河道防洪整治工程设计

程 维

（陕西省泾惠渠灌溉中心，陕西 三原 713800）

1 工程概况和基本要求

某河道长12.6 km，岸线长27.3 km，其中：北岸12.6 km，南岸14.7 km。地貌单元主要为漫滩，上部覆盖5 m～1 8m 亚砂土，下部为亚砂土与砂、砾石互层。上游比降较大，下游河心滩密布，加之近年区域内基础项目较多，河道采砂频繁，河道滩内堆料严重，沙坑遍地，主流摆动，河势不稳，具有游荡型河段的特性，行洪期毁崩农田严重。为进一步提高该河段的防洪标准，使防洪减灾体系薄弱环节的突出问题得到有效解决，对河道进行整治迫在眉睫。

2 河段现状分析

原河堤按照30 a 一遇洪水设计。该段堤防设计为梯形断面，堤顶宽度8.0 m，迎水坡比1∶2.0，背水坡坡比1∶2.5，干砌石护坡加高至设计洪水位以上0.5 m，厚300 mm，基础采用1.0 m×1.5 m 铅丝石笼。堤身填筑料为河床级配连续的混合砂砾料加30%黄土拌合后填筑碾压。相对密度不小于0.65。原堤防初建于20 世纪70 年代，堤段筑堤材料为河漫滩砂砾石、砂土混合物，堤防横断面为梯形，顶宽4.1 m～8.2 m，原堤防标准不高，断面结构偏小均不满足防洪需要。在上游有1.3 km 由于河道滩面太高没有堤防，因此需要加固。原堤段筑堤材料为河漫滩砂砾石、砂土混合物，堤防横断面为梯形，顶宽4.1 m～8.2 m。根据野外现场试验和室内试验表明其余堤段除渗透系数偏大外，其天然干密度、相对密度等基本满足规范要求，总的各段堤防填筑质量基本满足规范要求，但堤防高度、边坡比及基础深度均不满足防洪需要进行加固处理。

为满足城市建设需求，本次整治设计堤段采用50 a 一遇设计洪水，加宽堤防采用堤路结合形式，堤顶宽度20 m，堤防迎水坡采用1∶3.0，背水坡1∶3.0，堤防及其主要建筑物为2 级建筑物，堤防横断面设计确定采用梯形断面，堤顶设计宽度20 m，堤防边坡采用1∶3，堤防护坡与基础都采用格宾网，背水坡草皮护坡，堤身采用河床级配连续的混合砂砾料加30%黄土拌合后填筑碾压，设计相对密度不小于0.65。

3 河道整治工程设计

3.1 堤线布置

本工程在充分利用原堤防的基础上，结合河势的变化，筑堤材料以充分利用当地材料为主，就近开采，节约投资。在施工上考虑以机械施工为主，以利于缩短工期和节约投资。

设计段中下游堤岸均已形成，两岸现状均有已成堤防工程。根据现场勘察，结合该段河道近几十年的河势变化及大洪水的主流线情况，同时充分考虑利用已成堤防的布设情况，确定此段堤防中心距维持原河道不变为650 m～710 m。该段河道顺直，主流不靠岸。参照已成堤段走向，并考虑原堤线布设，故本设计堤线均按照现状堤防位置进行布置，维持原堤线不变。

3.2 堤坝高程设计

堤顶高程按照以下公式计算：

式中：H顶为设计堤顶高程，m；H水面为设计洪水水面线高程，m；Y 为堤防超高，m，Y＝R＋e＋A，R 为设计波浪爬高，m，选择当地多年汛期平均最大风速12.7 m/s，经计算R=0.92 m，e 为风壅增水高度，m，经计算e≈0.03 m，A 为安全加高，m，按《规范》，A＝0.8 m（不越浪2 级堤防）。

经计算，堤防超高Y=1.75 m，依据《堤防工程设计规范》（GB 50286-98），确定采用Y=2.0 m，据此进行各断面堤顶高程设计。根据堤防现状，本段堤防部分段需加高0.9 m～1.7 m。

3.3 干流提防工程设计

本项目新修堤防工程长1791 m。设计新修堤防的堤型宜采用梯形断面，利用河床天然混合料和黄土堆筑。拟定该段堤型为梯形断面，迎水坡与背水坡坡比均为1∶3.0，背水坡坡脚设1 m 高的浆砌石挡土墙，保护背水坡坡脚，堤顶宽度20 m，堤身填筑料为河床级配连续的混合砂砾料加30%黄土拌合后填筑碾压。相对密度不小于0.65。同时，本次设计堤段中有8.27 km 堤防的堤顶高程达不到本次设计堤顶高程，堤身断面尺寸偏小，需要加高培厚。

