山陽縣色河鋪鎮防洪工程探析

沙盼盼

(商洛市水電勘測設計院，陜西 商洛 726000)

1 概況

色河鋪鎮位于陜西省山陽縣縣河下游，距山陽縣城15 km，下轄11個行政村61個村民小組，全鎮總人口24 107人，耕地11.73 km2。屬亞熱帶向暖溫帶過渡的季風性半濕潤山地氣候，年均降雨量709 mm。色河鋪鎮僅工程區上游有98 m堤防，為干插石結構，堤根基本塌陷，其余河段尚無堤防。

2 存在問題

色河鋪鎮的村民基本沿縣河居住，經常遭遇洪水威脅。

2.1 防洪能力缺失

工程區堤防建設未列入基建投資計劃，已成堤防多為20世紀70年代群眾自行修建，缺乏統一規劃，標準低、質量差，且大多損毀，現在只有少部分河段有堤防，但均達不到規定的標準。

2.2 河床下切嚴重

山陽縣色河鋪鎮峪口村河道防洪存在著很大的隱患，河床為松散砂卵石，且以礫石為主，無膠結，抗沖刷能力差，洪水沖刷導致河床下切嚴重。歷經多次洪水破壞，致使部分堤腳懸空，堤身坍塌、損毀等，至今未恢復。

3 河道特征及演變分析

根據工程區1980年1∶50 000航測編繪、2005年1∶50 000土地利用現狀圖和本次設計河段的實測地形圖對比，發現該段河道總體平面形狀基本沒有變化，說明縣河河勢總體比較穩定，只是局部主槽深泓橫向和縱向形狀有所不同。主槽的局部擺動主要原因是由于河床漫灘由粗砂、砂質壤土和松散的砂卵石組成，其抗沖刷能力較弱，每遇較大水流，就會造成主槽岸坡漫灘沖(淘)刷，使主槽偏移。

3.1 河道沖淤變化

由于規劃段河道缺少不同時期可以對比的實測斷面資料，所以無法就該段河道從定量上具體分析其沖淤變化情況。本次規劃河段的河床質與南寬坪水文站處河道河床質基本相同，即上層為粗砂、砂卵石，下層為砂質壤土和砂卵礫石層，故借用南寬坪站不同時期實測斷面資料間接對規劃的河道沖淤變化情況進行分析。經分析，縣河流域規劃段河道演變規律為漲水沖刷，落水淤積，大水發生較大的沖刷變化，造成河床質不斷沖刷，大斷面總的趨勢有沖有淤，沖大于淤，造成河道處于沖淤不平衡狀態。

3.2 河道演變趨勢分析

縣河屬山區性河流，兩岸為一級階地，階地地形開闊，地勢較為平坦。本次規劃設計的河段河道主槽由于左岸為高速路，右岸為耕地，因此，河道在兩岸堤防約束下，平面形態基本為連續的“S”型。在近幾年不斷修建防洪堤，完善防洪安全的情況下，水流受堤防控制，河勢形態進一步趨于穩定。修建整治物對穩定河勢和平衡河道沖淤起到一定促進作用。

預測該河段總的變化趨勢，河道基本處于沖淤相對平衡狀態，形態不會發生大的改變。

4 堤防方案

本次治理范圍：以縣河支流峒嶼河簡易鐵架橋處為起點，堤防樁號為0+000，到縣河下游(色河鋪鎮峪口村關店組)山體處，堤防樁號為0+710.81。工程建設的原則是因勢利導，對無堤河段修建堤防，對阻礙行洪建筑物進行拆除，建設完整的、高標準的堤防工程。工程綜合治理長度0.90 km，新修堤防工程710.81 m。項目區保護范圍為峪口村，耕地0.50 km2，工程防洪標準為20 a一遇。

4.1 堤身設計

按照《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)[1]規定，本次工程為3級以下堤防，依據以往堤高，堤頂高為6.0 m，堤頂寬度取0.6 m。堤距按已成堤岸寬度確定，設計縣河色河鋪鎮峪口村段堤距≥55.0 m。

4.2 堤防斷面形式

由于該工程所處河段河寬較窄，且河道左岸為高速路，右岸為耕地，用地緊張，空間有限。采用梯形護岸斷面占地面積大，并且護坡抗沖刷能力差。故不考慮梯形護岸。

采用仰斜式堤防斷面，可以加大過水斷面面積，降低洪水位，并且抗沖刷效果好。根據工程區地形、地質條件，綜合分析比較，堤防斷面選用擋墻式斷面形式。擋墻式斷面形式主要有：重力式C20埋石混凝土擋土墻、衡重式C20埋石混凝土擋土墻、懸臂式鋼筋混凝土擋土墻和扶壁式鋼筋混凝土擋土墻等。下面對幾種擋墻進行比選：

(1)重力式C20埋石混凝土擋土墻(推薦方案)。重力式擋土墻用墻體本身重量平衡外力以滿足穩定要求[2]，重力式擋土墻由于體積和重量較大，受地基承載力的限制，不能太高。高的重力式擋土墻由于斷面大，材料耗費較多，亦不經濟，一般高度在6.0 m左右。因為本工程設計堤岸高度均在6.0 m左右，另外重力式擋土墻多就地取材，構造簡單，施工方便，經濟效果較好，所以本次設計斷面形式選取重力式擋土墻。

