淺析霍城縣某防洪工程堤防型式選擇

楊 帆

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司新疆分公司，新疆 伊寧 835000)

1 工程概況

霍城縣某防洪工程位于三宮鄉境內，樁號為22+600～24+280、25+270～28+850段，治理總長度為5.260 km，通過沿河道兩岸修建10.555 km 高標準防洪堤(其中左岸5.342 km，右岸5.213 km)，使本段河道的防洪標準提高到10 a一遇，確保河道兩岸三宮鄉村莊、農田及工程設施的安全，保護人口1.6萬人,保護農田0.19萬hm2,及河道兩岸縣鄉公路，為三宮鄉經濟發展和兩岸居民的安居樂業創造安全有利的條件[1-3]。

2 治理段工程地質條件及天然建筑材料選擇

治理段位于河道兩岸的漫灘及Ⅰ級階地上，且處于北天山西部東西向復雜構造帶內的東西向構造體系內，主要構造線方向為近EW向，區域構造穩定性較差，根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306-2015)，治理段地震動峰值加速度為0.20 g，相應地震基本烈度為Ⅷ度。治理段低液限粉土和砂卵礫石層均可作為防洪護岸的基礎(低液限粉土層含植物根系，建議清除上部含植物根系的土層)，低液限粉土滲透系數4.3×10-5cm/s，屬弱透水層；砂礫石層結構松散，滲透系數3.8×10-2cm/s，屬強透水層，砂礫石中值粒徑D50(土質量)為13.5～21.2 mm；平均值為17.4 mm，考慮到護岸基礎安全性，建議選用砂礫石中值粒徑D50(土質量)為13.5 mm。治理段標準凍結深度為1.0 m，屬季節性凍土，應做好防凍脹處理;河水及泉水為低礦化度淡水，對普通水泥無腐蝕性，但治理段堤基土對混凝土結構及混凝土結構中鋼筋具弱腐蝕性。設計須根據腐蝕性等級及建筑物結構，對直接與場地土接觸的建筑物采取防腐處理措施;治理段地層較為簡單，為簡單的二元結構類型。部分河段受季節性洪水的影響，有塌岸、側蝕現象，造成河岸線水土流失及耕地、林帶損失，建議進行防護設計。治理段天然建筑材料豐富，C1料場位于霍城縣清水河西卡子村以西2.0 km，大西溝河床及河漫灘內，距防洪堤工程運距為30 km[4-7]。

3 防洪堤沖刷深度計算

依據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)，護岸工程沖刷深度可依據下列式(1)～式(3)計算，計算結果詳見表1。

表1 局部沖刷深度計算表

(1)

(2)

UC=

(3)

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；n為形狀系數，n與防護岸坡在平面上的形狀有關，取1/4～1/6；UC為泥沙起動流速，m/s；U為行進流速，m/s；d50為床沙的中值粒徑，mm，取平均值13.5 mm；η為水流流速不均勻系數；H0為沖刷處水深，m；γs和γ為泥沙與水的容重，kN/m3。

根據上述計算，沖刷深度從河床低起算，最大沖刷深度為1.29 m，結合現狀河道沖刷深度深達2.00 m左右，洪水已經淘刷到了基礎，結合上游已建堤防工程，考慮安全埋深，確定防洪堤基礎埋深取3.50 m。

4 堤防結構型式選擇

本著就地取材的原則，防洪堤設計采用土石方填筑，堤型為斜坡式土堤，充分利用河道整治過程產生的砂礫石料進行土堤的填筑。為防止洪水對防洪堤的沖刷，對防洪堤臨水面邊坡進行護砌，并按設計沖刷深度要求下設護坡基礎。根據治理段河道特點，結合上游已建堤防工程和地質條件及現場踏勘，兼顧考慮實施條件、施工難易程度等，初步確定以下三種方案[8-10]:

方案一：防洪堤采用C20現澆混凝土板護坡型式，迎水面邊坡與背水面邊坡均為1∶1.5，設計洪水位以上采用15 cm厚現澆混凝土板，設計河床線以下采用20 cm厚現澆混凝土板。堤頂寬4.0 m，堤身采用天然河床砂礫料逐層碾壓，護坡基礎按照1∶1.5邊坡向河床下埋深3.5 m，下部設置0.8 m×0.5 m的混凝土堤腳，如圖1。

圖1 方案一：防洪堤采用C20現澆混凝土板護坡型式(單位 ：mm)

方案二：防洪堤采用細石混凝土砌卵石護坡型式，迎水面邊坡1∶0.75，一坡到底，采用C20細石混凝土砌卵石結構，設計河床線以上頂部厚50 cm，堤頂寬4.0 m，堤身采用天然河床砂礫料逐層碾壓，護坡基礎按照1∶0.75邊坡向河床下埋深3.5 m，底部厚度120 cm，下部設置0.8 m×1.5 m的細石混凝土砌卵石堤腳，見圖2。

圖2 方案二:防洪堤采用細石混凝土砌卵石護坡型式(單位：mm)

方案三：防洪堤采用現澆混凝土板護坡+重力式擋墻基礎型式，設計河床線以上采用15 cm厚C20現澆混凝土板護，迎水面邊坡為1∶1.5，堤頂寬4.0 m，堤身采用天然河床砂礫料逐層碾壓，基礎采用C20細石混凝土砌卵石重力式擋墻，擋墻高3.5 m，墻背邊坡1∶0.3，墻趾高0.5 m，底寬2.3 m，見圖3。

圖3 方案三:防洪堤采用現澆混凝土板護坡+重力式擋墻基礎型式(單位：mm)

從建筑材料、施工條件、運行條件、水力條件、投資等方面，對三種方案進行技術經濟比較見表2。

表2 方案技術經濟比較表

可以看出：方案一具有施工方便、施工速度開、工程投資低等優點，但混凝土護坡糙率小,不能有效沖緩邊坡部位的水流流速，施工面及占地面積大；方案二具有砌石基礎糙率大,可有效減緩靠邊坡部位的水流流速，施工面及占地面積小等優點，但砌石人工用量大，難以機械化作業，施工進度較慢，投資高于方案一；方案三混凝土護坡糙率小，基礎糙率大,可有效減緩靠邊坡部位的水流流速，防沖耐磨性能好，但砌石人工用量大，難以機械化作業，施工進度較慢，施工面及占地面積大，投資高于方案一與方案二[11]。

5 結 語

河道防洪綜合治理工程可以減少洪災損失、改善河道兩岸環境，河道防洪綜合治理工程中最重要的工程措施為修建防洪堤，在防洪堤堤防結構型式選擇時，應充分考慮河床沖刷變形后造成的影響,結合公式計算結果與現場實際調查結果，綜合考慮施工條件、運行條件、建筑材料、水力條件、作業面及占地要求、工程投資等多方面因素，選擇最優的堤防結構型式。