山阳县色河铺镇防洪工程探析

沙盼盼

(商洛市水电勘测设计院，陕西 商洛 726000)

1 概况

色河铺镇位于陕西省山阳县县河下游，距山阳县城15 km，下辖11个行政村61个村民小组，全镇总人口24 107人，耕地11.73 km2。属亚热带向暖温带过渡的季风性半湿润山地气候，年均降雨量709 mm。色河铺镇仅工程区上游有98 m堤防，为干插石结构，堤根基本塌陷，其余河段尚无堤防。

2 存在问题

色河铺镇的村民基本沿县河居住，经常遭遇洪水威胁。

2.1 防洪能力缺失

工程区堤防建设未列入基建投资计划，已成堤防多为20世纪70年代群众自行修建，缺乏统一规划，标准低、质量差，且大多损毁，现在只有少部分河段有堤防，但均达不到规定的标准。

2.2 河床下切严重

山阳县色河铺镇峪口村河道防洪存在着很大的隐患，河床为松散砂卵石，且以砾石为主，无胶结，抗冲刷能力差，洪水冲刷导致河床下切严重。历经多次洪水破坏，致使部分堤脚悬空，堤身坍塌、损毁等，至今未恢复。

3 河道特征及演变分析

根据工程区1980年1∶50 000航测编绘、2005年1∶50 000土地利用现状图和本次设计河段的实测地形图对比，发现该段河道总体平面形状基本没有变化，说明县河河势总体比较稳定，只是局部主槽深泓横向和纵向形状有所不同。主槽的局部摆动主要原因是由于河床漫滩由粗砂、砂质壤土和松散的砂卵石组成，其抗冲刷能力较弱，每遇较大水流，就会造成主槽岸坡漫滩冲(淘)刷，使主槽偏移。

3.1 河道冲淤变化

由于规划段河道缺少不同时期可以对比的实测断面资料，所以无法就该段河道从定量上具体分析其冲淤变化情况。本次规划河段的河床质与南宽坪水文站处河道河床质基本相同，即上层为粗砂、砂卵石，下层为砂质壤土和砂卵砾石层，故借用南宽坪站不同时期实测断面资料间接对规划的河道冲淤变化情况进行分析。经分析，县河流域规划段河道演变规律为涨水冲刷，落水淤积，大水发生较大的冲刷变化，造成河床质不断冲刷，大断面总的趋势有冲有淤，冲大于淤，造成河道处于冲淤不平衡状态。

3.2 河道演变趋势分析

县河属山区性河流，两岸为一级阶地，阶地地形开阔，地势较为平坦。本次规划设计的河段河道主槽由于左岸为高速路，右岸为耕地，因此，河道在两岸堤防约束下，平面形态基本为连续的“S”型。在近几年不断修建防洪堤，完善防洪安全的情况下，水流受堤防控制，河势形态进一步趋于稳定。修建整治物对稳定河势和平衡河道冲淤起到一定促进作用。

预测该河段总的变化趋势，河道基本处于冲淤相对平衡状态，形态不会发生大的改变。

4 堤防方案

本次治理范围：以县河支流峒屿河简易铁架桥处为起点，堤防桩号为0+000，到县河下游(色河铺镇峪口村关店组)山体处，堤防桩号为0+710.81。工程建设的原则是因势利导，对无堤河段修建堤防，对阻碍行洪建筑物进行拆除，建设完整的、高标准的堤防工程。工程综合治理长度0.90 km，新修堤防工程710.81 m。项目区保护范围为峪口村，耕地0.50 km2，工程防洪标准为20 a一遇。

4.1 堤身设计

按照《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)[1]规定，本次工程为3级以下堤防，依据以往堤高，堤顶高为6.0 m，堤顶宽度取0.6 m。堤距按已成堤岸宽度确定，设计县河色河铺镇峪口村段堤距≥55.0 m。

4.2 堤防断面形式

由于该工程所处河段河宽较窄，且河道左岸为高速路，右岸为耕地，用地紧张，空间有限。采用梯形护岸断面占地面积大，并且护坡抗冲刷能力差。故不考虑梯形护岸。

采用仰斜式堤防断面，可以加大过水断面面积，降低洪水位，并且抗冲刷效果好。根据工程区地形、地质条件，综合分析比较，堤防断面选用挡墙式断面形式。挡墙式断面形式主要有：重力式C20埋石混凝土挡土墙、衡重式C20埋石混凝土挡土墙、悬臂式钢筋混凝土挡土墙和扶壁式钢筋混凝土挡土墙等。下面对几种挡墙进行比选：

(1)重力式C20埋石混凝土挡土墙(推荐方案)。重力式挡土墙用墙体本身重量平衡外力以满足稳定要求[2]，重力式挡土墙由于体积和重量较大，受地基承载力的限制，不能太高。高的重力式挡土墙由于断面大，材料耗费较多，亦不经济，一般高度在6.0 m左右。因为本工程设计堤岸高度均在6.0 m左右，另外重力式挡土墙多就地取材，构造简单，施工方便，经济效果较好，所以本次设计断面形式选取重力式挡土墙。

