡不變，再通過扭面銜接至上下游1∶3 坡比，扭面長30 m，采用M7.5 漿砌石護坡。

3.7 護堤地及堤防保護區

結合工程的修建，確定工程臨水側護堤地的寬度為20 m，該范圍的土地由水行政主管部門統一管理，主要用于種植防護林，搶險取土，堆放防洪搶險物資等，禁止任何單位和個人進行耕作、開挖取土、采砂或其它威脅堤防安全的不良建設活動。

4 結語

本文詳細介紹某河段防洪工程基本情況，分析該河段整治的基本特點和進行河道整治的必要性和基本任務。對河段整治設計進行詳細技術要點分析，分析表明通本工程項目各項指標符合河道整治建設指標要求，在技術上可行。