某河道防洪工程設計研究

魏 雄

(塔里木河流域巴音郭楞管理局孔雀河下游管理站，新疆 尉犁 841500)

1 引言

河道防洪工程建設對于城市發展、生態環境構建具有十分重要的意義[1-2]。可有效改善城市防洪標準低下的現狀，同時，結合生態景觀打造工程可為當地居民提供良好的生活休憩環境[3-4]。目前，防洪工程通常采用防洪堤型式加以治理，合理選擇堤型可在一定程度上節約工程投資并有利于河道防洪安全[5-6]。結合某河道防洪整治工程，對河道防洪工程設計進行分析。

工程涉及河道治理長度2.55 km(河中心算起)，共建設堤防4.53 km，其中左岸2.58 km，對應河道中心樁號為9+518～12+069；右岸1.95 km，對應樁號為10+070～12+069。

2 工程選址方案比選

本次工程防洪堤布置在左岸；根據工程區所在位置，有兩種堤線布置方式。

方案一，對局部區域裁彎取直：考慮到本次工程建設長度較短，裁彎取直選擇余地較少；裁彎取直不可避免將要擠占現有河道，在束窄河道的同時將改變現有的水流形態，給建設工程的后期運行帶來很大壓力；裁彎取直河道給工程的施工建設帶來很大壓力，圍堰的填筑，施工排水都將很困難。

方案二，沿原有河岸布置：沿原有河岸布置可以利用現有河岸，減少工程新的占地，保持原有水流形態，工程的建設依岸而建，工程的建設難度將減少不少。

綜合考慮，采用方案二，沿原有河岸布置堤防線。

3 防洪工程設計

3.1 穩定河寬計算

工程防洪標準為20 a一遇，其相應洪峰流量為542 m3/s；河床穩定寬度計算如下：

B=AQ0.5/J0.2

(1)

式中：B直線整治河道水面寬度；A河道斷面特征參數，取1.0；Q造床流量，m3/s；I河床穩定坡度。計算結果見表1。

表1 穩定河寬計算結果

3.2 堤型比選

結合地區多年城市防洪經驗，現采用如下三種防護型式進行比較：砼護坡、漿砌石重力式墻和揚斜式重力式墻。取樁號10+070處斷面做為典型斷面進行方案比較。

(1)方案一，砼護坡

砼護坡方案：迎水面設計邊坡為1∶2，采用C20F200砼護坡，護坡厚度為20 cm，下部設30 cm砂礫石墊層；通過河床沖刷深度計算，基礎埋置深度均為1.5 m，見圖1。

圖1 砼護坡橫斷面圖

(2)方案二，重力式墻方案

重力式墻方案：重力式墻采用漿砌石砌筑，頂寬0.5 m，引水面豎直，墻后邊坡1∶0.3，墻前后址寬均為1.0 m，厚1.0 m；墻前后開挖邊坡均為1∶1，開挖后采用原狀土回填，見圖2。

圖2 漿砌石護坡方案橫斷面圖

(3)方案三，揚斜式墻方案,

揚斜式墻方案：迎水面設計邊坡為1∶1.5，上下等寬，墻后40 cm；采用漿砌石砌筑；基礎埋深1.5 m。通過河床沖刷深度計算，基礎埋置深度均為1.5 m。基礎設80 m厚，200 cm寬格賓石籠護底，見圖3。

圖3 揚斜式墻方案橫斷面圖

三個方案的優缺點及單千米投資見表2。

表2 方案比選表

通過對上述三個方案技術比較，選擇方案三，雖然一次性投資較大，但符合景區長遠規劃，符合因地制宜、綠色生態的治理理念。

3.3 堤防橫斷面設計

采用揚斜式重力式墻，外邊坡為1∶1.5，上下等寬，墻厚40 cm，基礎設格賓石籠或者漿砌石基礎，格賓石籠基礎主要為河道水或地下水抽不及時用格賓石籠填入水中充當基礎，保證基礎的施工，具體斷面形式見圖4。

圖4 堤防橫斷面

3.4 堤防設計

3.4.1 堤頂高程的確定

堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高按《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)的公式7.3.1計算。

Y=R+e+A

(2)

(3)

(4)

3.4.2 沖刷深度的確定

(1)水流斜沖沖刷深度計算公式如下：

(5)

式中：Δhp從河底算起的局部沖深，m；α水流方向與岸坡夾角，(°)；Vj水流的局部沖刷流速，m/s；d坡腳處土壤計算顆粒，m，對非粘性土，取大于15%(按重量計)的篩孔直徑。

表3 堤頂高程計算表

1)灘地河床，按下式計算：

(6)

式中：B1、H1河灘寬度、水深，從河槽邊緣至坡腳距離(m)；Q1

通過河灘部分的設計流量(m3/s)；η水流流速分配不均勻系數，根據α角查表采用。

2)無灘地河床，Vj按下式計算：

(7)

式中：Q設計流量，m3/s；W原河道過水斷面面積，m2；WP河道縮窄部分的斷面面積，m2。

本次工程，本次治理段主要以水流斜沖為主，采用式(5)進行計算，根據計算可知，左岸局部最大沖刷深度為0.98 m，右岸最大沖刷深度為1.05 m；根據現狀對已建工程大橋的基礎埋設深度的調查，現狀大橋基礎埋深為原地面以下1.80 m；綜合考慮，本次堤防基礎埋深取為1.50 m。

4 結論

通過方案比選，防洪整治工程采用揚斜式墻方案，沿著原有河岸布置，可減少占地面積、降低工程難度、耐久性好等優點，并且符合遠期的景觀規劃目的。經過計算獲取得河道的穩定河寬、堤防高程、沖刷深度，現狀河寬滿足穩定河寬要求，堤防基礎埋深設計為1.5 m。