王 貝

(第九師聯(lián)拓勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，新疆 額敏 834601）

1 概況

1.1 流域概況

沙拉依敏河位于額敏縣內(nèi)，屬第九師墾區(qū)，全長(zhǎng)71 km，集水面積527 km2。河道坡降約為0.3%。河床寬度6 m～60 m。沙拉依敏河歷史上數(shù)次發(fā)生災(zāi)害性洪水，目前河道無(wú)防洪體系，行洪通道不暢，河道中次生林遍布，泥沙淤積嚴(yán)重，兩側(cè)岸坎高程不足，洪水容易翻岸。

1.2 氣象水文

項(xiàng)目區(qū)地處歐亞大陸，屬中溫帶大陸性干旱氣候，具有蒸發(fā)強(qiáng)烈、干旱少雨、光照充足、冬季漫長(zhǎng)寒冷、夏季短暫炎熱、晝夜溫差大、無(wú)霜期短、熱量不足等特點(diǎn)，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅毕?，主要?zāi)害性天氣為干旱、干熱風(fēng)、大風(fēng)和凍害等。

沙拉依敏河的每年4月～7月為洪水期，洪水期徑流量占全年徑流量的60%～70%、輸沙量占年輸沙量的95.2%～99.4%。本次擬治理河段區(qū)位于額敏水庫(kù)下游，河段承接聯(lián)合分水閘下泄洪水，考慮到水庫(kù)對(duì)泥沙的沉積作用，因此在治理中可視為清水下泄；根據(jù)額敏水庫(kù)入庫(kù)及調(diào)洪演算，調(diào)洪后下泄流量成果見(jiàn)表1。

表1 額敏水庫(kù)調(diào)洪后下泄流量成果表

2 治理方案

擬治理河段起點(diǎn)（0+000）位于額敏水庫(kù)聯(lián)合分水閘西南160 m處，將額敏水庫(kù)的下泄洪水安全導(dǎo)入下游河道，河道治理總長(zhǎng)度為1876.17 m。采用全斷面混凝土襯砌護(hù)岸，樁號(hào)0+000上游15 m改建鋼棧橋一座，樁號(hào)0+000改建渡槽一座，新建橡膠壩2座（0+900、1+360處）。防洪標(biāo)準(zhǔn)取10年一遇，工程等別為Ⅴ等，工程規(guī)模為?、菩?，各級(jí)建筑物級(jí)別均為5級(jí)，造床流量Q=43.1 m3/s。

2.1 河道整治寬度

設(shè)置護(hù)岸后，穩(wěn)定河段水面寬度計(jì)算公式為:

式中:B為穩(wěn)定河段水面寬m；Q為造床流量m3/s，取Q=43.1 m3/s（P=10%）；J為河床比降，為 0.00369；A 為系數(shù)，取 1.0。

經(jīng)計(jì)算，整治河段水面寬為20.13 m；經(jīng)水力計(jì)算得整治河床底寬14 m，邊坡1∶1.75。河道治理總長(zhǎng)度1876.17 m，全線(xiàn)采用全斷面襯砌[1～2]。

2.2 水力計(jì)算

因彎道段的水深除按正常渠道水深計(jì)算外，還應(yīng)計(jì)算彎道處橫斷面上凹岸與凸岸水面高差，故水力計(jì)算分為這兩部分計(jì)算。

2.2.1 正常水深計(jì)算

流量計(jì)算基本公式為:

式中:V為流速，C為謝才系數(shù)，R為水力半徑，n為糙率，A為過(guò)水面積。

超高計(jì)算公式為:

式中:Rp為累計(jì)頻率為p的波浪爬高，m；K△為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，護(hù)面類(lèi)型為混凝土?xí)r取0.95；Kv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，1.30；Kp為爬高累計(jì)頻率換算系數(shù)，2.07；m為斜坡坡率，1.75；e為計(jì)算點(diǎn)的風(fēng)壅水面高度，0.002 m；K為綜合摩阻系數(shù)，3.6×10-6；V為設(shè)計(jì)風(fēng)速，按計(jì)算波浪的風(fēng)速確定；F為由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離；d為水域的平均水深，m；β為風(fēng)向與垂直于堤軸線(xiàn)的法線(xiàn)的夾角，°；A為安全加高值，0.5。

經(jīng)計(jì)算，沙拉依敏河治理段堤頂?shù)添敵哂?jì)算值為0.894 m，根據(jù)工程實(shí)際取0.93 m，經(jīng)計(jì)算實(shí)取堤高為1.8 m；河底寬度根據(jù)現(xiàn)狀河溝寬度確定，設(shè)計(jì)河溝底寬取14 m。

2.2.2 凹凸岸水面高差計(jì)算

彎道段凹岸與凸岸水面高差由《水力計(jì)算手冊(cè)》推薦公式進(jìn)行計(jì)算:

式中:Δh為彎道凹岸與凸岸水面高差，m；α為彎道上游直段水流動(dòng)能修正系數(shù)，1.05；R為彎道半徑，m；v為彎道上游直段斷面平均流速，m/s；ω為彎道上游直段過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；g為重力加速度，9.81；h為彎道上游直段水深，m。

經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目工程河段彎道段凹岸與凸岸水面高差在0.12 m～0.48 m范圍內(nèi)，彎道半徑為200 m時(shí)高差為0.12 m，彎道半徑為100 m時(shí)高差為0.24 m，彎道半徑為50 m時(shí)高差為0.48 m。