采用总应力法对在设计洪水位骤降期迎水坡抗滑稳定进行分析计算，其安全系数k 由下式计算：

式中：b 为土条块宽度，m；W 为条块重力；Z 为堤坡外水位高出条块底面中点的距离，m；ui为水位降落前堤身的孔隙压力，kPa；β 为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，（°）；Ccu、φcu分别为堤土的直剪仪，固凝快剪的凝聚力及内摩擦角。

由上式可得，设计洪水水位骤降期迎水坡抗滑稳定安全系数为1.35，大于规范规定的1.15 的安全系数。

对堤坡稳定最不利的情况进行渗透稳定计算。计算工况：①临水侧为设计洪水位，背水侧为无水；②水位降落过程中对临水侧堤坡稳定最不利的情况。

（1）临水侧为设计洪水位，背水侧为无水时：

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）附录E4.1-1公式计算渗流在背水坡出现所需时间T：

式中：no＝n（1－Sw%），土的有效孔隙率；K 为堤身渗透系数，采用大值平均值，m/s；n 为孔隙率；Sw%为饱和度。

当洪水持续时间t

设计洪水位下，典型断面的渗透计算成果见表1。

表1 设计洪水位下渗透计算成果

通过计算结果表明,该段堤防不能形成稳定渗流。

（2）洪水降落时堤身浸润线：

通过对典型断面计算：1/10＜k/μ/v=48.2＜60，应按照缓降过程计算浸润线下降位置。

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）附录（E6.1-2、3）公式计算浸润线，计算结果见表2。

表2 设计洪水降落过程渗透计算成果表

（3）渗透稳定评价

根据《水利水电工程地质勘察规范》土的渗透变形类型的判别方法，本次采用细颗粒含量进行判别。根据南京水利科学院各种土质的判别公式进行判别。经过对所选典型断面ρg计算，其值小于相应土料的细粒含量，故本堤段土体的渗透破坏型式只可能为流土。

堤身的渗透稳定：

产生流土的临界水力坡降：

式中：G 为土的比重；N 为土的孔隙率。

经计算，Vcr=1.14，V允许=0.57。

对设计洪水降落过程中最不利情况的浸润线分析，实际水力坡降小于V允许。故在设计洪水降落期，不发生渗透破坏，在设计洪水持续过程中，由于洪水历时短，洪峰持续时间更短，不能形成稳定渗流，即在背水坡边坡不产生渗透逸出点。因此，该段堤防不产生渗透破坏。

3.4 护坡、基础工程设计

3.4.1 迎水坡护坡衬砌厚度的确定

为便于就地取材，方便施工，节约工程投资，疏通河道，保护环境，本次设计采用格宾网护坡，铺设厚度确定为0.3 m，网格规格为长×宽×厚=4.0 m×1.0 m×0.3 m。护坡砌护到洪水位以上0.5 m。

3.4.2 堤防基础设计

堤防基础采用格宾网基础，两层，格宾网基础规格为长×宽×厚=3.0 m×1.0 m×1.0 m。坡脚采用不小于30 kg 散抛石填充。由于这段河道主流靠左岸，右岸滩面比较高，经过比较这段堤防基础进行浅埋，基础埋深与滩面以下1.2 m～3 m。

3.5 越堤路设计

为了方便沿岸居民跨河耕种和采砂需要，设置越堤路。越堤路顶宽参照已有生产路宽确定为6.0 m，路面比降6%，边坡为1∶1.5，采用河床天然混合料碾压堆筑。

3.6 桥上下游段堤防衔接设计

保持桥上下游各5 m 原有堤防迎水面1∶1.5 浆砌石护坡不变，再通过扭面衔接至上下游1∶3 坡比，扭面长30 m，采用M7.5 浆砌石护坡。

3.7 护堤地及堤防保护区

结合工程的修建，确定工程临水侧护堤地的宽度为20 m，该范围的土地由水行政主管部门统一管理，主要用于种植防护林，抢险取土，堆放防洪抢险物资等，禁止任何单位和个人进行耕作、开挖取土、采砂或其它威胁堤防安全的不良建设活动。

4 结语

本文详细介绍某河段防洪工程基本情况，分析该河段整治的基本特点和进行河道整治的必要性和基本任务。对河段整治设计进行详细技术要点分析，分析表明通本工程项目各项指标符合河道整治建设指标要求，在技术上可行。