阿克苏市良种场库库瓦什防洪工程横断面设计

魏 泽

（阿克苏地区水利水电勘测设计院有限公司，新疆 阿克苏 843000）

阿克苏市良种场库库瓦什防洪工程横断面设计

魏 泽

（阿克苏地区水利水电勘测设计院有限公司，新疆 阿克苏 843000）

在进行阿克苏市良种场库库瓦什防洪工程横断面设计时，必须综合考虑土的渗透变形判别、管涌允许水力比降，并且应符合经济实用、因地制宜、就地取材的原则，并应满足防汛和管理要求、河道泄洪要求，保证水流畅通、水面平顺衔接等。笔者根据防洪工程实际并结合自己多年工作经验，从上述几个角度探讨了防洪工程横断面的设计。

良种场；防洪工程；横断面；设计

1 概述

1.1 工程概况

阿克苏市良种场库库瓦什防洪工程位于良种场境内，阿克苏河流域上游河段，距阿克苏市8km，地貌上处于南天山山地与塔里木盆地北西缘交合处。测区地势总的轮廓是北高南低，高处为中、低山丘陵，低处为阿克苏河冲洪积平原。本工程设计防洪标准为20年一遇，通过水文分析可知，工程场址设计洪峰流量为2471m3/s。

本工程的建设任务是在满足河道行洪断面面积的基础上，沿现状河坎或已建土堤通过局部的裁弯取直，重新布置并新建永久性防洪工程，新建防洪堤3.70km，从根本上解决洪水对该段河道左岸阿克苏市良种场耕地、居民及基础设施的威胁，减轻沿岸居民及管理单位的防洪负担，同时最大限度的减少该段河道水土流失现象。

1.2 设计洪水位的确定

本工程设计防洪标准为 20年一遇，通过水文分析可知，工程场址设计洪峰流量为 2471m3/s。按照各设计断面水位～流量关系，各断面在设计洪水流量为2471m3/s时所对应的设计洪水位高程见表1。

表1 各断面设计洪水位统计表

根据计算结果，并结合现场实际调查的洪水位高程及现有堤防高程等各方面因素，经综合考虑分析，拟定本工程堤防设计水面线起点及终点高程分别为：1076.35m和1072.65m，其设计纵坡为1/1000。

2 防洪工程横断面设计

2.1 横断面设计考虑的因素

2.1.1 土的渗透变形判别

防洪工程基础岩土主要为级配不良砾。根据地基土的颗分曲线判定，级配不良砾为不均匀系数大于5的不连续级配土，对于不均匀系数大于5的不连续级配土采用下列方法判定渗透稳定：

Pc≥35%为流土；

25%≤Pc＜35%为过度型；

Pc＜25%为管涌。（适用于不均匀系数大于5，不连续级配土）

下面对基础岩土进行渗透稳定评价：

Pc值对应的粒径，查地基土的颗分曲线求得：

级配不良砾：

故而，基础卵石混合土、级配不良砾的渗透破坏形式为管涌。

2.1.2 管涌允许水力比降计算

管涌临界水力比降采用公式：

安全系数取值为 2。级配不良砾： d5= 0.50mm，d20=3.20mm，n=0.18，Gs=2.70。

经计算，

通过计算基础渗透破坏形式为管涌，建议堤后基础浸润线允许逸出比降为0.19，进行横断面设计时应充分考虑上述参数。此外堤身结构应符合经济实用、因地制宜、就地取材的原则，并应满足防汛和管理要求；满足河道泄洪要求，水流畅通、水面平顺衔接。

2.2 横断面结构型式选择

本工程堤防横断面拟采用梯形断面，筑堤材料的选择按照就地取材的原则，堤身采用砂卵砾石填筑，砂卵砾石土堤填筑相对密度要求不小于0.75。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）要求，工程级别为3级及以下堤防的堤顶宽度不宜小于3m，考虑今后运行管理的要求，本工程堤顶宽度拟定为4m宽。

通过许多已建工程的设计及实践经验，本区域常用的堤防型式有两种，分别是斜插板基础型式和重力式挡土墙基础型式。因重力式挡土墙基础型式土方的开挖量较大，同时耗费混凝土量较大，考虑到尽量节省工程资金，因而本工程的堤防横断面型式拟定为斜插板基础型式。