(2)衡重式C20埋石混凝土擋土墻。衡重式擋土墻由上墻、衡重臺和下墻三部分組成[3]。其穩定主要靠墻身自重和衡重臺上填土重量來滿足。其衡重臺下部為仰斜式，可以減少部分土壓力，使得基底應力趨于平衡，可提高擋土高度，但擋墻基寬不能過大[4]，對于本工程而言，重力式擋墻經濟適用性優于衡重式擋土墻。

(3)懸臂式鋼筋混凝土擋土墻(“L”型擋土墻)。對于較高擋土墻，采用懸臂式鋼筋混凝土形式，由于土壓力全部依靠懸臂結構阻擋，為了滿足擋土墻的整體穩定、堤基應力及底部結構要求，往往致使懸臂墻底部厚度很大，底板很寬，且配筋率一般較大，由于尺寸及施工條件的要求，施工時造成挖、填方量很大，而且施工要求高，造價相對較高。墻體均為立模現場澆筑施工。懸臂式擋土墻對于本工程不適用。

(4)扶臂式鋼筋混凝土擋土墻。是在懸臂式鋼筋混凝土擋墻基礎上為了減小底板內力而增加扶壁結構，從而減少底板設計尺寸，其穩定性主要依靠底板以上填土及底板的寬度來保證。對于高擋土墻，為了滿足擋土墻的整體穩定及底部結構要求，施工時挖、填方量大，夯實難度高，造價相對較高。墻體均為立模現場澆筑施工。懸臂式擋土墻對于本工程不適用。

根據當地已成堤防斷面形式和工程經驗，本次推薦仰斜式C20埋石混凝土擋土墻，斷面采用C20埋石混凝土澆筑，擋墻外側坡比1∶0.3，墻背直立，頂寬0.6 m。采用C20埋石混凝土澆筑，墻趾寬0.3 m，堤防背水坡坡比為1∶2.0。

4.3 擋墻基礎設計

由于山區河流坡陡流急，行洪時往往對河床產生較大的沖刷，所以在設計擋墻基礎時，基礎埋深應依據堤岸沖刷深度來確定。

(1)順直河段堤岸沖刷深度依據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)附錄D推薦公式(1)計算：

(1)

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為一般沖刷處的水深，取4.0 m；n為平面形態系數，根據防護地段在平面上的形態而定，一般取1/4；vp為河床容許的不沖流速，取1.20 m/s；vH為主河槽計算水位時的平均流速，取 5.09 m/s。

本次設計取0+312.68斷面進行順直段沖刷深度計算。深泓高程為591.80 m，洪水位為595.80 m，經計算，局部沖刷深度為0.61 m。

經計算，工程區段順直河段堤岸局部沖刷深度為0.6～0.7 m；根據規范，基礎埋置深度在沖刷深度以下0.5～1.0 m。參照計算結果和埋深要求，結合工程區現狀查勘和實際調查情況，項目區河水沖刷下切嚴重，因此本次設計順直段的基礎底埋置深度均按深泓以下2.0 m。

(2)彎曲河段堤岸沖刷深度采用規范GB 50286—2013附錄D推薦的公式(2)計算。

(2)

式中:Δhp為從河底算起的局部沖深，m；α為水流流向與岸坡的夾角，取5°；vj為水流的局部沖刷流速，m/s,取7.31；m為防護建筑物迎水面邊坡系數,取0.4；g為垂力加速度,m/s2；d為坡腳處土壤計算粒徑，對非黏性土，取>15%(按重量記)的篩孔直徑,取0.1 cm。

經計算，彎曲河段堤岸沖刷深度為2 m。根據規范，基礎埋置深度在沖刷深度以下0.5～1.0 m。因此本次斜沖段的基礎埋置深度在深泓以下2.5 m。項目區內河道基本順直，水流流向與岸坡夾角基本可以忽略不計，因此本次設計埋深均采用順直段埋深。

4.4 擋土墻結構穩定性計算

本次工程設計擋土墻結構穩定性驗算選擇0+312.68斷面為代表性計算斷面。擋墻回填砂礫料的物理力學參數內摩擦角為32°，黏聚力為0，容重20 kN/m3，漿砌石容重23 kN/m3。

根據規范GB 50286—2013中附錄F中公式F.0.6如式(3)所示：

(3)

式中:Kc為抗滑穩定安全系數；f為底板與壩基之間的摩擦系數(黃土0.35，卵石、礫石0.50，砂巖0.60)；∑W為作用于墻體上的全部垂直力的總和，kN；∑P為作用于墻體上的全部水平力的總和,kN。

施工完建期，背水側地下水位與深泓齊平，臨水側無水。 考慮洪水驟降時，擋土墻臨水側水位低于設計洪水位1 m，背水側水位取設計洪水位。穩定計算結果見表1。

表1 擋土墻穩定計算結果

根據計算，基底最大應力小于地基的允許承載力，且最大值與最小值之比<3.0，說明擋土墻的抗滑穩定、抗傾穩定及基底應力均滿足規范要求，擋土墻設計是安全的。

5 結 語

由于山區性河流洪水暴漲暴落，沖刷力強。本文以山陽縣河色河鋪段為例，在分析河勢演變基礎上，對該段堤防建設方案及斷面形式選取進行了重點探討，提出仰斜式C20埋石混凝土擋土墻科學、經濟、抗沖刷力強、結構穩定，適宜山區防洪堤防建設。