劉興強

(甘肅甘蘭水利水電勘測設(shè)計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000)

1 河道概況

葫蘆河因河床狹窄多曲折，形似"葫蘆"得名，屬渭河一級支流，黃河二級支流，發(fā)源于寧夏西吉縣月亮山，自北向南流經(jīng)寧夏(西吉)、甘肅(靜寧、秦安)兩省等各縣，于甘肅省天水三陽川匯入渭河，葫蘆河流域面積10740 km2，河長287 km，葫蘆河在秦安縣境內(nèi)長45.2 km[1]，本次工程河段位于秦安縣鄭橋村～安坪村段，屬葫蘆河中下游河段，河谷兩側(cè)為強烈侵蝕的低山丘陵，山洪溝道發(fā)育，暴雨來臨時，山洪兇猛，危害甚大，同時，大多數(shù)居民座落及已開發(fā)區(qū)在葫蘆河兩岸的Ⅰ、Ⅱ級階地上，由于階地與河床相對高差小，極易遭受洪水危害。工程擬設(shè)防段處沒有完整的防洪體系，一遇洪水，股流擺動，侵蝕河床，近年來河床來回擺動，部分河岸耕地沖刷嚴重，河道狹窄，行洪不暢，洪水泛濫，險情環(huán)生，給兩岸的寶蘭客專、天巉公路及已開發(fā)區(qū)的防洪安全形成嚴重威脅。據(jù)現(xiàn)場勘查，葫蘆河鄭川段左岸已建斜坡式砼堤防1.1 km，右岸已建斜坡式砼堤防1.3 km，該段堤防建設(shè)年代久遠，工程設(shè)計標準低，目前基礎(chǔ)淘刷嚴重，部分護坡脫落，現(xiàn)已基本失去防洪功能，其余段耕地及園地高于河床1 m～3.5 m，未做任何防護。因此，通過河道治理，提高區(qū)域防洪標準，增加鄭川新城規(guī)劃面積，增強抵抗自然災害的能力，對保護經(jīng)濟發(fā)展成果，促進區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展是十分必要的。

2 工程布置

本次河道治理工程布置結(jié)合治理段現(xiàn)狀極易遭受洪水危害及鄭川新城的全面建設(shè)需要，在滿足河道治理有關(guān)規(guī)范中河道布置原則下，葫蘆河鄭川段工程布置進行維持原河道走向和將新區(qū)內(nèi)葫蘆河改線沿天平高速布置兩種方案的比較[2]。

(1)方案一，維持原河道走向布置：此方案與天然河勢保持一致，有利于減少人為改變天然溝道而帶來的不利影響，施工難度小，工程造價較低，不涉及占地及拆遷，可以有效地保障河道，提高兩岸企事業(yè)單位及基本農(nóng)田抵御洪水的能力。但該方案葫蘆河將新區(qū)分為左右兩片，開發(fā)效益低，為了連接兩岸需在新區(qū)內(nèi)葫蘆河上修建兩座交通橋，不利于鄭川新城的全面建設(shè)。

(2)方案二，將新區(qū)內(nèi)葫蘆河改線沿天平高速布置：鄭川新區(qū)位于鄭川村附近，現(xiàn)狀葫蘆河將新區(qū)分為左右兩片，根據(jù)《公路安全保護條例》的規(guī)定，高速公路兩側(cè)的防護距離最低為30 m，在滿足適當?shù)叹嘁蟮那闆r下，將新區(qū)內(nèi)葫蘆河進行改線沿天平高速外30 m布置，改線后開發(fā)區(qū)全部位于河道左岸，總開發(fā)面積約1067畝(方案一總開發(fā)面積約1055畝)，可連片進行規(guī)劃設(shè)計，有效增加鄭川新城規(guī)劃面積，增強抵抗自然災害的能力。此方案砂礫石開挖總量106.24萬m3，新建堤防所需砂礫石夯填總量為42.75 m3，原河道砂礫石夯填總量約46.45萬m3，故棄土量為17.03萬m3。缺點是施工難度大、造價偏高。

