華陰市仙峪河應急水毀修復工程堤防設計

王小樸

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司,陜西 西安 710014）

1 基本概況

工程所在地位于華陰市西南5 km處的仙峪河上,仙峪河是南山支流柳葉河的一條支流,峪口以上長18.4 km,比降是6.3%。仙峪河工程上起G310 國道下游700 處的仙峪河左岸高坎,下至G30 連霍高速橋下已成固坎,治理河道1.3 km。

2 工程任務和規模

2.1 徑流

采用水文比擬法,推求工程區多年平均及不同頻率的徑流量,經過計算,工程區多年平均徑流量為1365 萬m3。

2.2 洪水

設計洪水流量計算見表1。從表中可以看出三種計算方法的差異不大。考慮經驗公式法使用參數較少,成果精度相對較低。而水文比擬法選擇的參證站位于本河流附近,采用的水文資料系列較長,且包含了近期的實測水文資料,計算成果精度相對較高,同時根據水利水電設計洪水計算規范規定,本次選用水文比擬法計算成果作為本次設計依據。

表1 設計洪水計算成果匯總表

3 工程任務和規模

有針對性地對仙峪河進行河道綜合整治,充分認識河段特點,依據防洪法和防洪標準,采用堤防與河道治理相結合,防洪與排洪相結合,完善防洪體系,提高防洪能力,確保防護區在設計洪水標準下不受洪水危害。為了確保防護區內的安全,對河道進行護岸固堤,使水流順直,減少沖刷,提高河道排洪能力,確保防護區不受洪水威脅,為項目區建設和經濟發展提供可靠保證,同時提升鎮區品味,改善鎮區生態水環境,為鎮區乃至華陰市的發展奠定良好的基礎。

華陰市仙峪河應急水毀修復工程綜合治理河道長度1.3 km,。河道綜合治理長度1.3 km,護岸刷坡長1345 m,新建泥結石路面1345 m。

4 堤距確定

經對現狀河寬進行復核,在保證行洪安全的條件下,充分利用已成工程,以最大限度地節約工程費用。根據《渭南市南山支流防洪工程規劃報告》、工程地形測量圖及實地查看現狀河段堤距為30 m~50 m,本次設計考慮到防護區對象的重要性,同時從安全角度考慮,設計最小堤距按照30 m左右考慮,水面線推求按照25 m控制設計最小堤距。

5 工程布置及建筑物

5.1 防洪標準及工程等級

依據《防洪標準》（GB 50201 -2014）和《渭南市南山支流防洪工程規劃報告》,根據項目區防洪對象的重要性,確定項目區防洪標準為20 年一遇洪水標準。 并參照堤防工程設計規范確定本工程永久性建筑物級別均為4 級,臨時性建筑物級別為5 級。

5.2 堤防工程設計

（1）堤頂高程確定

根據堤防工程設計規范的要求,堤頂高程見下式：

堤頂高程=設計波浪爬高+設計風壅水面高度+安全加高

a） 當斜坡坡率m=1.5~5.0、H/L≥0.025時,設計波浪爬高R可按下式計算：

式中：Rp為累積頻率為P的波浪爬高,m；KΔ為斜坡的糙率及滲透性系數；KV為經驗系數；KP為爬高累積頻率換算系數,取2%；m為斜坡坡率；H為平均波高,m；L為平均波長,m；a為斜坡坡腳。

有關風浪的要素按《堤防工程設計規范》中的有關規定計算。

b）設計風雍增水高度e采用下列公式：

式中：K為3.6×10-6；V為設計風速；F為距離；D為平均水深；β為夾角。

c）安全加高

安全加高查堤防工程設計規范,綜合考慮取0.6 m。

d）計算結果

設計超高計算參數詳見表2,堤頂超高計算成果見表3。

表2 工程安全超高計算參數表

表3 工程安全超高計算成果表

本次在工程區各段共選取3 個典型斷面,對堤防工程超高進行計算,最小值1.01 m,最大值為1.04 m,根據當地工程實際,經綜合考慮新建堤防超高取值為1.1 m。為了滿足堤防護岸美觀平順連接,在滿足超高要求前提下,堤高統一取3 m。

（2）護岸橫斷面型式選擇

根據堤防工程設計規范,斷面型式按照因地制宜、便于施工的原則選取,并根據堤段所在的地理位置、堤防的一些參數要求,設計擬定了梯形斷面結構和直立式防洪墻結構兩種不同的工程防護形式進行了經濟技術比較,見表4。

