張 娟

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

口泉河位于大同市西南山區(qū)，屬于永定河水系桑干河一級(jí)支流，發(fā)源于左云縣水窯村，由西向東流經(jīng)口泉河煤礦礦區(qū)和南郊區(qū)的趙家小村,至懷仁縣智明莊匯入桑干河，干流全長(zhǎng)57.5 km，總流域面積459 km2，大同市境內(nèi)河段長(zhǎng)37.4 km，占河道全長(zhǎng)的65%，流域面積331 km2，兩岸遍布大型國(guó)有煤礦和地方煤礦。河道治理工程為口泉河五一橋以下2 km起至秀女橋段，長(zhǎng)約6.2 km，主要包括堤防工程、堤岸防護(hù)工程、交叉建筑物、堤頂搶險(xiǎn)路工程四部分。根據(jù)《中華人民共和國(guó)防洪標(biāo)準(zhǔn)》、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定該河道治理工程規(guī)模為中型，工程等別為Ⅲ等。

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)屬陰山支脈，所處大地構(gòu)造單元為內(nèi)蒙斷塊的南緣，西北部為低中山區(qū)，東南部為大同盆地。口泉河總體流向由北西向南東，區(qū)內(nèi)主要接受大氣降水補(bǔ)給，地下水主要為松散巖類孔隙水和碎屑巖類裂隙水。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育古生界寒武系和奧陶系碳酸鹽巖、石炭系和二迭系陸相碎屑巖、中生界侏羅系陸相碎屑巖、新生界上第三系坡洪積物及第四系松散堆積物。該河道治理工程位于口泉河中下游口泉村五一橋以下2 km至秀女橋，該段口泉河流向S50°～55°E，河谷寬70～150 m，兩側(cè)形成較寬闊的河漫灘及Ⅰ級(jí)堆積階地。地層主要為第四系全新統(tǒng)洪沖積物，巖性表層為淡黃色低液限粉土，含礫石及大量植物根系，厚0～1.5 m；其下為級(jí)配不良礫夾低液限粉土，局部為卵石混合土透鏡體，厚10～15 m。其下為淡黃色、微紅色低液限黏土夾級(jí)配不良砂礫和低液限粉土局部夾卵石混合土透鏡體，厚度大于30 m。防洪堤堤基主要為全新統(tǒng)洪沖積低液限粉土和級(jí)配不良礫，低液限粉土壓縮變形大，承載力能力低，級(jí)配不良礫結(jié)構(gòu)松散，夾級(jí)配不良砂和卵石混合土，局部架空，抗沖刷能力差。堤基存在不均勻變形和洪水沖刷問(wèn)題。經(jīng)地質(zhì)調(diào)查，狼兒溝石料場(chǎng)和梓家村砂礫料場(chǎng)儲(chǔ)量較豐富，可滿足工程設(shè)計(jì)用量要求，開(kāi)采運(yùn)輸條件較好。

3 堤防設(shè)計(jì)

3.1 堤型選擇

項(xiàng)目區(qū)位于大同市城鎮(zhèn)邊緣，沿河除村鎮(zhèn)外均為耕地，土料取料較方便。位于大同市郊的狼兒溝石料場(chǎng)儲(chǔ)量豐富，滿足修建重力式防洪堤供料。鑒于此，堤型根據(jù)河床特征分段選擇：3號(hào)中橋以上（簡(jiǎn)稱上游段）為下部重力式防洪墻、上部為土堤復(fù)式斷面；3號(hào)中橋以下（簡(jiǎn)稱下游段）為純土堤斷面。

3.2 堤防斷面及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2.1 上游段

堤防斷面型式為復(fù)式斷面，下部為仰斜式重力防洪墻，墻高2.9～5.1 m，墻頂寬0.5 m，墻體迎水面邊坡1：0.3，墻背坡 1：0.1，基礎(chǔ)寬度 2.0～2.4 m；上部為土堤，堤高0.9 m，頂寬6.0 m，迎水面邊坡1：3.0，背水面邊坡1：2.0，采用植被網(wǎng)護(hù)坡。修建堤防時(shí)要求對(duì)地基進(jìn)行夯實(shí)處理。

3.2.2 下游段

堤防斷面宜布置為純土堤，堤高1.8～3.4 m，堤頂及邊坡設(shè)計(jì)同上游段，護(hù)坡型式可分為兩種：河床順直或凸岸段，堤面護(hù)坡同上游段。河床凹岸段堤腳下部采用MU7.5漿砌石護(hù)坡，防護(hù)高度1.1～2.7 m，上部采用混凝土網(wǎng)格護(hù)坡。漿砌石護(hù)坡厚0.3 m，混凝土網(wǎng)格護(hù)坡厚0.12 m，格內(nèi)植草，該段型式長(zhǎng)約1.801 km。

3.3 上游段堤防穩(wěn)定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 基本資料

計(jì)算工況：正常運(yùn)用條件為設(shè)計(jì)洪水運(yùn)行工況；非常運(yùn)用條件為多年平均水位遭遇地震情況。穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算均選用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所的《擋土墻計(jì)算軟件》進(jìn)行計(jì)算。

穩(wěn)定安全系數(shù)及地基承載力按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》選用。

3.3.2 荷載計(jì)算

項(xiàng)目區(qū)左右堤防外側(cè)均設(shè)有搶險(xiǎn)路，防洪墻穩(wěn)定計(jì)算及應(yīng)力計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮汽車荷載作用。防洪墻穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算不含汽車荷載計(jì)算，該工程將汽車荷載折算成土重附加于墻后進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，車輛荷載在擋土墻后填土的破壞棱體上引起的土側(cè)壓力可按下式換算成等代均布土層厚度計(jì)算：

式中：h——等代均布土層厚度，m；

γ——土容重，kN/m3；

∑G——布置在B×l0面積內(nèi)的車輪的總重力，kN；

l0——擋土墻后填土的破壞棱體長(zhǎng)度，m；

B——擋土墻的計(jì)算長(zhǎng)度，m。

經(jīng)計(jì)算，等代均布土層厚度約為1.56 m。

3.3.3 計(jì)算公式

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，防洪墻抗滑穩(wěn)定按下式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Kc——抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；

∑W——作用于墻體上的全部荷載垂直力的總和，kN；

∑P——作用于墻體上的全部荷載水平力的總和，kN；

f——防洪墻墻底與堤基間的摩擦系數(shù)。

防洪墻的抗傾穩(wěn)定性按下式計(jì)算：

式中：Ko——抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；

Mv——抗傾覆力矩，kN·m；

MH——傾覆力矩，kN·m。

防洪墻基底應(yīng)力按下式計(jì)算：

式中：σmax，min——基底的最大壓應(yīng)力和最小壓應(yīng)力，kPa；

∑G——基底荷載，kN；

A——底板面積，m2；

∑M——荷載對(duì)底板形心軸的力矩，kN·m；

∑W——底板截面系數(shù)，m3。

選擇典型斷面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，重力墻穩(wěn)定安全系數(shù)及地基承載力規(guī)范值見(jiàn)表2。

表1 重力墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算成果表

表2 重力墻穩(wěn)定安全系數(shù)及地基承載力規(guī)范值

由表1和表2數(shù)據(jù)可知：防洪墻的抗滑、抗傾穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，基底應(yīng)力基本滿足地基承載力要求，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)（σmax/σmin）也滿足要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在大同市口泉河河道治理堤防穩(wěn)定設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用了當(dāng)?shù)夭牧希捎昧撕侠淼姆篮閴嗝?，?jīng)穩(wěn)定計(jì)算可知，設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，使工程既減少了投資，又保證了安全。