托什干河阿合奇县段防洪工程设计方案研究

何蛟

(阿克苏塔河源勘测设计院有限公司,新疆 阿克苏 843000)

1 工程概况

1.1 项目区概况

阿合奇县坐落于新疆维吾尔自治区天山南脉脚下高寒山区，全境东西总长为198 km，南北总宽为132 km，地理位置在东经76°39′～79°02′，北纬40°09′～41°29′之间。该县北部与吉尔吉斯斯坦接壤，东部与乌什县相邻，南、西南分别与巴楚县、阿图什市相连，该县海拔在1 730～5 958 m之间，地形特点为“两山夹一谷”，境内主要是山间河谷地带，因此，被称为“九山半水半分田”。

托什干河是一条跨国河流，源于吉尔吉斯斯坦，横穿阿合奇县、乌什县，东注温宿县。河流全长512 km，流域总面积为26 582 km2，其中国内面积占18 412 km2，流量相对稳定。

1.2 防洪设施现状及存在的主要问题

托什干河阿合奇县段的分界点为托什干河大桥，桥上及下游河岸两旁已修建永久性防洪堤，防洪标准为20-30年一遇。护岸建筑物采用顺坝布置形式，适量的防洪护岸顺坝能稳定河床，防止洪水漫溢，以保证泄洪安全。当前托什干河阿合奇县段防洪工程存在以下几方面的问题。

1.2.1 防洪工程线长、面广，投入较大

当前，阿合奇县防洪工程分布不均匀，且河道防范线较长，每年当汛期来临时，极易引发洪涝灾害，因此，会在防洪过程中投入大量的人力、物力资源，给当地社会经济发展造成不利影响。

1.2.2 缺乏完善的防洪管理体制

托什干河河道沿线防洪任务严峻，为保障堤防安全，经常进行抢险维修，但同时也会导致现有的防洪设施杂乱无章，加上人为的破坏，使得河道水流演变频繁，汛期险情高频发生。

1.2.3 河道主流向南推移，加剧右岸防洪形势

托什干河水流湍急，洪沟发育，每到夏季暴雨出现频繁，河流出山口后，自阿克恰勒马至联合渠首一段，长度大约为209 km的范围内，汇入诸多大小洪沟和小河，其中大部分洪沟是因暴雨洪水冲击形成，呈现出大小不一的洪积锥群。随着洪积锥不断向外扩展，迫使河道主流向南推移。建国50年以来，托什干河主流已经向南偏移约300 m的距离，年平均南移约6 m。河道主流南移的后果则是加剧了右岸的防洪形势，导致右岸汛期险情不断发生。

2 工程任务和规模

2.1 工程任务

工程建设地点设置在阿合奇县托什干河大桥下游右岸3 km处，计划修建透水丁坝14座，工程建设目的是引导河道主流，在经过透水丁坝后形成淤积，避免洪水对防洪堤进行顶冲掏刷，以提升防洪建设标准，保护河道周边居民及村落的生命财产安全，为阿合奇县社会经济高质量发展提供有利的先行条件。

2.2 工程规模

阿合奇县三期防洪工程的管辖范围是阿合奇县城区以及托什干河大桥右岸耕地、林地。该防洪工程的洪水重现期为30年一遇。根据《堤防工程设计规范》可知，当防洪标准<50年，且≥30年时，堤防工程级别确定为3级，所以本防洪工程级别为3级。

3 工程方案选择及总体布置

3.1 工程方案选择

工程的建设目的是对已建防洪堤邻水段进行除险保护，经过前期考察，整理出以下2个方案：方案一建设任务为沿已建坝线邻水段修建透水丁坝。由于部分防洪堤邻水段经河道主流顶冲后，出现严重渗水坍塌事故，因此，方案一主要是通过修建14座透水丁坝引导河道主流流向，将淤积泥沙集中在透水丁坝后，从而避免已建防洪堤坝受到洪水顶冲，预防险情的发生。见图1。

图1 钢筋混凝土井柱桩透水丁坝平面图

方案二建设任务是对已建坝线邻水段基础铺设块石钢筋笼进行加固处理。针对当前坝线邻水段基础问题，铺设块石钢筋笼，保护防洪堤大坝安全，总长为900 m。如图2所示。

图2 除险加固横断面图

以上2种方案的设计目的都是为了保护已建防洪堤邻水段，防止洪水毁坏阿合奇县城防洪堤基础。但相比较而言，方案一中的规划设计便于实施，施工过程中排水也较少，不需要再进行坝段基础的开挖处理，从而不会对原有坝段基础造成破坏。并且在方案一中引导河道主流方向，使主流泥沙淤积形成在透水丁坝后，避免了洪水对坝体基础顶冲掏刷，以保障已建坝体的安全稳定性能。方案二则是通过铺设块石钢筋笼的方式，对已建坝段基础进行加固处理，增强了坝体基础的抗冲刷能力，但无法保证坝体基础能在长期洪水冲刷的条件下依旧稳定运行，后期还需要进行定期检查加固。因此，从经济角度考虑，方案二优于方案一，但从安全稳定方面来说，推荐使用方案一(表1)。

