湟水流域西寧段防洪治理工程設計方案研究

白 璐

（青海省水利水電勘測設計研究院,青海 西寧 810000）

0 引言

河道治理是為適應經濟社會發展需要，按照河道演變規律，穩定和改善河勢，改善河道邊界條件、水流流態和生態環境的治理活動[1]。目前，治理手段以工程措施為主，包括堤防工程、護岸工程、控導工程、疏浚爆破工程等，最終目的是穩定河床，調整不利河勢，保證防洪安全。為提高西寧市湟水流域整體防洪能力，保護基本農田，保障糧油安全，改善城市及鄉鎮環境，決定實施防洪工程提高治理河段的防洪能力，使治理河段達到國家規定的防洪標準，顯著減少洪災損失，減輕洪水對流域城鎮、基礎設施的威脅。

1 流域現狀

湟水流域是黃河上游的一級支流，主要由湟水干流和其支流大通河組成。湟水干流發源于青海省海晏縣境內的祁連山系大坂山南坡，自西北流向東南，干流全長374 km，流域面積32863 km2。

目前，湟水流域主要存在防洪工程不健全，河道兩岸水流沖刷引起嚴重塌岸損失及河道行洪通道不暢等問題。湟水流域西寧段屬于山區彎曲性河流，為防止洪水造成的洪災損失，沿河道布置堤防工程，擬河道治理范圍為左岸18+470～24+375 段。

2 防洪工程設計

2.1 工程等別和建筑物級別

湟水西寧市段河防洪標準為50 年一遇，主要建筑物級別為2 級，臨時建筑物級別為5 級，項目區地震基本烈度為Ⅶ度，地震設計烈度為Ⅶ度。

2.2 工程總體布置

本次治理河道左岸18+470～24+375 段：河段平均比降5.6‰，河道呈s形分布。因河道位于西寧市城市區，洪水標準采用50 年一遇。為防止水流對河岸的洪水破壞，保護沿岸鐵路、公路及工礦企業等，采用工程措施進行防護。新建堤防總長5.211 km，河道左岸修建防汛道路總長5.484 km，修建退水涵管6 座。

2.3 堤防設計

2.3.1 堤防型式

（1）邊坡

根據河道地形情況，堤防采用坡式護岸形式，護岸邊坡參考省內同類已建工程，邊坡坡比為1∶2。

（2）堤頂寬度

河堤堤頂外側設置壓頂混凝土和防汛道路。壓頂混凝土寬為1.0 m，厚為0.45 m，按每6m設一道伸縮縫。防汛道路寬度3.0 m，作為以后堤防檢修、防汛通道，采用透水混凝土路面，厚度15 cm。

（3）設計水深及流速

工程治理段設計縱坡根據實際地形確定，防洪標準為50年一遇，根據推算的水面線得出設計水深為1.86 m～4.31 m，設計洪水平均流速為3.76 m/s。

（4）河堤斷面

采用斜坡式堤防，堤防由基礎開挖砂礫石回填，邊坡比為1∶2，堤頂設3 m的防汛道路。堤防高度為3.8 m～6.3 m，基礎埋深為2 m～2.5 m。

2.3.2 筑堤標準

根據河道工程地質條件和土料條件，河堤建基面為河床沖積砂礫石層，河堤填筑可直接利用河道開挖砂礫石料。規范要求確定2 級堤防填筑標準為：相對密度不小于0.65，設計干容重均不低于2.1 t/m3。

2.4 護坡設計

護坡工程的基本原理是防護材料的抗沖能力和水流的沖刷能力的對比，當防護材料的抗沖流速大于水流的沖刷流速時，防護材料可視為穩定的防護體，不會在水流的沖刷下發生位移，從而起到抑制沖刷的發生，保護基礎層的穩定，達到維持堤岸的穩定的最終目的。

湟水在洪水期間流速較大，設計洪水標準50 年一遇時流速在2.34 m/s～4.09 m/s之間，因此不宜采用干砌石護坡；漿砌石堤防屬于硬性材料，適應地基變形能力差，造成沖刷破壞后不易補救，且建成后視覺效果較差，不宜采用；鉛絲石籠易銹蝕，對工程的長久運行不利，不予考慮。合金鋼絲石籠具有格賓石籠的優點，價格方面相比格賓石籠較為便宜，合金鋼絲石籠具有岸坡穩定性及抗沖性能好，柔韌性、透水性、整體性好，施工較為便利的優點。所以護腳、護坡均采用高鍍高爾凡（5%鋁鋅-混合稀土）合金鋼絲。

