楊 波

(江西省贛撫平原水利工程豐城市管理站，江西 宜春 331100)

1 工程概況

豐城市圳頭水流域涉及五個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，圳頭水流域湖塘鎮(zhèn)段河道受到長(zhǎng)期沖刷而遭受破壞，經(jīng)勘探分析后，需對(duì)圳頭水流域湖塘鎮(zhèn)段河道進(jìn)行綜合治理。在該工程項(xiàng)目中，主要從河道治理、河道清淤、堤防加固、干砌石護(hù)岸、生態(tài)護(hù)坡、混凝土擋墻、混凝土路面等方面入手，全方位治理現(xiàn)有河道結(jié)構(gòu)。對(duì)該河道工程進(jìn)行全面規(guī)劃，需原址拆除重建社頭閘及33座灌溉涵、4座自排涵和9座導(dǎo)洪涵，同時(shí)，該工程交通條件較好，可通過既有公路直接達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域，便捷高效，為河道治理期間施工期間的物資設(shè)備運(yùn)輸?shù)於肆己脳l件[1]。

2 河道治理工程任務(wù)

(1)河道治理必要性。圳頭水流域治理河段河道較為彎曲，河道兩岸遭受水流沖擊而出現(xiàn)嚴(yán)重破壞現(xiàn)象，岸坡較陡，此外案例工程河道段淤積現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致岸坡飽和層厚度不斷增大，使河道抗沖刷性逐漸削弱。在河床淤塞、河底坡降平緩條件下抬高了人河道水位，繼而加重了河道兩岸洪水災(zāi)害，且堤身單薄局部堤段堤身土質(zhì)差，在汛期極易出現(xiàn)洪水險(xiǎn)情[2]。除此之外，圳頭水湖塘段河道治理工程已被納入《全國(guó)重點(diǎn)中小河流治理工程實(shí)施方案》，故河道治理工作迫在眉睫，應(yīng)遵循以人為本理念實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌兼顧，根據(jù)河道實(shí)際情況制定治理方案，用于增強(qiáng)河道行洪能力，改善河道周邊生態(tài)。

(2)工程任務(wù)。湖塘鄉(xiāng)地現(xiàn)現(xiàn)已開發(fā)萬畝兩用田，用于開發(fā)水上娛場(chǎng)與養(yǎng)殖業(yè)，為確保兩用田順利開發(fā)，需對(duì)頭水湖塘段河道進(jìn)行治理，以此推動(dòng)河道區(qū)域可持續(xù)發(fā)展建設(shè)?，F(xiàn)階段圳頭水河道坡降平緩，湖塘段河道淤塞，導(dǎo)致流水不暢，在本次河道治理工程設(shè)計(jì)中，則需根據(jù)河道實(shí)際情況，完善治理方案，進(jìn)行護(hù)坡護(hù)岸，對(duì)局部河道河床進(jìn)行清淤整治，繼而平順河道縱坡，減少糙率，增大過流能力，緩解兩岸防洪壓力[3]。針對(duì)現(xiàn)有河道條件，需設(shè)置干砌石護(hù)，并對(duì)導(dǎo)洪涵、自排涵、灌溉涵、社頭閘拆除重建。

3 河道治理工程設(shè)計(jì)分析

(1)設(shè)計(jì)洪水。在該次河道治理工程中，需拆除重建村民自行修建的社頭閘，并分析計(jì)算社頭閘壩址設(shè)計(jì)洪水，因該流域尚無實(shí)測(cè)水文資料，故本次需根據(jù)暴雨途徑推求設(shè)計(jì)洪水。《江西省暴雨洪水查算手冊(cè)》中提出了設(shè)計(jì)洪水推求計(jì)算方法，集雨面積超出50 km2的流域，需運(yùn)用瞬時(shí)單位線法推求設(shè)計(jì)洪水；若集雨面積低于30 km2，則需借助推理公式法得出設(shè)計(jì)洪水；若集雨面積處于30～50 km2范圍內(nèi)，則需運(yùn)用兩種方法的過渡段。在湖塘段河道治理工程中，其將雷公嶺閘作為工程起始點(diǎn)，該閘址位于社頭閘下游約11.36 km，對(duì)河道洪水情況進(jìn)行復(fù)核后，選取雷公嶺閘作為工程下游控制斷面[4]。按照《江西省暴雨洪水查算手冊(cè)》得出各時(shí)段暴雨均值及相應(yīng)的Cv值，同時(shí)Cs=3.5Cv，繼而得出該河道各時(shí)段的暴雨成果，具體如表1所示。經(jīng)計(jì)算可得雷公嶺閘址20 a一遇的設(shè)計(jì)洪水，為308 m3/s，50 a一遇的設(shè)計(jì)洪水為411 m3/s。

