某河道防洪工程设计研究

魏 雄

(塔里木河流域巴音郭楞管理局孔雀河下游管理站，新疆 尉犁 841500)

1 引言

河道防洪工程建设对于城市发展、生态环境构建具有十分重要的意义[1-2]。可有效改善城市防洪标准低下的现状，同时，结合生态景观打造工程可为当地居民提供良好的生活休憩环境[3-4]。目前，防洪工程通常采用防洪堤型式加以治理，合理选择堤型可在一定程度上节约工程投资并有利于河道防洪安全[5-6]。结合某河道防洪整治工程，对河道防洪工程设计进行分析。

工程涉及河道治理长度2.55 km(河中心算起)，共建设堤防4.53 km，其中左岸2.58 km，对应河道中心桩号为9+518～12+069；右岸1.95 km，对应桩号为10+070～12+069。

2 工程选址方案比选

本次工程防洪堤布置在左岸；根据工程区所在位置，有两种堤线布置方式。

方案一，对局部区域裁弯取直：考虑到本次工程建设长度较短，裁弯取直选择余地较少；裁弯取直不可避免将要挤占现有河道，在束窄河道的同时将改变现有的水流形态，给建设工程的后期运行带来很大压力；裁弯取直河道给工程的施工建设带来很大压力，围堰的填筑，施工排水都将很困难。

方案二，沿原有河岸布置：沿原有河岸布置可以利用现有河岸，减少工程新的占地，保持原有水流形态，工程的建设依岸而建，工程的建设难度将减少不少。

综合考虑，采用方案二，沿原有河岸布置堤防线。

3 防洪工程设计

3.1 稳定河宽计算

工程防洪标准为20 a一遇，其相应洪峰流量为542 m3/s；河床稳定宽度计算如下：

B=AQ0.5/J0.2

(1)

式中：B直线整治河道水面宽度；A河道断面特征参数，取1.0；Q造床流量，m3/s；I河床稳定坡度。计算结果见表1。

表1 稳定河宽计算结果

3.2 堤型比选

结合地区多年城市防洪经验，现采用如下三种防护型式进行比较：砼护坡、浆砌石重力式墙和扬斜式重力式墙。取桩号10+070处断面做为典型断面进行方案比较。

(1)方案一，砼护坡

砼护坡方案：迎水面设计边坡为1∶2，采用C20F200砼护坡，护坡厚度为20 cm，下部设30 cm砂砾石垫层；通过河床冲刷深度计算，基础埋置深度均为1.5 m，见图1。

图1 砼护坡横断面图

(2)方案二，重力式墙方案

重力式墙方案：重力式墙采用浆砌石砌筑，顶宽0.5 m，引水面竖直，墙后边坡1∶0.3，墙前后址宽均为1.0 m，厚1.0 m；墙前后开挖边坡均为1∶1，开挖后采用原状土回填，见图2。

图2 浆砌石护坡方案横断面图

(3)方案三，扬斜式墙方案,

扬斜式墙方案：迎水面设计边坡为1∶1.5，上下等宽，墙后40 cm；采用浆砌石砌筑；基础埋深1.5 m。通过河床冲刷深度计算，基础埋置深度均为1.5 m。基础设80 m厚，200 cm宽格宾石笼护底，见图3。

图3 扬斜式墙方案横断面图

三个方案的优缺点及单千米投资见表2。

表2 方案比选表

通过对上述三个方案技术比较，选择方案三，虽然一次性投资较大，但符合景区长远规划，符合因地制宜、绿色生态的治理理念。

3.3 堤防横断面设计

采用扬斜式重力式墙，外边坡为1∶1.5，上下等宽，墙厚40 cm，基础设格宾石笼或者浆砌石基础，格宾石笼基础主要为河道水或地下水抽不及时用格宾石笼填入水中充当基础，保证基础的施工，具体断面形式见图4。

图4 堤防横断面

3.4 堤防设计

3.4.1 堤顶高程的确定

堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高按《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)的公式7.3.1计算。

Y=R+e+A

(2)

(3)

(4)

3.4.2 冲刷深度的确定

(1)水流斜冲冲刷深度计算公式如下：

(5)

式中：Δhp从河底算起的局部冲深，m；α水流方向与岸坡夹角，(°)；Vj水流的局部冲刷流速，m/s；d坡脚处土壤计算颗粒，m，对非粘性土，取大于15%(按重量计)的筛孔直径。

表3 堤顶高程计算表

1)滩地河床，按下式计算：

(6)

式中：B1、H1河滩宽度、水深，从河槽边缘至坡脚距离(m)；Q1

通过河滩部分的设计流量(m3/s)；η水流流速分配不均匀系数，根据α角查表采用。

2)无滩地河床，Vj按下式计算：

(7)

式中：Q设计流量，m3/s；W原河道过水断面面积，m2；WP河道缩窄部分的断面面积，m2。

本次工程，本次治理段主要以水流斜冲为主，采用式(5)进行计算，根据计算可知，左岸局部最大冲刷深度为0.98 m，右岸最大冲刷深度为1.05 m；根据现状对已建工程大桥的基础埋设深度的调查，现状大桥基础埋深为原地面以下1.80 m；综合考虑，本次堤防基础埋深取为1.50 m。

4 结论

通过方案比选，防洪整治工程采用扬斜式墙方案，沿着原有河岸布置，可减少占地面积、降低工程难度、耐久性好等优点，并且符合远期的景观规划目的。经过计算获取得河道的稳定河宽、堤防高程、冲刷深度，现状河宽满足稳定河宽要求，堤防基础埋深设计为1.5 m。