(2)衡重式C20埋石混凝土挡土墙。衡重式挡土墙由上墙、衡重台和下墙三部分组成[3]。其稳定主要靠墙身自重和衡重台上填土重量来满足。其衡重台下部为仰斜式，可以减少部分土压力，使得基底应力趋于平衡，可提高挡土高度，但挡墙基宽不能过大[4]，对于本工程而言，重力式挡墙经济适用性优于衡重式挡土墙。

(3)悬臂式钢筋混凝土挡土墙(“L”型挡土墙)。对于较高挡土墙，采用悬臂式钢筋混凝土形式，由于土压力全部依靠悬臂结构阻挡，为了满足挡土墙的整体稳定、堤基应力及底部结构要求，往往致使悬臂墙底部厚度很大，底板很宽，且配筋率一般较大，由于尺寸及施工条件的要求，施工时造成挖、填方量很大，而且施工要求高，造价相对较高。墙体均为立模现场浇筑施工。悬臂式挡土墙对于本工程不适用。

(4)扶臂式钢筋混凝土挡土墙。是在悬臂式钢筋混凝土挡墙基础上为了减小底板内力而增加扶壁结构，从而减少底板设计尺寸，其稳定性主要依靠底板以上填土及底板的宽度来保证。对于高挡土墙，为了满足挡土墙的整体稳定及底部结构要求，施工时挖、填方量大，夯实难度高，造价相对较高。墙体均为立模现场浇筑施工。悬臂式挡土墙对于本工程不适用。

根据当地已成堤防断面形式和工程经验，本次推荐仰斜式C20埋石混凝土挡土墙，断面采用C20埋石混凝土浇筑，挡墙外侧坡比1∶0.3，墙背直立，顶宽0.6 m。采用C20埋石混凝土浇筑，墙趾宽0.3 m，堤防背水坡坡比为1∶2.0。

4.3 挡墙基础设计

由于山区河流坡陡流急，行洪时往往对河床产生较大的冲刷，所以在设计挡墙基础时，基础埋深应依据堤岸冲刷深度来确定。

(1)顺直河段堤岸冲刷深度依据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)附录D推荐公式(1)计算：

(1)

式中：hB为局部冲刷深度，m；hp为一般冲刷处的水深，取4.0 m；n为平面形态系数，根据防护地段在平面上的形态而定，一般取1/4；vp为河床容许的不冲流速，取1.20 m/s；vH为主河槽计算水位时的平均流速，取 5.09 m/s。

本次设计取0+312.68断面进行顺直段冲刷深度计算。深泓高程为591.80 m，洪水位为595.80 m，经计算，局部冲刷深度为0.61 m。

经计算，工程区段顺直河段堤岸局部冲刷深度为0.6～0.7 m；根据规范，基础埋置深度在冲刷深度以下0.5～1.0 m。参照计算结果和埋深要求，结合工程区现状查勘和实际调查情况，项目区河水冲刷下切严重，因此本次设计顺直段的基础底埋置深度均按深泓以下2.0 m。

(2)弯曲河段堤岸冲刷深度采用规范GB 50286—2013附录D推荐的公式(2)计算。

(2)

式中:Δhp为从河底算起的局部冲深，m；α为水流流向与岸坡的夹角，取5°；vj为水流的局部冲刷流速，m/s,取7.31；m为防护建筑物迎水面边坡系数,取0.4；g为垂力加速度,m/s2；d为坡脚处土壤计算粒径，对非黏性土，取>15%(按重量记)的筛孔直径,取0.1 cm。

经计算，弯曲河段堤岸冲刷深度为2 m。根据规范，基础埋置深度在冲刷深度以下0.5～1.0 m。因此本次斜冲段的基础埋置深度在深泓以下2.5 m。项目区内河道基本顺直，水流流向与岸坡夹角基本可以忽略不计，因此本次设计埋深均采用顺直段埋深。

4.4 挡土墙结构稳定性计算

本次工程设计挡土墙结构稳定性验算选择0+312.68断面为代表性计算断面。挡墙回填砂砾料的物理力学参数内摩擦角为32°，黏聚力为0，容重20 kN/m3，浆砌石容重23 kN/m3。

根据规范GB 50286—2013中附录F中公式F.0.6如式(3)所示：

(3)

式中:Kc为抗滑稳定安全系数；f为底板与坝基之间的摩擦系数(黄土0.35，卵石、砾石0.50，砂岩0.60)；∑W为作用于墙体上的全部垂直力的总和，kN；∑P为作用于墙体上的全部水平力的总和,kN。

施工完建期，背水侧地下水位与深泓齐平，临水侧无水。 考虑洪水骤降时，挡土墙临水侧水位低于设计洪水位1 m，背水侧水位取设计洪水位。稳定计算结果见表1。

表1 挡土墙稳定计算结果

根据计算，基底最大应力小于地基的允许承载力，且最大值与最小值之比<3.0，说明挡土墙的抗滑稳定、抗倾稳定及基底应力均满足规范要求，挡土墙设计是安全的。

5 结 语

由于山区性河流洪水暴涨暴落，冲刷力强。本文以山阳县河色河铺段为例，在分析河势演变基础上，对该段堤防建设方案及断面形式选取进行了重点探讨，提出仰斜式C20埋石混凝土挡土墙科学、经济、抗冲刷力强、结构稳定，适宜山区防洪堤防建设。