覃清波

(新疆伊犁州水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 伊寧 835000)

河道堤防對(duì)于地區(qū)防洪具有重要意義。但目前很多河道由于年代久遠(yuǎn)，受制于當(dāng)時(shí)的材料、施工技術(shù)，導(dǎo)致堤防質(zhì)量差，甚至很多河段堤防就是天然土坡，難以滿(mǎn)足實(shí)際需求，因此必須進(jìn)行治理。而河道治理中，河堤護(hù)坡形式多樣，其綜合成本、生態(tài)影響、通洪能力均有差別，因此必須通過(guò)合理對(duì)比設(shè)計(jì)來(lái)取得最佳方案。

1 工程概況

切德克蘇河位于霍爾果斯市東部，補(bǔ)給來(lái)源主要為冰川融雪和降水混合型補(bǔ)給。本工程是對(duì)伊車(chē)嘎善鄉(xiāng)段切德克蘇河(13+400至17+500)段西岸防洪堤進(jìn)行治理，總計(jì)長(zhǎng)度4.1 km，主要保護(hù)流域內(nèi)1.32萬(wàn)人及0.200 7×104hm2農(nóng)田安全。根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201-2014)，確定該段防洪工程等級(jí)為Ⅳ級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇。

2 河道設(shè)計(jì)洪水位計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)洪峰流量

設(shè)計(jì)洪水水位是河道防洪設(shè)計(jì)的基本資料和依據(jù)。本工程以伊犁州水文局提供的《霍爾果斯市切德克蘇河防洪工程洪水水文分析計(jì)算報(bào)告》單行本為依據(jù)，并結(jié)合其他理論計(jì)算方法，根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)推求的水位流量關(guān)系，估算該河段防洪斷面的設(shè)計(jì)洪峰流量，具體成果見(jiàn)表1。最終通過(guò)綜合水文資料和理論計(jì)算結(jié)果，確定將P=10%的洪峰流量作為參考標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)洪峰流量Q=218 m3/s[1]。

表1 各計(jì)算節(jié)點(diǎn)斷面不同頻率設(shè)計(jì)洪峰流量 /m3·s-1

2.2 設(shè)計(jì)洪水位

切德克蘇河現(xiàn)狀河道過(guò)水?dāng)嗝鏄O不規(guī)則，且糙率、底寬存在較大差別，但經(jīng)整治后會(huì)形成較規(guī)則的過(guò)水?dāng)嗝?，底寬、糙率、縱坡、堤防邊坡等參數(shù)也會(huì)基本相同。為方便計(jì)算，本項(xiàng)目按照明渠均勻流公式來(lái)確定河道水面線[2]：

(1)

其中：Q為設(shè)計(jì)洪峰流量，取值218 m3/s；C為謝才系數(shù)；i為渠底縱坡，(°)；R為水力半徑，m；A為河道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2。

河道沿線各斷面設(shè)計(jì)洪水水面線相關(guān)參數(shù)及結(jié)果(部分)見(jiàn)表2。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，數(shù)值均低于該控制斷面實(shí)測(cè)調(diào)查的歷史洪水位，這主要是由于河道下切所致。

表2 整治段河道各計(jì)算斷面水力要素表(部分)

3 河道堤防工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 堤頂高程設(shè)計(jì)

堤頂超高Y計(jì)算公式見(jiàn)式(2)：

Y=R+e+A

(2)

式中：R為設(shè)計(jì)波浪爬高，取值0.19 m；e為設(shè)計(jì)風(fēng)壅高度，取值0.0 m；A為安全加高值，本工程為5級(jí)堤防，取0.5 m。

計(jì)算結(jié)果得Y=0.69 m。因此，本次切德克蘇河河段河堤全部按照該值加高[3]。

本項(xiàng)目采用設(shè)計(jì)洪水流量相應(yīng)的水位來(lái)確定設(shè)計(jì)防洪堤的堤頂高程(堤頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+堤頂超高)，但在計(jì)算堤頂高程基礎(chǔ)上又進(jìn)行了微調(diào)，最終得到設(shè)計(jì)堤頂高程，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3[4]。

小蟲(chóng)正在市場(chǎng)上，和一個(gè)賣(mài)調(diào)料的在喝啤酒。天很熱，菜市場(chǎng)像個(gè)悶罐子，一絲風(fēng)兒都透不進(jìn)來(lái)?？諝饫锘旌现鵂€菜葉味雞糞味魚(yú)腥味，在菜場(chǎng)的角角落落里彌漫，融合在啤酒和飯菜里。小蟲(chóng)早習(xí)慣了這些味道，仍把啤酒喝得咕嚕咕嚕響。賣(mài)調(diào)料的和小蟲(chóng)很熟，見(jiàn)到小蟲(chóng)像見(jiàn)到首長(zhǎng)似的，特別巴結(jié)小蟲(chóng)。小蟲(chóng)要什么，張個(gè)嘴就行，賣(mài)調(diào)料的求之不得。小蟲(chóng)能在他這兒喝頓啤酒，絕對(duì)是賞他光了，因而一個(gè)勁地和小蟲(chóng)干杯。小蟲(chóng)對(duì)他的關(guān)照自然也不少，水費(fèi)電費(fèi)攤位費(fèi)，能少則少，城管工商這稅那費(fèi)的，小蟲(chóng)打個(gè)招呼能免了一半。有小蟲(chóng)替他撐腰，賣(mài)調(diào)料的在菜場(chǎng)里誰(shuí)都不用懼。

