平原地区中小河流治理工程设计思路

郑 芳

（江西省水利规划设计院，江西南昌 330029）

我国中小河流众多，分布广，流域面积在200平方公里以上、有防洪任务的中小河流有9200多条。大部分中小河流的防洪设施标准低，河道淤积萎缩严重，堤防未得到过系统治理、险工险段较多，防洪保障体系不健全。因此，加快中小河流治理是保障和改善民生的必然要求，是完善防洪减灾体系的迫切需要；加快中小河流治理，提高防洪能力，保障人民群众生命财产安全和经济社会可持续发展。

根据中小河流治理规划，在 2013年前全面需完成2209条中小河流重要河段的治理任务，2013～2015年要完成2800条左右中小河流的主要河段的治理。其中，平原地区的河流占了1/4以上，同时，平原地区的中小河流保护的区域具有人口集中、土地资源较丰富、地理位置优越、交通便利等特点，因此，平原地区的中小河流治理尤为重要。

本文以丰城市秀富水左岸的鸦丰联圩除险加固工程为例，介绍平原地区中小河流治理的工程设计的整体思路。

1 工程概况

秀富水是清丰山溪的一级支流，发源于丰城市秀市镇源里村，自东南向西北流经杰坪村、秀市镇、小石下、汊口村，于右岸石滩镇罗家咀汇入清丰山溪。流域面积520km2，主河道长82km，主河道平均比降0.278‰。

鸦丰联圩隶属丰城市管辖，位于秀富水的左岸，由原来万亩以上圩堤鸦丰联圩和陈埠圩合并而成，堤线总长30.50km。圩堤保护面积42.70km2，保护耕地4.14万亩，保护人口3.05万人。保护孙渡、剑南、荣塘、桥东4个乡镇、18个行政村，116个自然村的防洪安全，保护区内有京九铁路、丰洛铁路、丰抚公路、丰乐公路等重要设施。鸦丰联圩保护区内地势平坦，土地肥沃，水土资源丰富，盛产粮食及农副产品，为丰城市重要商品粮基地，水路、陆路运输较为方便。

2 工程地质

秀富水河曲发育，地势平坦开阔，鸦丰联圩堤段主要为冲积平原地貌，沿河流发育漫滩。圩堤内地表水系发育，渊塘密布，沿堤线内侧多见有长条状沟渠。圩堤堤身土主要取自堤内外两侧表土，主要为粘土、壤土，填筑质量一般。堤基地质结构主要为单层结构Ⅰ1亚类、双层结构Ⅱ1、Ⅱ2亚类及多层结构Ⅲ1、Ⅲ2亚类堤基。根据历史险情记录与地质勘察资料分析，该堤段存在的主要工程地质问题为堤基渗透稳定、岸坡稳定问题及沉降变形稳定问题。

3 工程存在的问题及主要任务

3.1 工程存在的问题

鸦丰联圩保护区在该地区经济发展中占有较重要的地位，农业生产发展潜力大，防洪治理后，将为该地区改变经济落后的面貌，促进经济可持续发展发挥重要作用。现有防洪工程对防御洪涝灾害虽起一定的作用，但存在问题较多。

（1）河道坡降平缓，河床淤塞严重，相应抬高了河道水位，防洪形势日趋严峻。

（2）组成岸坡土层，抗冲性差，抗冲流速一般小于汛期河水流，特别是粘性土层之下的中、细砂层易于冲刷淘蚀，形成坍塌，迎流顶冲段破坏尤剧。局部堤段堤外无滩地，河床逼近堤防，危及堤防安全。

（3）现状堤身单薄，堤顶高程不满足防洪标准要求。

（4）部分堤段堤身填筑质量一般，汛期外河水位较高作用下，堤身易产生渗漏及渗透破坏，甚至产生堤身塌坡、脱坡现象。在雨水的冲刷作用下，易产生水土流失，影响堤身边坡的稳定。

（5）穿堤建筑物普遍存在涵管管身破损、材料老化、局部坍塌及漏水严重等问题，已不能正常运行，严重威胁到大堤防洪安全。

3.2 工程建设的主要任务

根据河道、堤段存在的具体问题，分别采用河道疏浚清障、护坡护岸、堤身加高加固、堤身堤基防渗处理、建筑物加固以及重新铺设堤顶防汛公路等防洪治理工程措施。逐步建设完善鸦丰联圩工程，以达到增加河道行洪能力，提高防洪功能的目的。

4 工程布置及主要建筑物

根据《防洪标准》（GB50201-94）和《堤防工程设计规范》（GB50286-98）等有关规定，结合圩堤保护区社会经济 地位的重要性、人口规模等，确定本工程为5级堤防。防洪标准为抵御秀富水十年一遇的洪水。穿堤建筑物的级别根据其规模按《水闸设计规范》（SL265-2001）确定，但不应低于5级，建筑物的设计洪水位比所在堤段设计洪水位提高0.5m。

4.1 河道疏浚工程

根据现状河势及测量资料，对主河床范围内的洲地进行清淤整治，以平顺河道纵坡，减少糙率。疏浚开挖料可以利用于堤后填塘，其他弃料运至指定弃渣场堆放，不得随意堆放在河道内。

