李春艷

（山西省水利水電勘測設(shè)計研究院，山西 太原 030024）

1 概況

陽泉市綿河流域河道整治工程是娘子關(guān)泉域水源地保護與治理工程的重要內(nèi)容之一。工程包括綿河及其支流桃河和溫河的治理，總長14.44 km。桃河治理分為兩段，其中桃河城區(qū)段治理范圍為白南鐵路橋—亂流車站，長7.713 km，桃河娘子關(guān)泉口段始于核桃飲料廠上游100 m處至綿河交匯處，長3.80 km。溫河為峽谷型河道，治理段始于娘子關(guān)鎮(zhèn)自來水公司集水泵站，至溫河與綿河的交匯處，長2.93 km。治理內(nèi)容為疏浚河道，整治河堤。

2 堤防工程

2.1 堤型選擇

本次設(shè)計堤防以漿砌石防洪墻為主。桃河城區(qū)段氧化鋁廠—亂流段堤高大部分達8～12.2 m，本段擬選擇漿砌石重力式防洪墻和鋼筋混凝土懸臂式防洪墻進行方案比選。兩方案主要工程量見表1。

表1 防洪墻斷面型式方案工程量

兩方案在技術(shù)上均可行，下面從四個方面進行比選。第一，設(shè)計經(jīng)驗。對于低于8 m的擋土墻，一般宜選用重力式結(jié)構(gòu)，當(dāng)擋土墻高度在6 m以上時，扶壁式擋土墻以其結(jié)構(gòu)輕巧而優(yōu)先選用。第二，基底應(yīng)力。該段堤基巖性為卵石混合土，局部夾低液限黏土、級配不良砂透鏡體，其中漂卵礫石成分為砂巖、灰?guī)r等，磨圓度較好，多呈次棱角—次圓狀，承載力標準值200～300 kPa；根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，砂土地基壓應(yīng)力不均勻系數(shù)宜取2～3。扶壁式擋土墻計算最大基底應(yīng)力為160.4 kPa，不均勻系數(shù)2.27，漿砌石重力式擋土墻計算最大基底應(yīng)力為230.9 kPa，不均勻系數(shù)2.9，因此，兩方案均滿足規(guī)范要求。第三，施工。兩種方案均為常規(guī)施工方法，只是鋼筋混凝土施工工藝稍顯復(fù)雜。第四，工程投資。從表1中數(shù)據(jù)可見，漿砌石重力式結(jié)構(gòu)方案比鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)方案可節(jié)省投資3 533.3萬元，從工程投資方面考慮，漿砌石重力式優(yōu)于鋼筋混凝土扶壁式。

綜合上述分析，雖然鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)輕巧、地基適應(yīng)能力強，但由于當(dāng)?shù)厥县S富，漿砌石重力式防洪墻投資較小，因此選擇漿砌石重力式防洪墻方案。

2.2 堤頂高程確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，堤頂高程為設(shè)計洪水位加堤頂超高。堤頂超高按下式計算：

式中：y——堤頂超高，m；

R——設(shè)計波浪爬高，m，取0.34～0.42；

E——設(shè)計風(fēng)壅增水高度，m，可忽略不計；

A——安全加高，m，取0.8。

經(jīng)計算，堤防超高 y＝1.14～1.22 m，取 1.2 m。

2.3 堤基沖刷計算

水流平行于岸坡沖刷深度采用下式計算：

式中：hB——局部沖刷深度，m；

hp——沖刷處的水深，以近似設(shè)計水位最大深度代替，m；

vcp——平均流速，m/s；

v允——河床面上允許不沖流速，m/s；

n——與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取0.25。

由于水流斜沖河岸，水位升高，岸邊產(chǎn)生自上而下的水流淘刷坡角，其沖刷深度采用下式計算：

式中：Δhp——從河底算起的局部沖深，m；

α——水流流向與岸坡交角，度，取10°；

m——防護建筑物迎水面邊坡系數(shù)，取0；

vJ——水流的局部沖刷流速，m/s；

d——坡角處土壤計算粒徑，mm，對非黏性土取大于15%（按重量計）的篩孔直徑。

分別選取順壩和斜沖典型斷面進行計算，地基土按級配不良礫計算，結(jié)果見表2。

表2 沖刷深度計算成果

2.4 堤防斷面及結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.4.1 桃河城區(qū)段

桃河城區(qū)段整治河道長7.713 km，其中新建堤防長5.28 km，加固堤防長1.462 km，現(xiàn)狀可利用堤防長1.331 km。防洪堤為漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。樁號0+000～0+777，6+872～7+205 段防洪堤基礎(chǔ)埋深為3.0 m，堤高 4.9～7.5 m，頂寬 0.8 m，基礎(chǔ)寬 4.04～5.6 m，墻背坡度 1∶0.6；樁號 3+210～6+872，7+205～7+713 段，防洪堤基礎(chǔ)埋深3.0 m，高7.6～11.4 m，頂寬0.8 m，基礎(chǔ)寬 6.32～8.98 m，墻背坡度 1∶0.7；樁號 2+108～3+210 段在原堤上增設(shè)漿砌石防浪墻，墻頂寬0.5 m，底寬0.8 m，高0～1.0 m。

2.4.2 桃河娘子關(guān)泉口段

桃河娘子關(guān)泉口段新建防洪堤斷面為漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，防洪堤基礎(chǔ)埋深2.5 m，右岸堤高5.5～8.0 m，基礎(chǔ)寬 4.4～5.9 m，左岸堤高 5.5～6.0 m，基礎(chǔ)寬 4.4～4.7 m，頂寬 0.8 m，墻背坡度 1∶0.6。

2.4.3 溫河治理段

溫河治理段新建防洪堤斷面為漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，防洪堤基礎(chǔ)埋深2.0 m，右岸堤高5.0～7.5 m，基礎(chǔ)寬 4.1～5.6 m，頂寬 0.8 m，墻背坡度 1∶0.6。所有治理段的河床凹岸段，為提高堤防抗沖刷能力，堤腳采用格賓石籠防護，寬5 m，厚0.5 m。

為防止墻體發(fā)生不均勻沉陷，堤身沿縱斷面每12 m設(shè)一分縫，縫內(nèi)填瀝青麻絲；防洪堤在墻體斷面突變處另設(shè)沉陷縫。

2.5 穩(wěn)定及應(yīng)力計算

計算工況：正常運用條件，為設(shè)計洪水過后；非常運用條件，為多年平均水位遭遇地震情況。穩(wěn)定及應(yīng)力計算均選用北京理正軟件設(shè)計研究所的《擋土墻計算軟件》進行計算。穩(wěn)定安全系數(shù)按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》選用，地基承載力采用地質(zhì)專業(yè)建議值，見表3。

表3 穩(wěn)定安全系數(shù)及地基承載力規(guī)范值

選擇典型斷面對防洪墻抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定、防洪基底應(yīng)力進行計算，結(jié)果見表4。

表4 防洪墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力計算成果

3 結(jié)語

經(jīng)計算，堤防抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)、基底應(yīng)力都滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、經(jīng)濟、安全、可靠。通過河道整治，可以提高防洪標準，改善河道生態(tài)環(huán)境，從而帶動保護泉域系統(tǒng)工程的建設(shè)，促進陽泉市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展。