2.3 沖刷深度計(jì)算

順壩及平順護(hù)岸沖刷深度可按下列公式計(jì)算:

式中:hs為從河底算起的局部沖深，m；H0沖刷處的水深，m；Ucp近岸垂線(xiàn)平均流速，m/s；U行近流速，m/s；n與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/5；η水流流速不均勻系數(shù)，取3.0；γs和 γ 為泥沙和水的容重，分別為 21 kN/m3、10 kN/m3；d50為床沙的中值粒徑，0.02 m。平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算值為0.31 m[2]。

水流斜沖防護(hù)工程產(chǎn)生的沖刷深度可按下式計(jì)算:

式中:α為水流流向與岸坡交角，°；Δhp從河底算起的局部沖深，m；m防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)；d坡腳處土壤計(jì)算粒徑，m；g 重力加速度，取 9.81 m/s2；Vj水流的局部沖刷流速，m/s。水流斜沖沖刷深度計(jì)算計(jì)算最大值為2.57 m。

考慮地基被擾動(dòng)后抗沖能力相對(duì)減弱，參考有關(guān)類(lèi)似地質(zhì)條件的防洪護(hù)岸工程運(yùn)行情況，確定本項(xiàng)目護(hù)岸沖刷深度取3.0 m。

2.4 橫斷面設(shè)計(jì)

沙拉依敏河擬治理段河道總長(zhǎng)1876.17 m，采用全斷面混凝土襯砌。底寬為14 m，臨水側(cè)邊坡1∶1.75，背水側(cè)邊坡1∶1.5，堤高1.8 m，左岸堤頂寬3 m，右岸堤頂寬3.5 m，每隔300 m左右設(shè)一個(gè)錯(cuò)車(chē)平臺(tái)；同時(shí)在堤頂均設(shè)向內(nèi)側(cè)傾斜的橫坡，坡度均采用2%，在堤頂設(shè)50 cm寬的封頂板，與坡面襯砌材料及厚度均相同，封頂板采用8 cm厚的混凝土澆筑。護(hù)岸每10 m設(shè)一道橫縫。

2.5 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)工程設(shè)計(jì)，由于本工程全線(xiàn)樁號(hào)0+000～1+876.17段護(hù)岸邊坡為1∶1.75，堤高均為1.8 m，故抗滑穩(wěn)定可取此河段任意斷面計(jì)算，選擇樁號(hào)0+480處斷面作為坡式護(hù)岸典型斷面來(lái)進(jìn)行岸坡抗滑穩(wěn)定分析。護(hù)岸抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧滑動(dòng)法計(jì)算抗滑安全系數(shù)，計(jì)算公式為:

抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表2。由表2知，防護(hù)堤在各種工況下，堤坡的最小安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的要求值，滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定要求。

表2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.6 抗凍脹設(shè)計(jì)

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)冬季淺表層土體屬季節(jié)性?xún)鐾?，堤防沿線(xiàn)顆粒分析粒徑小于0.075 mm的土粒質(zhì)量大于總質(zhì)量的10%，判定沿線(xiàn)地層為凍脹性土。因此本工程需做凍脹性設(shè)計(jì)，在混凝土板下設(shè)30 cm砂礫石墊層。

2.7 橡膠壩設(shè)計(jì)

根據(jù)河道縱坡小的特點(diǎn)，為達(dá)到壅水、營(yíng)造水景及減少造價(jià)的目的，在擬治理河段樁號(hào)0+900、1+360處共設(shè)置2座橡膠壩。設(shè)計(jì)壩高1.6 m，單座壩長(zhǎng)為20.3 m，與整治后河道上口寬度相同。采用枕式?jīng)_水壩，壩袋的設(shè)計(jì)高度H為1.6 m，壩后設(shè)10 m長(zhǎng)漿砌石海漫，海漫后設(shè)4 m長(zhǎng)拋石防沖槽以防止河床沖刷。橡膠壩只能在非汛期時(shí)運(yùn)行，其泄洪能力計(jì)算見(jiàn)表3。由表3知，2座橡膠壩的計(jì)算流量均大于設(shè)計(jì)流量，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

表3 橡膠壩泄洪能力計(jì)算表

3 結(jié)語(yǔ)

本文以沙拉依敏河實(shí)測(cè)徑流和泥沙數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范和堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范等為指導(dǎo)，對(duì)規(guī)劃河道進(jìn)行整治規(guī)劃設(shè)計(jì)，并通過(guò)各相關(guān)要素的計(jì)算和設(shè)計(jì)驗(yàn)證該整治方案的合理性。本項(xiàng)目實(shí)施后，可保護(hù)項(xiàng)目區(qū)團(tuán)場(chǎng)約3000人生命及財(cái)產(chǎn)安全，避免因洪澇災(zāi)害造成經(jīng)濟(jì)損失約合128萬(wàn)元/年，保證交通通信系統(tǒng)安全暢通，對(duì)維護(hù)團(tuán)場(chǎng)社會(huì)穩(wěn)定有著重要作用。通過(guò)對(duì)沙拉依敏河整治規(guī)劃進(jìn)行研究，為本工程實(shí)施提供設(shè)計(jì)依據(jù)的同時(shí)，也對(duì)本地區(qū)同類(lèi)河道治理方案的制定提供參考。