4.2 堤防工程

通过根据《堤防工程设计规范》（GB50286-98），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）；

e —设计风壅增水高度（m）；

A —安全加高（m），A =0.5m。

通过计算，堤顶超高值为0.99，为此确定本段堤顶超高为1.0m。

根据现状堤身断面及堤身土质情况，按照确定的堤顶高程及设计标准断面进行加高培厚处理，并配合堤防渗流计算、堤身抗滑稳定分析计算，确定堤防设计断面为：堤顶宽4.0m，堤顶设宽3.5m的泥结碎石防汛路面，临水坡坡比为 1:2.5，背水坡为1:2.5。

堤基土主要为双层结构，局部为单一砂性土结构，或多层结构。双层结构有上薄层粘性土、下伏砂性土结构与上厚层粘性土，下伏砂性土结构。外河水易通过砂性土形成的渗漏通道在堤内盖层缺失或薄弱处产生渗透破坏。堤基渗控措施按其作用可分为压渗、排渗、截渗等，通过对临水侧防渗铺盖、垂直防渗、背水侧压渗盖重、排水减压井（沟）等措施的防渗效果、施工及适用条件分析，结合地形地质情况和堤基渗流计算结果，确定对堤防沿线的坑、塘处采用填塘固基的防渗措施。

4.3 护坡、护岸工程

4.3.1 护坡工程

硬化护坡堤段的选择主要依据以下原则：首先对河道弯曲，主河道直接为迎流顶冲堤段和高水位时形成的迎流顶冲、主流直接逼近堤脚的堤段进行重点防护；其次对急流傍岸且堤外侧无滩地，水流常年累月对堤坡、堤脚冲刷，已造成或将要造成堤外坡塌坡堤段，均进行硬化护坡防护处理。硬化护坡有干砌块石、浆砌块石、预制混凝土及现浇混凝土护坡等型式，根据本工程实际情况分析，预制混凝土护坡造价较为经济，且防风浪效果好，施工简单，进度快，较为美观，施工质量容易控制，因此推荐采用混凝土预制块护坡。

混凝土预制块护坡厚度以混凝土块在波浪压力和浮力作用下，满足整体稳定要求确定，按《水工设计手册》式（18-10-21）计算：

式中：t —混凝土护坡厚度，m；

k —安全系数，本圩为5级堤防，取k =1.10；

2h —设计波高（m），取H10%；

γc—混凝土的容重，取2.4t/m3；

w—水的容重，取1.0t/m3；

b—沿堤坡向板长（m），b=0.52m；

α—坝坡与水平线的夹角，m =1:2.5，

α =21.8°。

通过计算，可得混凝土预制块护坡厚度为8.5mm，本次设计取10.0mm。

本次设计对河道迎流顶冲、砂性土堤段7处共1.2km长的堤防迎水坡进行了厚10mm的混凝土预制块护坡，其余堤段迎水坡和背水坡均采用草皮护坡。

4.3.2 护岸工程

按照不影响上、下游、左右岸地区和有利于行洪原则，主要采取平顺护岸固脚形式进行处理，以稳定岸坡。平顺护岸采用水下抛石固脚。水下固脚工程结构型式常用的有抛石、塑料织物土枕、软体排、铰链混凝土排、柴排等。根据对以上几种型式的比较，抛石护岸有施工简单，护岸效果好等优点，本次护岸工程设计采用水下抛石护岸。考虑抗冲、级配及石料来源等影响因素，块石粒径按《堤防工程设计规范》附录D.3.4.1推荐公式计算：

式中：d —折算直径（m）按球折算；

V —水流速度（m/s）取0.87m/s；

g —重力加速度；

C —石块运动的稳定系数；水平底坡取 0.9，倾斜底坡取1.2；

rs—石块的重率，取26.5kN/m3；

r —水的重率，取10kN/m3。

通过计算，倾斜坡上块石最小粒径d =0.16m，平缓底坡上块石最小粒径为 0.29m，为保证抛石的整体性，水平底坡和斜坡上抛石粒径取不小于0.30m。抛石厚度一般不小于块石粒径的 2倍，厚0.6m。

抛石设计断面为：抛石体顶高程为设计枯水位以上0.5m。岸坡陡于1:2的，按边坡1:2抛护，抛石体顶宽1.5m，再外抛厚0.6m，宽4m的水平护脚。坡度缓于1:2的陡岸，按原坡抛护，斜坡上抛石厚度按0.6m控制，抛到缓于1:3平缓处或河深泓。

4.4 穿堤建筑物设计

穿堤建筑物主要存在的问题是涵管管身破损、混凝土老化、管径过小及漏水严重，已不能正常运行，严重威胁到圩堤防洪安全。涵闸处理布局基本维持现状不变，在对现有建筑物进行调查、分析后因地制宜地采取拆除重建、新建等方式。对强度、耐久性无问题的涵闸予以保留。对隐患严重的、已不能正常工作，影响大堤安全的，一律拆除，按圩堤加高加固方式回填，能合并重建的一律合并重建。

5 结 语

中小河流治理是水利部“十二五”规划中的重点工作之一，中小河流治理任务繁重，这就需要我们设计人员更好的做好前期工作，总结出更多的设计经验，少走一些弯路，给地方政府提供更加科学合理的设计成果，为中小河流治理项目尽快实施发挥效益尽一份力量。