表1 各時(shí)段設(shè)計(jì)暴雨成果

社頭閘流域面積為26.2 km2，上游建有龍山水庫(kù)，由該水庫(kù)提供養(yǎng)殖用水及灌溉用水，該水庫(kù)無防洪任務(wù)，僅在汛期起到一定滯洪作用，整體來看削峰效果不顯著。在本次河道治理工程中，為提高河道安全性，忽略龍山水庫(kù)對(duì)上河道洪水的削減作用，采用水文比擬法計(jì)算社頭閘設(shè)計(jì)洪水，即以雷公嶺閘設(shè)計(jì)洪水成果為基礎(chǔ)，采用面積比的2/3次方求出設(shè)計(jì)流量，此時(shí)即可得出湖塘段河道社頭閘與雷公嶺閘的設(shè)計(jì)洪水情況，具體如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)洪水成果

用曼寧公式進(jìn)行推算閘下水位與流量的關(guān)系，如式(1)：

Q=1/n×A×R2/3×J1/2

(1)

式中：A為過水面,m2；n為綜合糙率；R為水力半徑,m；J為水力坡度。起始斷面水力坡度根據(jù)斷面河底比降及同時(shí)水位比降情況進(jìn)行確定，綜合糙率n則根據(jù)河道河槽地形地貌及河床特征進(jìn)行確定，經(jīng)分析后，在本次河道治理工程中，斷面比降取0.13‰，而綜合糙率n取0.036。

(2)堤防加固設(shè)計(jì)。湖塘段河道治理工程以《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)為依據(jù)進(jìn)行堤防加固設(shè)計(jì)，綜合分析湖塘段河道堤防現(xiàn)狀、險(xiǎn)情及資金條件，在保障堤線順直基礎(chǔ)上，左岸樁號(hào)0+200～0+800選擇培厚方式：維持現(xiàn)狀堤頂高程不變，迎水坡和背水坡坡比為1∶2.5。受到資金條件限制，僅按照堤防加固要求，對(duì)岸坡進(jìn)行加固，同時(shí)為確保堤頂防汛效果，將堤頂寬度設(shè)置為4 m，待后續(xù)資金到位后，將按照10年一遇的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)堤防再次加高加固。

(3)河道護(hù)岸設(shè)計(jì)。湖塘段河道兩岸岸坡較陡，長(zhǎng)期遭受水流沖擊而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破壞情況，且受到河道淤積影響而導(dǎo)致岸坡飽和層厚度增大，抗沖刷性降低。在本次湖塘段河道治理工程設(shè)計(jì)中，在迎流頂沖段河底高程下方拋石固腳，并在岸坡位置設(shè)置干砌石護(hù)岸。依據(jù)規(guī)范GB 50286—2013，河道護(hù)坡設(shè)計(jì)應(yīng)以岸坡地形、地質(zhì)條件、岸坡穩(wěn)定性要求設(shè)置枯水平臺(tái)，枯水平臺(tái)頂部高程應(yīng)超出枯水位0.5～1.0 m，寬度應(yīng)處于1～2 m范圍內(nèi)。

對(duì)拋石粒徑進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮石料來源、級(jí)配、抗沖要求，按照規(guī)范GB 50286—2013所提出的公式展開計(jì)算，如式(2)：

(2)

式中：d為折算直徑，m；V為水流速度，取1.78 m/s；g為重力加速度,m/s2；C為石塊運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)，傾斜底坡與水平底坡分別取1.2、0.9；rs為石塊重率，取2.65 t/m3；r為水的重率，取1.0 t/m3。按照式(2)計(jì)算后，得出傾斜坡上塊石折算粒徑d為7.5 cm，平緩底坡上塊石折算粒徑為13.3 cm，相應(yīng)塊石重量為3.26 kg，結(jié)合河道治理工程現(xiàn)實(shí)條件，要求拋石粒徑不低于0.25～0.30 m，相應(yīng)重量低于30 kg的塊石不可超過10%。