表3 防洪堤特征洪水位計(jì)算表

3.2 堤防型式選擇

本段河道防洪工程主要是對(duì)現(xiàn)有河道斷面進(jìn)行整治，沿河道兩岸修建護(hù)岸堤防。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)，結(jié)合現(xiàn)狀河道走勢(shì)、兩岸設(shè)施及現(xiàn)有堤防來(lái)布置防洪堤。原則上是不改變?cè)拥乐行木€，只是局部栽彎取直，調(diào)整轉(zhuǎn)彎弧度和半徑，力求水流平順[5]。

根據(jù)切德克蘇河特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、施工條件、技術(shù)難度等因素，堤防結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)以下3個(gè)方案，具體對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

方案一：“砼板護(hù)坡+現(xiàn)澆砼護(hù)腳”型式

防洪堤結(jié)合河岸坡修建，在現(xiàn)有岸坡基礎(chǔ)上加高河堤，可充分利用河床整治中的棄土。設(shè)計(jì)堤頂寬5.0 m，高2.0 m，迎水面邊坡1∶1.75，背水面邊坡1∶1.5；迎水面邊坡采用C20現(xiàn)澆砼板護(hù)砌，厚度0.2 m，下設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)片；護(hù)坡基礎(chǔ)向河床下埋深3.5 m，下部為0.5 m×0.8 m現(xiàn)澆砼堤腳[6]。

方案二：“上部鉛絲籠+下部鋼筋籠”型式

迎水面、背水面邊坡均為1∶1.5，堤頂寬4.0 m，高2.5 m，采用河床開(kāi)挖料填筑；上部籠為8#鉛絲編織，規(guī)格2.0 m×1.0 m×0.5 m；沿河底平鋪1層鋼筋塊石籠，12#鋼絲網(wǎng)編織，規(guī)格1.5 m×1.0 m×1.0 m。

方案三：“格賓塊石籠護(hù)坡+后置防洪堤”型式

迎水面、背水面邊坡均為1∶1.5，堤頂寬4.0 m，高2.5 m，采用外運(yùn)碎石土和河岸原土填筑，相對(duì)密度在0.75以上；護(hù)岸采用厚0.5 m格賓塊石籠護(hù)砌，直至河床底部；底部護(hù)腳沿河底平鋪2層格賓塊石籠，厚1.0 m，寬2.0 m。

3.3 堤防穩(wěn)定性計(jì)算分析

3.3.1 岸坡沖刷深度計(jì)算

岸坡沖刷深度計(jì)算對(duì)護(hù)坡基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)有決定作用。本項(xiàng)目根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)計(jì)算平順護(hù)岸沖刷深度hs，公式見(jiàn)式(3)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5[7]。

(3)

式中：H0為沖刷處的水深，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；Uc為泥沙起動(dòng)流速，m/s；n為相關(guān)系數(shù)，取值1/4。

表5 防護(hù)岸坡沖刷深度成果表(部分)

根據(jù)表5數(shù)據(jù)可知，水流產(chǎn)生的沖刷深度范圍0.62～0.70 m。本項(xiàng)目從工程安全角度考慮，堤防工程考慮2倍基礎(chǔ)超深，確定基礎(chǔ)埋深為2 m。

3.3.2 堤防穩(wěn)定計(jì)算

1) 計(jì)算工況。本項(xiàng)目按照《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)的規(guī)定，土質(zhì)堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算可分為正常情況和非常情況，具體工況見(jiàn)表6。

表6 土堤穩(wěn)定計(jì)算工況表

2) 穩(wěn)定性計(jì)算。本項(xiàng)目采用“圓弧分析法”進(jìn)行分析(理正計(jì)算軟件)，見(jiàn)圖1。測(cè)定該河段堤身相關(guān)參數(shù)如下：基礎(chǔ)厚度10 m，黏聚力C=0 kPa，內(nèi)摩擦角φ=31°，容重γ=20 kN/m3，地震烈度為Ⅷ度。

由表7計(jì)算結(jié)果可知，在計(jì)算工況下，臨水坡、背水坡的安全系數(shù)均大于各自的允許安全系數(shù)，表明防洪堤斷面尺寸滿(mǎn)足抗滑穩(wěn)定性要求。

(αi為坡角；b為條塊寬度；R為圓弧半徑)圖1 圓弧分析法示意圖

表7 上下游安全穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果表

4 結(jié) 語(yǔ)

河道堤防治理工程雖然總體上技術(shù)難度小，但是由于涉及范圍廣，總投資規(guī)模較大，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)密切結(jié)合工程成本要求、所擔(dān)負(fù)任務(wù)、位置等因素。切德克蘇河伊車(chē)嘎善鄉(xiāng)段因?yàn)闆](méi)有通過(guò)居民區(qū)，所以沒(méi)有過(guò)多考慮生態(tài)河道景觀建設(shè)，顯著節(jié)省了建造成本。本項(xiàng)目投入使用后，河道通洪能力大大提高，且護(hù)岸問(wèn)題得到徹底解決，使區(qū)域不再受洪水威脅，取得了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。