方案一 斜坡式、直墻式相結(jié)合復式斷面

隨著鄭川新城的全面建設(shè)，葫蘆河兩岸的經(jīng)濟快速發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)規(guī)模逐步增大，增加鄭川新城規(guī)劃面積、連片進行規(guī)劃設(shè)計是十分有必要的，故推薦方案二將新區(qū)內(nèi)葫蘆河改線沿天平高速布置。秦安縣葫蘆河鄭川段段堤防治理工程設(shè)防標準采用20 a一遇洪水，工程級別為4級，本次治理河長3.5 km，經(jīng)綜合分析考慮該防護區(qū)新建堤防5.342 km(其中葫蘆河左岸新建堤防2.436 km，葫蘆河右岸新建堤防2.906 km，具體布置為：左岸樁號0+000～2+436段新建堤防2436 m，起點與天巉公路6#橋墩順接，末端與天巉公路7#橋墩順接，右岸樁號0+000～0+779段新建堤防779 m，起點與葫蘆河已建堤防末端相接，末端與天巉公路6#橋墩順接，右岸樁號0+792～2+919段新建堤防2127 m，沿新建天平高速布置，起點接天巉公路6#橋墩，末端以山體高岸坎結(jié)束。

方案二 C20砼墻式護岸

3 堤防設(shè)計

3.1 堤岸防護型式及襯砌材料選擇

(1)堤岸防護型式的比選

河道堤岸型式較為常見的有坡式、墻式，墻式也稱重力式[3]，其防護形式的特點以適用范圍見表1。

表1 坡式、墻式(重力式)防護型式比較表

由于本次治理段堤高較高，選用墻式護岸工程量較大，造價偏高，施工難度較大，故治理河段對堤身結(jié)構(gòu)進行斜坡式、直墻式相結(jié)合復式斷面、斜坡式(夯填砂礫石梯形斷面土堤護岸)兩種方案的比較，根據(jù)相似斷面對兩種護岸進行比較(不計價差)，堤高均按12 m計，護岸防護型式的比選見圖1和表2，復式護岸斷面每千米投資約1191萬元，斜坡式護岸相似斷面每千米投資約878萬元，從工程經(jīng)濟角度比較，每千米造價斜坡式護岸低于復式護岸357萬元，從技術(shù)角度比較，采用斜坡式、直墻式相結(jié)合復式斷面具有抗沖能力強、耐久性好、挖方量較小，實施比較容易等優(yōu)點，復式護岸結(jié)構(gòu)性能優(yōu)于坡式護岸，因此治理段堤岸防護型式選用復式斷面護岸。

表2 堤防(護岸)型式比較表

(2)復式護岸構(gòu)筑材料的比選

本次治理段斷面形式采用復式護岸，迎水面邊坡為1∶1.5，背水面邊坡為1∶1.25。C20砼護面型式為常規(guī)斜坡式護岸護面做法，其優(yōu)點為可就地取材，投資較少，強度及抗沖能力均能滿足設(shè)計要求。但隨著社會的發(fā)展，河道的治理已經(jīng)不在局限于防汛，而應注重人與自然和諧相處，集防汛生態(tài)平衡為一體的綜合型河道。因此對復式護岸斜坡段構(gòu)筑材料用C20砼和格賓石籠護面進行比較，構(gòu)筑材料的比選見圖2和表3，經(jīng)分析復式護岸斜坡段C20砼護岸每千米直接投資約1280萬元，格賓石籠護岸每千米直接投資約1191萬元，因此復式護岸斜坡段構(gòu)筑材料選用格賓石籠。