對(duì)干砌石護(hù)岸的厚度參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，綜合考慮石料來源、級(jí)配及抗沖要求，按照規(guī)范GB 50286—2013公式進(jìn)行砌石護(hù)岸護(hù)面厚度計(jì)算，如式(3)：

(3)

式中：K1為系數(shù)，條石、砌方石取值0.225，一般干砌石取值0.266；rb為塊石重度，kN/m3；r為水的重度，kN/m3；H為計(jì)算坡高，m；L為波長(zhǎng)，m；m為斜坡坡率。按照上述公式得出砌石護(hù)岸護(hù)面厚度為0.17 cm，考慮到本次河道治理工程實(shí)際情況，將護(hù)岸厚度定為0.4 m，因迎流頂沖段岸坡為0.4 m干砌石護(hù)岸，故需將護(hù)岸頂高程設(shè)計(jì)為“枯水位+0.5 m”，并設(shè)置10 cm混凝土壓頂，下層鋪設(shè)約為10 cm厚的砂卵石墊層，底部設(shè)置砌石固腳。左岸樁號(hào)6+450～6+850的400 m長(zhǎng)段堤岸由砂卵礫石、粗砂筑成填構(gòu)，岸坡松散，設(shè)置40 cm干砌石護(hù)岸，上設(shè)混凝土壓頂，下鋪砂卵石墊層底部砌石固腳。在本次河道治理工程中，護(hù)岸設(shè)計(jì)范圍如表3所示。

表3 護(hù)岸設(shè)計(jì)范圍 m

(4)混凝土擋墻設(shè)計(jì)。在左岸樁號(hào)14+295～14+395的河段設(shè)有長(zhǎng)度為100 m的堤頂，堤腳設(shè)有混凝土擋墻護(hù)岸，擋墻基礎(chǔ)埋深為50 cm。擋墻采用C20重力式墻，高度與頂寬分別為3.0 m、0.5 m，迎水面直立，而背水面的坡度為1∶0.6。對(duì)擋墻穩(wěn)定性進(jìn)行分析，按照現(xiàn)行規(guī)范要求計(jì)算抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、基底應(yīng)力，所得結(jié)果如表4所示，經(jīng)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)。

表4 混凝土擋墻穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

(5)混凝土路面設(shè)計(jì)。2+200～2+935、3+100～5+100、5+300～5+355三段河段總長(zhǎng)度為2.79 km，因現(xiàn)有混凝土路面受到堤防加固工程施工而遭受破壞，故通過本次設(shè)計(jì)恢復(fù)混凝土路面。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)與湖塘鎮(zhèn)規(guī)劃情況相協(xié)調(diào)，最終將混凝土路面寬度、厚度分別設(shè)為3.5 m、0.2 m，下設(shè)厚度為0.2 m的水穩(wěn)基層，兩側(cè)設(shè)置高度0.6 m、寬度0.25 m的混凝土路肩梁。

(6)水土保持設(shè)計(jì)。采用類比預(yù)測(cè)方式了解河道治理工程區(qū)域的土壤侵蝕模數(shù)，經(jīng)綜合計(jì)算后，預(yù)計(jì)該次工程可產(chǎn)生1166 t的水土流失總量，新增1115 t水土流失量，若不進(jìn)行防治，則會(huì)影響周邊生態(tài)。在本次水土保持設(shè)計(jì)中，主要采取工程措施與植物措施進(jìn)行水土保持設(shè)計(jì)。

4 結(jié) 語

河道治理工程設(shè)計(jì)應(yīng)從多方面入手，在豐城市圳頭水湖塘段河道治理工程中，在明確河道治理目標(biāo)后，從設(shè)計(jì)洪水、堤防加固設(shè)計(jì)、河道護(hù)岸設(shè)計(jì)、混凝土擋墻設(shè)計(jì)、混凝土路面設(shè)計(jì)、水土保持設(shè)計(jì)6個(gè)方面展開了全面化設(shè)計(jì)，從河道治理到后期水土保持，實(shí)現(xiàn)了河道生態(tài)的全面管控，不僅改善現(xiàn)有河道條件，還對(duì)河道區(qū)域內(nèi)生態(tài)進(jìn)行了優(yōu)化，工程整體設(shè)計(jì)較好。