表4 護岸斷面形式方案比較

經過以上方案比較,兩個方案各有利弊,經綜合考慮,仙峪河沿程沖刷現象比較普遍,但砂礫石填筑堤完全可以滿足抗沖要求,加之岸坡高度較低,梯形斷面結構可就近取材,適應性強,工程等級相對較低,造價相對較低,故本次護岸工程全部采用梯形斷面。填筑土料場選用仙峪河河道和兩岸高低漫灘的砂礫石作為擬建護岸的填筑料,土料質量和儲量滿足設計要求。按照《堤防工程設計規范》（GB 50286 -2013）的要求,填筑料的壓實相對密度應不小于0.6。

根據材料的不沖流速,護坡可采用草皮、干砌石、雷諾護墊、漿砌石等多種型式,各種護坡的優缺點對比見表5。

表5 各護坡型式技術經濟對比表

經綜合分析比較,考慮到設計河段美觀以及造價的因素,確定采用草皮護坡方案。堤防坡比是1∶2.0,護岸以上坡比是1∶1.5。

（3）堤頂寬度確定

按照《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）要求和征地協調等問題綜合考慮,堤頂寬度取為3 m。平面布置考慮防汛搶險、綠化以及形成鄉鎮休閑場所等綜合因素。

（4）護岸填筑材料及填筑標準

堤身填筑料可采取就近取材的原則,工程沿線砂礫料分布廣泛,儲量滿足工程需要,可開采厚度一般2.0 m~4.0 m。根據地質提出的填筑料質量評價,填筑料各項指標均能滿足質量技術指標要求。

根據工程區地形地質條件,按照經濟實用、就地取材、便于施工、滿足防洪和管理等要求,根據堤防工程設計規范,砂礫石填筑相對密度大于等于0.60。

（5）穩定計算

地質報告提供的物理力學參數參見表6。

表6 代表斷面地質參數表

①滲流計算

滲流計算的目的是確定堤身浸潤線及下游出逸點的位置,為堤身穩定計算提供依據,并驗算是否發生滲透破壞。采用如下公式計算：

式中:q為單位寬度滲流量,m3/（s·m）；k為堤身滲透系數,m/s；H1為上游水深,m；H2為下游水深,m；h0為下游出逸點高度,m；m1為上游坡坡率；m2為下游坡坡率。

經計算代表斷面的單位寬度滲流量：L0+630 為22.74 m3/天。

②浸潤線計算

水位降落時的浸潤線位置采用《堤防工程設計規范》中公式（E.6.1-2）：

式中：H為降距,m；T為水位從初始位置至降落到堤腳或降落到最大降距所需的時間；t為要求計算上游浸潤線的時間,t≤T,s；K為堤身土料滲透系數,m/d；為土體給水度；ν為水位降落的速度,m/d。

求得h0（t）后,浸潤線按下式計算：

h以上游堤基為基面,q（t）/k由《堤防工程設計規范》（E.6.1-4）和（E.6.1-5）聯合求解。浸潤線計算結果見圖1。

圖1 工程L0+630滲透流網圖

③滲透穩定分析

通過計算, 設計斷面滲透坡降最大值為0.1,小于允許滲透坡降0.15,因此,滲透穩定,滿足規范要求。

④穩定計算

堤防設計斷面的穩定計算簡圖,見圖2。

圖2 工程L0+630穩定滲流期背水堤坡穩定計算簡圖

堤防邊坡穩定計算見穩定計算成果見表7。

表7 堤防工程穩定計算成果表

經過對設計斷面的2 種工況進行了穩定計算,計算結果均大于規范值,因此堤防斷面滿足抗滑穩定要求。

6 施工組織設計

本堤防工程位于鎮區附近,水、電供應滿足施工要求,交通便利,所需建筑材料可就近開采或者附近采購。滿足工程參數要求。

本工程施工期安排在第一年12 月～次年3 月。依據現場實際情況,本次工程堤距較近,并且通過調查,枯水期流量較小,不宜修筑圍堰。本次導流方式采用河道中間河槽導流,兩側堤基基坑開挖土順河堆放成臨時擋水圍堰,施工完畢后回填,地基滲水采用分段集中抽排。

7 結語

竹峪澗生物園區段進行河道綜合整治,使得保防護區不受洪水威脅,為項目區建設和經濟發展提供可靠保證,同時提升園區品味,改善園區生態水環境,為園區乃至華陰市的發展奠定良好的基礎。