表3 墻式堤防(護岸)材料比較表

圖2 復式斷面格賓石籠坡式斷面

圖3 復式斷面C20砼坡式斷面

格賓石籠植草綠化防護是目前夯填砂礫石梯形斷面護面常見的一種生態(tài)治理型式。格賓石籠厚度計算參考《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 353:2013)中綠濱護坡厚度計算。綠濱墊中填石的平均粒徑Dm應按下式計算：

(1)

Cv=1.283-0.2log(R/b)

(2)

綠濱墊厚度：t=2.0Dm

式中：Dm為填石的中值粒徑，50%的填石粒徑超過該值；S0為粒徑安全系數(shù)，本文推薦最小1.1；Cs為填石穩(wěn)定系數(shù)，本文取0.1；Cv為流速分面系數(shù)，Cv≥1.0，在堤和混凝土渠道的端部一般為1.25；D為流速V處局部水深，m，取2.33 m;rs為填石的重度，kN/m3，取26.5 kN/m3；γw為水的重度，kN/m3，取10 kN/m3；V為斷面平均流速，m/s，通常取水面以下0.6倍水深處流速，或者取0.2倍、0.8倍水深處流速平均值，取2.42 m/s;G為重力加速度，9.81 m/s2；K1為邊坡修正因子，1∶2取0.88，1∶3取0.98，1∶4以上取1.0；R為水力半徑，取34.54；B為水面寬度，取33.71。

經(jīng)計算，綠濱墊中填石的平均粒徑Dm為0.156 m，故綠濱墊厚度應不小于0.31 m，查《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 353:2013)綠濱護坡厚度表3知：襯砌厚度0.4 m，填石尺寸100 mm～200 mm時，臨界流速為5.5 m/s，極限流速為7.2 m/s，故本次設(shè)計格賓石籠厚度取為0.40 m。格賓石籠上可鋪設(shè)種植土，上面噴射高性能生態(tài)基層，種植低矮植物。

3.2 堤防設(shè)計

葫蘆河新建復式斷面堤防采用斜坡式格賓石籠護坡與C15砼重力式擋土墻相結(jié)合形式，堤防設(shè)計主體為夯填砂礫石，要求相對密實度不小于0.60，橫斷面設(shè)計為梯形，設(shè)計堤頂寬度3.0 m，斜坡式格賓石籠護坡厚40 cm，臨水面邊坡1∶1.5，背水面邊坡1∶1.25，重力式擋土墻材料為現(xiàn)澆C15砼，頂寬40 cm，擋土墻高為5.5 m，迎水面坡比1∶0.4，背水面為直墻，前后趾寬×高為0.30 m×0.60 m，墻身采用夯填砂礫石，夯填相對密度應不小于0.60。斜坡式格賓石籠護坡與重力式擋土墻之間設(shè)2 m寬親水平臺，鋪設(shè)40 cm厚格賓石籠，重力式擋土墻臨水面深弘高程處鋪設(shè)12 m長、0.4 m高格賓石籠水平防沖層。重力式擋土墻沿堤線每10 m設(shè)一道寬20 mm的橫向伸縮縫，縫寬2 cm，填縫材料為閉孔聚乙烯泡沫板，砼抗凍等級為F150，抗?jié)B等級為W6。

4 結(jié)論及建議

葫蘆河鄭川段防洪工程的修建可保護興國鎮(zhèn)鄭川村708戶居民2774人及2612畝耕地、邢灣村234戶居民977人及2321畝耕地、西川鎮(zhèn)安坪村388戶居民1772人及2815畝耕地、鄭橋村276戶居民1278人及1747畝耕以及鄭川新城的安全。根據(jù)防洪區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀堤防建設(shè)情況和存在問題，綜合治理河長3.5 km，經(jīng)綜合分析考慮該防護區(qū)新建堤防5.342 km，其中葫蘆河左岸新建堤防2.436 km，葫蘆河右岸新建堤防2.906 km。河道治理工程于2019年完工，河道治理后，防洪效果明顯。