千河防洪治理工程水工设计难点探析

2014-10-24 11:10祁雷

中国水运 2014年10期

祁雷

摘要：在宝鸡市千河防洪治理工程水工设计中，对于在堤防工程、护岸工程、护坡设计、穿堤涵闸等几部分中遇到的难点问题逐一论述分析，并提出了解决问题的方法。对于涉及范围广、工程型式多的防洪工程，水工设计时要分县区、分段落、分工程型式具体问题具体分析，不能千篇一律的搞均一化设计。

关键词：千河防洪治理水工设计难点探析

前言

千河为渭河左岸一级支流，地处宝鸡市西北部，发源于甘肃省张家川回族自治县唐帽山南麓石庙梁，从陇县唐家河入陕西省宝鸡市境。千河在宝鸡市流经陇县、千阳、凤翔、陈仓区、高新区等5个县（区）。工程的治理范围从陇县固关街～千河入渭口，治理河道总长度106.50 km。全线干流设计总长度134.30km，支流设计总长度7.472km。

由于本工程涉及范围较广，工程型式也较多，且所涉及到的5个县区的保护对象、防洪标准及工程等级也不同，故在水工设计时按堤防工程、护岸工程、护坡设计、穿堤涵闸等几大部分分别进行论述，各个部分设计时都会遇到些难点问题。

堤防工程

1、提出问题

堤防工程设计中遇到的难点问题有：①堤顶超高计算参数的选取、②堤身渗流和堤坡稳定计算参数的选取。

2、难点分析及解决方法

难点①：堤顶超高计算时，严格按照[1]要求，堤顶超高为波浪爬高、风壅增高及安全加高三者之和。涉及有计算风速、风区长度、水域的平均水深、风向与堤法线夹角、摩阻系数、经验系数等参数。由于县区防洪标准城防段30年、农防段10年，且计算中有些参数可以由公式或其他专业提供获得，但有的参数就需要反复比较选取才行。例如计算风速的选取，规范中对设计波浪的计算风速的规定可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍，但本工程特点是县城城防段和临近两段农防段的防洪标准各不相同，以致于防洪流量不同，设计参数的水域平均深度就不同，故计算风速的取值同样也应有差别，要不计算出的30年和10年设防标准的堤顶超高值相差不明显。解决方法：在计算堤顶超高时，据防洪标准首先划分防洪单元，参数的选取要具体段落具体分析选取，不能一概而论的选取相同参数。

难点②：堤身渗流和堤坡稳定计算分析时，也遇到同样的参数选取问题。堤防工程包括有：新修堤防、重修堤防、加培堤防等。新修堤防、重修堤防的筑堤土料选取的是临河侧滩地砂砾料，而加培堤防只是在原有老堤欠宽在0.5m以上、欠高在0.4m以上及临河侧坡比陡于1：1.5的堤防上，以背水侧加高培厚为主进行堆筑。故在计算渗流和堤坡稳定时，参数的选取要分堤防类型分段落选取进行计算。解决方法：据地质资料，按工程类型分别选取相应参数。对于新修堤防、重修堤防选取临河侧滩地砂砾料的参数，而对于加培堤防选取原堤身土料参数进行计算分析。

护岸工程

1、提出问题

工程区内两岸现有明显高的阶地或自然岸坎段，其易受水流、风浪作用，可能发生冲刷破坏，故需要采取防护措施。护岸工程设计中遇到的难点问题有：①墙式护岸、坡式护岸的划分；②墙式护岸的结构型式与稳定计算。

2、难点分析及解决方法

难点①：由于墙式护岸、坡式护岸两种护岸型式从设计方法、工程量、工程投资等方面都有所不同，故护岸工程设计的首要问题是先划分护岸型式。如：在陇县固关街～大桥段及千阳县右岸下游段，河槽多呈“U”型，河道窄、岸坎高、坡度陡，需要修筑挡墙进行防护，经过比较分析后选取墙式护岸，挡墙背水侧紧贴原状自然岸坡，临水侧坡比按1：0.5～1：0.7设计；而在坡度相对较缓的阶地或自然岸坎修筑护坡进行防护，坡式护岸迎水坡基本按原状岸坡砌护，设计砌护坡比在1：1～1：2之间。解决方法：在护岸设计前首先要根据现状地形、河道外形及宽度、水流冲刷等情况划分出两种护岸型式再分别进行相关设计。

