阳泉市绵河河道整治方案及工程设计简述

李春艳

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概况

阳泉市绵河流域河道整治工程是娘子关泉域水源地保护与治理工程的重要内容之一。工程包括绵河及其支流桃河和温河的治理，总长14.44 km。桃河治理分为两段，其中桃河城区段治理范围为白南铁路桥—乱流车站，长7.713 km，桃河娘子关泉口段始于核桃饮料厂上游100 m处至绵河交汇处，长3.80 km。温河为峡谷型河道，治理段始于娘子关镇自来水公司集水泵站，至温河与绵河的交汇处，长2.93 km。治理内容为疏浚河道，整治河堤。

2 堤防工程

2.1 堤型选择

本次设计堤防以浆砌石防洪墙为主。桃河城区段氧化铝厂—乱流段堤高大部分达8～12.2 m，本段拟选择浆砌石重力式防洪墙和钢筋混凝土悬臂式防洪墙进行方案比选。两方案主要工程量见表1。

表1 防洪墙断面型式方案工程量

两方案在技术上均可行，下面从四个方面进行比选。第一，设计经验。对于低于8 m的挡土墙，一般宜选用重力式结构，当挡土墙高度在6 m以上时，扶壁式挡土墙以其结构轻巧而优先选用。第二，基底应力。该段堤基岩性为卵石混合土，局部夹低液限黏土、级配不良砂透镜体，其中漂卵砾石成分为砂岩、灰岩等，磨圆度较好，多呈次棱角—次圆状，承载力标准值200～300 kPa；根据《堤防工程设计规范》，砂土地基压应力不均匀系数宜取2～3。扶壁式挡土墙计算最大基底应力为160.4 kPa，不均匀系数2.27，浆砌石重力式挡土墙计算最大基底应力为230.9 kPa，不均匀系数2.9，因此，两方案均满足规范要求。第三，施工。两种方案均为常规施工方法，只是钢筋混凝土施工工艺稍显复杂。第四，工程投资。从表1中数据可见，浆砌石重力式结构方案比钢筋混凝土扶壁式结构方案可节省投资3 533.3万元，从工程投资方面考虑，浆砌石重力式优于钢筋混凝土扶壁式。

综合上述分析，虽然钢筋混凝土扶壁式结构轻巧、地基适应能力强，但由于当地石料丰富，浆砌石重力式防洪墙投资较小，因此选择浆砌石重力式防洪墙方案。

2.2 堤顶高程确定

根据《堤防工程设计规范》，堤顶高程为设计洪水位加堤顶超高。堤顶超高按下式计算：

式中：y——堤顶超高，m；

R——设计波浪爬高，m，取0.34～0.42；

E——设计风壅增水高度，m，可忽略不计；

A——安全加高，m，取0.8。

经计算，堤防超高 y＝1.14～1.22 m，取 1.2 m。

2.3 堤基冲刷计算

水流平行于岸坡冲刷深度采用下式计算：

式中：hB——局部冲刷深度，m；

hp——冲刷处的水深，以近似设计水位最大深度代替，m；

vcp——平均流速，m/s；

v允——河床面上允许不冲流速，m/s；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取0.25。

由于水流斜冲河岸，水位升高，岸边产生自上而下的水流淘刷坡角，其冲刷深度采用下式计算：

式中：Δhp——从河底算起的局部冲深，m；

α——水流流向与岸坡交角，度，取10°；

m——防护建筑物迎水面边坡系数，取0；

vJ——水流的局部冲刷流速，m/s；

d——坡角处土壤计算粒径，mm，对非黏性土取大于15%（按重量计）的筛孔直径。

分别选取顺坝和斜冲典型断面进行计算，地基土按级配不良砾计算，结果见表2。

表2 冲刷深度计算成果

2.4 堤防断面及结构设计

2.4.1 桃河城区段

桃河城区段整治河道长7.713 km，其中新建堤防长5.28 km，加固堤防长1.462 km，现状可利用堤防长1.331 km。防洪堤为浆砌石重力式挡土墙结构。桩号0+000～0+777，6+872～7+205 段防洪堤基础埋深为3.0 m，堤高 4.9～7.5 m，顶宽 0.8 m，基础宽 4.04～5.6 m，墙背坡度 1∶0.6；桩号 3+210～6+872，7+205～7+713 段，防洪堤基础埋深3.0 m，高7.6～11.4 m，顶宽0.8 m，基础宽 6.32～8.98 m，墙背坡度 1∶0.7；桩号 2+108～3+210 段在原堤上增设浆砌石防浪墙，墙顶宽0.5 m，底宽0.8 m，高0～1.0 m。

2.4.2 桃河娘子关泉口段

桃河娘子关泉口段新建防洪堤断面为浆砌石重力式挡土墙结构，防洪堤基础埋深2.5 m，右岸堤高5.5～8.0 m，基础宽 4.4～5.9 m，左岸堤高 5.5～6.0 m，基础宽 4.4～4.7 m，顶宽 0.8 m，墙背坡度 1∶0.6。

2.4.3 温河治理段

温河治理段新建防洪堤断面为浆砌石重力式挡土墙结构，防洪堤基础埋深2.0 m，右岸堤高5.0～7.5 m，基础宽 4.1～5.6 m，顶宽 0.8 m，墙背坡度 1∶0.6。所有治理段的河床凹岸段，为提高堤防抗冲刷能力，堤脚采用格宾石笼防护，宽5 m，厚0.5 m。

为防止墙体发生不均匀沉陷，堤身沿纵断面每12 m设一分缝，缝内填沥青麻丝；防洪堤在墙体断面突变处另设沉陷缝。

2.5 稳定及应力计算

计算工况：正常运用条件，为设计洪水过后；非常运用条件，为多年平均水位遭遇地震情况。稳定及应力计算均选用北京理正软件设计研究所的《挡土墙计算软件》进行计算。稳定安全系数按《堤防工程设计规范》选用，地基承载力采用地质专业建议值，见表3。

表3 稳定安全系数及地基承载力规范值

选择典型断面对防洪墙抗滑稳定、抗倾稳定、防洪基底应力进行计算，结果见表4。

表4 防洪墙稳定及地基应力计算成果

3 结语

经计算，堤防抗滑、抗倾稳定安全系数、基底应力都满足规范要求，结构设计合理、经济、安全、可靠。通过河道整治，可以提高防洪标准，改善河道生态环境，从而带动保护泉域系统工程的建设，促进阳泉市经济可持续发展。