乌苏市新城南区防洪工程防洪堤设计探讨

亚生江·阿布德热合曼

（乌苏市兴源水务有限公司，新疆 乌苏 833000）

1 工程概况

乌苏市位于新疆维吾尔自治区北疆腹地，准噶尔盆地西南缘，其东南西北四界依次为与克拉玛依市、奎屯市、沙湾县、和静县、尼勒克县、托里县7 个县市为邻，南北宽220 km，东西长180 km，面积16443 km2，是北疆铁路、312 国道、奎赛高速公路的重要交通枢纽。乌苏市南区属城市发展新规划区域城市建设，根据规划局提供数据，新建南区总面积109 km2，本次防洪工程主要是解决南区上游洪水对南区形成洪水威胁的防洪工程，工程项目区位于乌苏市312 国道以上，奎屯河河道管理处路口以西，西大沟镇东边。

新城南区防洪工程总长度18.3 km，主要建筑物防洪堤一道8.1 km，泄洪渠一道10.3 km，漫水桥2 座，交通桥2 座，防洪堤工程起点为城市南区依希根乌拉山北侧，由东向西以洪沟东侧300 m 处为起始点，桩号0+000～8+100 采用防洪堤的形式，泄洪渠8+100 为起点向北，将洪水导入南区规划边界外，通过排洪渠，穿越乌苏市养殖小区东侧，中哈石油管道，奎赛高速公路，北疆铁路，最后连接到狼娃子沟泄洪渠。

2 工程地质条件

工程区地层区划属准噶尔盆地分区的玛纳斯小区，主要以第四系的洪积- 冲积沉积成因组合类型为主，工程区处于南部构造带和北部准噶尔盆地两构造单元之间，距南山山前大断裂和托克斯台断裂两个继承性活动断裂分别为38 km 和36 km。南山山前大断裂走向近东西，逆断层，长度100 km 以上，向南倾角70°，托克斯台断裂走向近东西，逆断层，长26 km，断层面陡倾，切穿中生代地层。根据《中国地震动参数区划图》（2001 年版），本区地震动峰值加速度为0.15g，处于地震基本裂度Ⅶ度区。

乌苏市市区地层属第四系上更新统- 全新统洪积堆积物，新城南区防洪堤沿线地基表层为低液限粘土夹有砾石，地质结构简单，表层土厚0.5 m～2.0 m，天然含水量Q（W）为12%，天然密度（ρ）为1.71 mg/cm3，干密度（ρd）为1.52 mg/cm3，比重（Gs）为2.71，孔隙比（e）为0.85，液限（WL）为28%，塑限（Wp）为14%，凝聚力为（L）为19.0 kPa，内摩擦角为26°，该层低液限粘土的允许承载力180 kPa。低液限粘土下覆砂卵（砾）石层为主，其厚度大于15 mm，岩性以青灰色卵石为主，透水性强，厚度大，结构密实，干燥，磨圆度较好，呈亚圆形，内磨擦角为32°，允许承载力320 kPa，渗透系数大于50 mm/d，地下水埋深在5 mm～19 mm 左右，对工程影响不大。

3 防洪堤工程设计

防洪堤工程将南区最上游的洪水拦截后在南区规划边界外通过排洪渠将洪水导入至乌苏市养殖小区东侧的泄洪沟内，最后汇入到狼娃子沟排洪。

防洪堤工程全长18.4 km，工程新建防洪堤断面形式为斜坡式土堤，坝顶宽5 m，迎水面坡度为1∶2，背水面坡度为1∶2，坝高2 m～4 m。迎水面铺30 cm 戈壁垫层，垫层上铺3 m×3 m×15 cm（长×宽×厚）的C20 现浇混凝土板，板间分缝采用厚2 cm 高压闭孔板，顶部40 cm×10 cm（宽×厚）压顶，底部设宽60 cm、高1 m 的C20 混凝土阻滑墙，总长8.1 km。泄洪渠断面形式梯形断面，土渠，底宽15 m，渠深1.5 m～2.3 m，边坡为1∶2，泄洪渠每500 m 设一道防冲隔离墙，总长10.3 km。