难点②：墙式护岸一般选取重力式挡土墙结构，而重力式挡土墙又分为直立式、衡重式、仰斜式、俯斜式等，墙式护岸结构型式与稳定计算也是个主要问题。如：陇县固关街～大桥段的墙式护岸选取的就是仰斜式，M7.5浆砌石砌筑，顶宽0.6m，基础底埋至于滩面以下1.5m，挡墙上部砌护顶高程在设计洪水位以上0.5m；而千阳县段（R53+755～R52+777）由于自然岸坎较高（20m左右），岸坡下部临水，且位于河流的急流段，人工砌护挡墙难度较大，设计过程中进行了多种方案的比较，并咨询了有关专家的意见，最终选取机械抛钢筋笼石方式防护，顶宽1m，底宽2m，再紧挨底层钢筋笼石底部铺置一层4m宽×0.5m高的水平护基格宾进行防护。解决方法：在墙式护岸设计前需要根据现状地形并考虑施工条件等因素合理选取挡土墙型式，再根据水位和冲刷等数据确定挡土墙断面尺寸，并采用《北京理正岩土软件5.11版》进行挡土墙验算。

护坡设计

1、提出问题

在堤防工程、坡式护岸工程及护坡工程中都需要进行护坡防护设计。护坡设计中遇到的难点问题有：①护坡材料的选用、②护脚设计中基础埋深的确定。

2、难点分析及解决方法

难点①：由于千河干流河道断面平均流速一般超过堤身填筑砂砾料的不冲流速，洪水的掏刷及风浪的冲击威胁着堤身的安全，故需进行护坡处理，护坡材料的选用就尤为重要。经过对4种护坡材料的分析比较，最终选取浆砌石和格宾两种材料进行临水侧砌护，背水坡采用植草皮进行绿化防护。解决方法：护坡材料的选取要根据各县情况具体问题具体分析，河床窄、比降大、流速大、迎水坡坡比陡的段落迎水坡护坡材料选用M7.5浆砌石；其余段落和县城城区段为了增加景观绿化效果，迎水坡均采用格宾材料防护。

难点②：根据[1]，基础埋置深度应满足抗冲刷要求。水流对岸坡的冲刷与近岸流速、水深、水流方向与岸坡的夹角、河床组成等因素有关，其冲刷深度可按规范中公式进行计算，计算参数包括有泥沙容重、床沙中值粒径、行进流速、冲刷处水深、水流与岸坡交角、水流流速不均匀系数等。解决方法：首先进行冲刷深度计算，再据历史冲刷深度调查资料、地质报告建议值等因素综合确定防冲深度值，最后确定基础埋置深度值。在基础埋深设计时，以往采用的是深埋基础，基础底均位于深泓点以下防冲刷深度，然而这次设计时为了减少施工开挖难度、节约投资，在多方比较咨询后，选用浅埋基础型式，基础底高程一般在自然岸坡临水侧坡脚以下1.0m，采用0.8m宽×1m高的浆砌石或格宾网基础脚槽，紧挨脚槽再做水平格宾护基。水平格宾护基的最大宽度视冲刷深度而定，本工程采用2～2.5倍冲刷深度值。

穿堤涵闸

1、提出问题

全线工程治理范围内共涉及穿堤涵（闸）9处，均是在原有排水涵管或排水渠基础上进行重建。穿堤涵闸设计时遇到的难点问题是：复核原涵闸的过流能力。

2、难点分析及解决方法

设计的9处穿堤涵闸，其中千阳县的2处和陈仓区的1处涵闸已知原有涵洞的尺寸及过流量，均按原型式重建。难度较大的是复核高新区6处原有涵管的最大过流能力，在已知涵管的管径情况下，假定圆形涵管水深计算涵管过流量。

解决方法：根据[5]，当假设水深到最小净空高度时，过流量为原有涵管最大过流量，近似计算公式如下：

分别计算出原砼涵管不同管径的最大过流量，再据此流量设计穿堤箱涵的尺寸及型式。

结语

千河防洪治理工程设计中所遇到的以上几个水工难点问题，均通过分析研究最终得到了解决，使得水工方面的设计工作得以圆满按期完成，并最终通过总院审查。

总的来说，对于这样的涉及范围广、工程型式多的防洪工程，水工设计时要分县区、分段落、分工程型式具体问题具体分析，不能千篇一律的搞均一化设计。

参考文献：

[1] GB50286—2013堤防工程设计规范[S].中国计划出版社，2013.