合金鋼絲石籠護坡坡比1∶2，護坡厚度0.3 m，填筑塊石料規格為＞90 mm，見圖1 和表1。合金鋼絲網墊與土體之間設一層20 cm厚的砂礫石墊層。根據地質資料，河床砂卵礫石層級配良好，因此砂礫石墊層按就近原則，由施工單位從開挖的土石方中篩分取得，篩除大于15 cm的石塊。

圖1 合金鋼絲石籠示意圖

表1 堤防斷面結構型式比選表

2.5 護腳設計

堤防工程所在的河段河床多為砂礫石，易被水沖刷，在堤防底部形成沖坑，為保護堤防安全，防止沖坑擴大，在護坡前根據沖刷深度設置護腳。

設計選用漿砌石護腳和合金鋼絲石籠護腳進行經濟比較，設計斷面見圖2 和圖3。選取1 km作為控制長度進行方案比較：砼預制板方案單公里投資265 萬元，合金鋼絲石籠方案單公里投資224 萬元，兩方案投資相差41 萬元，區別不大。從技術可行性和適用性上看，兩方案均通過已建工程的實踐，技術上均可行，均為適用方案，但合金鋼絲石籠充分發揮了其透水性好的優勢，實現水與土體的自然交換，有利于植被生長，為保護和改善水質，綠化、美化環境創造條件，是一種較理想的“生態護岸”型式。石籠方案培土植草有利于人和自然和諧相處及人水和諧的良好生態環境的建設，居民也較易接受，且投資相對砼方案要省，因此工程推薦使用合金鋼絲石籠護岸方案。

圖2 混凝土預制板護坡+漿砌石重力墻護腳方案

圖3 合金鋼絲石籠護坡+合金鋼絲石籠護腳方案

2.6 退水涵管

鑒于工程堤防頂高程高于當地地面高程，為排除地表水，需要設置一定數量的退水涵管。根據河道實際情況，共布設涵管6 座。退水涵管由進口段、涵管段、出口段組成。進口段與原有的灌溉排水渠連接，進口前緣設有一道齒墻，進水渠底板厚30 cm，凈高80 cm，采用砼結構，長度根據地形確定，約為5 m～8 m。涵管采用φ500 mm砼預制管，縱坡1∶100，長度根據堤防高度和斜坡確定，為10 m，涵管和進口段底部砂礫石基礎進行夯實處理，相對密度不小于0.65。涵管出口高程高于所在河段河床高程0.5 m～1.0 m，涵管與河道堤防銜接部位采用C20 砼填充。退水涵管標準斷面見圖4。

2.7 防汛道路

作為輔助設施的防汛道路，利用場內已建好的縣級、鄉級道路、臨時施工道路等有利地形布設沿河道整治段外側布置，新建防汛道路5.484 km。

圖4 退水涵管標準斷面圖

防汛道路布置在堤防工程的頂部，堤防頂寬4.0 m，其中3 m為防汛道路。防汛道路均采用透水混凝土路面，厚度15 cm，道路兩側設有砼路緣石，路緣石單塊高度0.45 m，長度0.5 m，厚14 cm。為確保汛期防洪搶險物資從場外到場內的正常運輸，沿線每隔500 m設置一處錯車道。

2.8 工程主要建設內容及工程量

根據上述確定的工程布置方案及堤防結構形式，工程主要建設內容為：護坡、護腳及防汛道路等，主要工程量見表2。

表2 湟水西寧段主要工程量表

3 結語

河道防洪治理的核心思想是綜合采取工程措施解決河道過流能力、河床沖刷和岸破穩定問題。湟水流域西寧段在防洪治理過程中，嚴格遵循盡可能利用穩定河岸，減少工程規模，降低工程投資，同時考慮與上下游已建段、跨河建筑物的順利銜接的原則，結合湟水河道河床比降大，水流湍急，洪水以暴雨形成，陡漲陡落，峰高量大，歷時短的特點綜合布置了堤防工程、護岸工程與退水涵管及輔助設施，完善流域綜合防洪治理體系，達到了既定防洪保護標準。