3.1 堤身填筑材料

防洪堤堤身填筑料主要利用开挖土料，并应达到《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）及工程设计要求。土料均可就近5 m～20 m 内挖取，根据实地调查，该区域主要为砾砂、砂土组成，符合填筑要求，其余洪沟回填土料采用挖方土即可。

3.2 堤身断面

根据水文资料，防洪堤的设计过水流量20 年一遇Q＝53.3m3/s，校核流量50 年一遇Q＝86.23 m3/s，城市防洪堤自东向西以洪沟东300 m 处为起始点。防洪堤开挖土方全部堆放于北侧，断面形式为斜坡式土堤，坝顶宽5 m，迎水面坡度为1∶2，背水面坡度为1∶2，坝高2 m～4 m，迎水面铺30 cm 戈壁垫层，垫层上面铺3 m×3 m C20 现浇混凝土板，底部设60 cm 宽1 m 高C20 混凝土阻滑墙，防洪堤粘性土填筑标准按压实度确定，粘性土的压实度0.90；无粘性土的填筑标准按相对密度确定[1]，砂砾料压实后的相对密度≥0.65。各段洪沟冲刷深度及过洪能力复核计算见表1。

表1 防洪堤冲刷深度成果表

3.3 堤身稳定分析

乌苏市新城南区防洪堤为新填筑土堤，迎水面铺30 cm 戈壁垫层，垫层上铺C20 现浇混凝土板，底部设宽60 cm、高1 m的C20 混凝土阻滑墙，防洪堤粘性土填筑标准按压实度确定。按临水侧设计洪水、背水侧无水工况选取新城南区堤身高度最大的桩号3+400-3+620 堤身断面背水坡渗流出逸比降计算结果见表2。

计算公式如下：

式中：q 为单位宽度渗流量，m3/（s·m）；K 为堤身渗透系数，m/s；H1为上游水位；H2为下游水位；ho为下游出逸点高度；m1为上游坡率；m2为下游坡率。

堤身平均比降：

表2 典型断面3+400-3+620 堤身背水坡最大渗透坡降计算结果

由上述式（1）、式（2）、式（3）计算得Jmax为0.23，根据计算结果可知，新城南区堤身高度最大的桩号3+400～3+620 典型断面Jmax＜J允，堤身渗流稳定满足《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）及工程设计要求，无需进行堤身防渗处理。

3.4 堤防填筑

在堤防上料前，先对其清基底面进行碾压，然后采用挖掘机挖装，自卸汽车拉运，推土机整平，13.5 t 凹凸振动碾碾压。在施工现场，根据碾压设备进行试验，按最优组合确定每层铺筑的厚度及碾压遍数。堤防上料采用进占法，顺堤进行。铺填作业从最低处开始，按水平层次进行，作业面应均衡上升，以减少施工接缝。每层碾压完成及时取样试验，达到设计要求，经监理鉴定认可后，方可铺筑上一层，堤体的填筑上下层结合面之间先洒水，湿润均匀，无积水，无空白，刨毛深度、密度符合设计，土堤土料的粘粒含量、粒径、含水量等符合设计要求，及时平料、捡除草根，表面平整均衡上升。

4 结论

防洪堤工程布置与设计直接关系到防洪堤防工程建设运行的效果，为充分发挥防洪堤工程防洪保障作用，必须加强工程设计，确保防洪堤工程质量。新城南区南部永久性的（规划防洪标准为50 年）防洪堤的修建对于园区南部各洪沟洪水的拦截以及园区内暴雨产生洪水的防范起到了积极作用，南区防洪堤工程运行以来，抵御洪水灾害的能力大大提高，有效保证了乌苏市城区居民的安全。