表1 建筑物方案比选表

3.2 工程总体布置

工程总体布置遵循《堤防工程设计规范》中丁坝布置原则，结合工程治理规划、河岸冲刷状况等因素综合确定。根据河岸与整治导线距离，确定工程丁坝长度为50 m。丁坝间距设置为坝长的1～3倍，位于河口与海滨地区的丁坝间距可设置为坝长的3～8倍。本工程丁坝间距设置为80 m。非淹没丁坝坝轴线与水流流向的夹角为40°，处于河口与海滨地区的丁坝，轴线应垂直于水流方向。

为保护已建防洪堤工程免受洪水顶冲掏刷，工程在已建坝前修建透水丁坝，工程位于阿合奇县托什干河大桥下游河道右岸3 km处，总体布置范围在已建防洪堤邻水段800 m以内区域，修建14座透水丁坝，采用钢筋混凝土井柱桩型式，丁坝井柱桩为钢筋混凝土结构，直径80 cm，深18 m，井柱中心线间距为240 cm。透水丁坝井柱上设置帽梁，帽梁厚40 cm，宽150 cm，长42 m。透水丁坝井柱与井柱之间设置横梁，帽梁与第一块横梁间距为40 cm，二、三两块横梁间距为30 cm，其余横梁间距为20 cm。横梁尺寸长160 cm，宽40 cm，横梁横向钢筋预埋与井柱中。透水丁坝首根井柱与已建防洪堤基础距离为1 m，井柱与原防洪堤基础之间采用包石混凝土填充。

4 施工组织设计

4.1 施工场地条件

工程施工场地在托什干河河滩内，地形开阔，且不受林带、公路、耕地的限制。施工场地属于河道的管理与保护范围之内，不存在占用耕地及移民搬迀的问题。因此，工程管理和保护范围内50 m均可作为施工场地。

4.2 施工导流

工程施工阶段正值枯水期，除了主河槽之外，河床基本无水，因此，在主河槽靠近护岸处需采用导流施工方案进行施工，基础开挖的砂砾石可堆于河床迎水面，便于后期修筑围堰，并将围堰外侧的河床滩地进行疏导，形成导洪渠，使主河槽偏移，以保证工程的施工安全，围堰全长为1.05 km。当丁坝基坑开挖出现地下水出露的情况，则需要在基坑底部设置排水明沟和集水坑，利用潜水泵进行定期抽排处理。

工程施工时间正值枯水期，此时河道水量较小，导流时段在9-11月。工程导流围堰设计采取梯形断面，河道内围堰材质采用均质土石，设计围堰长度为1.05 km，通过导流流量计算公式，得出施工期河道水深为0.94 m，围堰高度为1.50 m，迎水面边坡系数和背水面边坡系数均为1∶1.50，顶宽为2 m，填筑采用堤防基础挖方方式。围堰背水面坡脚沿基坑开挖线应设排水沟，基坑内水位应降到建基面以下，围堰填筑材料来源于堤防基础开挖及堤防挖方的土方。

4.3 施工排水

经地质勘探，项目区导流堤沿线，地下水埋深枯水季节0～3 m。而本工程井柱桩下深较大，平均下深约15 m，地下水太深会影响到工程施工。因此，为保证施工环境干燥，施工期应采取相应排水措施，此工程使用基坑排水方式，设计河道纵坡为1/300～1/100，基坑开挖时，在基础前设置一条排水渠，使用水泵抽排水。

工程施工时将在堤防护岸上游坡脚处，顺着护岸堤轴线挖排水沟(宽度和深度为1.00 m，该部分开挖量已计入坡脚开挖量中)，使地下水自然流至本施工单元(可根据现场施工条件和施工能力每个丁坝为一个施工单元)在末端设置集水井，在集水井处采用潜水泵抽排的方式能有效降低基坑内地下水位。为防止水流流入基础工作面，保障工程的顺利实施，在排水沟施工单元下游一端布置水泵，水泵数量为14台。

5 结语

通过对工程进程经济评价，得出工程经济内部收益率EIRR=7.56%，项目的净贡献大于设定的标准要求；经济净现值ENPV=118.90万元，项目的社会折现率满足社会盈余的要求；效益/费用=1.07，因此，项目从国民经济评价的角度可以被接受，国民经济评价各项指标符合规范要求，具备经济合理性。同时，项目的实施对改善农村生产生活条件、保障居民人身财产安全都具有积极推动作用。今后，在中小河流防洪工程方案设计前，应充分重视前期勘察、测量、资料收集等基础工作，结合相关防洪规划及规章规范，统筹考虑整体防洪条件，健全防洪体系，以便使工程设计更具有实用性，提高工程的使用效益。