在选定采用斜插板基础型式后，按照基础底部护砌材料不同及基础下深深度不同，本工程拟定了三种方案进行比选。

2.2.1 方案一：混凝土斜插板基础+块石格宾笼水平铺盖

堤防迎水面为现浇C20混凝土板衬砌，其中设计水面线以上采用15cm厚现浇C20混凝土板，设计水面线以下采用20cm厚现浇C20混凝土板，边坡系数均为1∶1.75，混凝土斜插板底部为0.50m× 0.60m的C20混凝土阻滑墙，阻滑墙顶部设0.50m厚，7.50～11.50m长的块石格宾笼铺盖（其中1.50m作为混凝土斜插板根部铺盖），并在块石格宾笼下铺设无纺布一层。回填高程以下混凝土斜插板基础总下深为3.00m。其设计横断面见图1。

2.2.2 方案二：混凝土斜插板基础+抛石护砌

堤防迎水面为现浇C20混凝土板衬砌，其中设计水面线以上采用15cm厚现浇C20混凝土板，设计水面线以下采用20cm厚现浇C20混凝土板，边坡系数均为1∶1.75，混凝土斜插板底部为0.50m× 0.60m的C20混凝土阻滑墙。并在现浇C20混凝土板衬砌上设置2.00～3.50m厚的抛石护砌，抛石护砌顶部护至设计水面线以下0.50m，外边坡系数1∶1.75。回填高程以下混凝土斜插板基础总下深为3.00m。其设计横断面见图2。

2.2.3 方案三：混凝土斜插板基础

堤防迎水面为现浇C20混凝土板衬砌，其中设计水面线以上采用15cm厚现浇C20混凝土板，设计水面线以下采用20cm厚现浇C20混凝土板，边坡系数均为1∶1.75，混凝土斜插板底部为0.50m× 0.60m的C20混凝土阻滑墙。回填高程以下混凝土斜插板基础总下深为5.00～7.00m。其设计横断面见图3。

2.3 横断面型式方案比较

根据以上三种横断面设计方案的描述，通过堤防的稳定性及整体性、抗冲刷性、施工难易程度及经济合理性等各方面的综合比较，来确定适合本工程实际情况的横断面方案。

设计横断面方案比较过程见表2。

图1 方案一：混凝土斜插板基础+块石格宾笼水平铺盖

图2 方案二：混凝土斜插板基础+抛石护砌

图3 方案三：混凝土斜插板基础

对“混凝土斜插板基础+块石格宾笼水平铺盖”、“混凝土斜插板基础 +抛石护砌”及“混凝土斜插板基础”三种横断面设计方案的各方面进行综合比较：方案一、三的整体性、稳定性及抗冲刷性能均较好；方案一施工进度较慢，但质量易于控制，方案二施工质量难以把握，方案三施工难度较大；方案一、三的运行维护简单且费用较低，方案二运行维护费用较大；在经济合理性上方案一最为经济。

综合以上各方面因素，本工程拟定选用方案一（“混凝土斜插板基础 +块石格宾笼水平铺盖”方案）作为本工程的堤防横断面型式。

表2 堤防设计横断面型式方案比选

3 结束语

防洪工程属于社会公益事业范畴，无财务收益，而横断面数据是水利工程建设的主要成果资料，横断面数据收集与处理是横断面设计中的一项重要工作内容，横断面设计直接关系到防洪工程的整体效益。在本防洪工程三个方案的比选过程中，笔者主要从堤防整体性、基础稳定性、抗冲刷性能、施工难易程度及运行管理维护等方面进行了横断面方案的比较，最终选定了混凝土斜插板基础+块石格宾笼水平铺盖的方案，对于类似工程具有一定借鉴意义，本工程唯一的不足之处是尚未采用先进的软件绘制并自动生成断面数据和断面图，大大增加了横断面数据收集及整理过程中的工作量。

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TV87

B

1672-2469（2017）02-0133-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.040

2016-05-24

魏 泽（1984年—），男，工程师。