榆中县夹沟洪道横断面设计与优化的应用研究

周 杰

（兰州市城市建设设计院，甘肃 兰州 730030）

1 沟道概况

榆中县夹沟河发源于分豁岔，经后孙家庄、刘家桥村、金家圈、三角城、魏家圈、王家营、高墩营，在夏官营处与小夹沟交汇，最后汇入宛川河。夹沟河流域范围为经五路（栖云北路）以西上游段，沟道全长6.5 km，流域面积8.68 km2，沟道比降48‰，地表为黄土丘陵区，见图1。现状沟道为不规则的天然沟道，局部冲刷严重，整体地形西高东低。

图1 榆中县夹沟河设计示意图

根据兰州市城乡规划设计研究院编制的《榆中县中心城区控制性详细规划》，夹沟河防洪标准采用100 a 一遇标准，堤防工程等别为Ⅱ等，主要建筑物等级为2 级，次要建筑物等级为3 级[1]。依据《榆中县中心城区控制性详细规划》提供的蓝线线位，对沟道进行了改移，故本次沟道为临时性防洪工程。为保证相交道路路基安全，夹沟河防洪标准采用100 a一遇标准，防洪建筑物级别为4 级。

2 水文计算

2.1 设计洪水流量

根据公路研究所经验公式、交通部公路研究所经验公式Ⅰ、交通部公路研究所经验公式Ⅱ和公路研究所暴雨径流简化公式计算[2-4]，可以得知各种计算方法下的夹沟河100 a 一遇洪水流量，详见表1。

表1 各种公式计算及调查资料对应设计洪水流量

从表1 可以看出，夹沟河采用公路研究所经验公式计算结果偏大，而采用交通部公路研究所经验公式Ⅰ、交通部公路研究所经验公式Ⅱ和公路研究所暴雨径流简化公式计算结果较为接近。综合考虑，夹沟河100 a 一遇洪水流量取120.22 m3/s 作为设计流量。

2.2 河宽确定

（1）稳定河宽

稳定河宽采用水流阻力公式、连续方程和河相关系式联立求解，计算得到甘草镇稳定河宽B=18.2 m。具体参数见表2。

表2 稳定河宽计算成果

（2）治理河宽

根据《榆中县中心城区控制性详细规划》中蓝线规划，本次治理河宽确定为20 m。

3 沟道横断面优化设计

夹沟河设计洪水流量对应的水深可以根据谢才－曼宁公式计算。

沟道设计为倒梯形断面：底宽14.75 m，边坡坡率1∶0.75，沟道深3.5 m，顶宽20 m。沟顶两侧设置防护栏杆和傍沟道总宽2.0 m。夹沟河沟设计100 a一遇洪水流量为120.22 m3/s，沟底采用C 25 钢筋混凝土护砌。降低糙率后，取1/n=40。根据谢才-曼宁公式进行计算，水位高度为2.3 m，洪水设计流速为3.2 m/s。

根据各河段水深、波浪爬高、风壅高度确定项目区河段河堤高度深泓线以上3.5 m。通过计算各河段平均水深、平均流速和波浪爬高、风壅高度、堤顶高度的结果，设计左右岸河堤纵横断面见图2。

图2 设计左右岸河堤纵横断面

4 生态防护

沟道断面护砌两侧均采用六棱块生态植草防护，护坡坡率为1∶1.5。六棱块采用C 20 混凝土浇筑，厚度8 cm。六棱块护坡顶底设M 7.5 浆砌片石封顶和护脚，护脚基底宽度为64.89 cm。浆砌片石护脚和加固条每隔10 m 设置一道伸缩缝，缝宽2 cm 用沥青麻絮填塞。六棱块植草防护后采用素填土，填土压实度采用道路路基相应压实度标准。护面墙每10 m设置伸缩缝一道，缝宽2 cm，采用聚乙烯闭孔板填缝，聚氯乙烯胶泥封口。格栅间连接时，接触面先抹一层水泥砂桨，然后将10 cm 长φ25 钢筋插入预留孔中，再用水泥砂桨将缝隙全部填平。预制块坡面施工后，应及时种草。植草品种按道路绿化设计相应标准执行。六棱块坡面设置流水槽，排除坡面雨水，并通过傍洪道上及压顶预留出水口处引排入沟道内。

5 工程重点与难点

由于挖方较大，应清除湿陷性黄土，护面墙基底以下采用150 cm 厚天然砂砾换填，并分层夯实。

护面墙应采取分段施工的方式，挖方段护坡基坑坑壁开挖边坡按1∶0.5 坡率开挖，尽量不要超挖回填；墙趾背面应按开挖后的坡面砌筑墙趾，砌筑后再回填。填方段应先按照护面墙背坡坡率洒水至最佳含水量后分层夯填砂性土，并超填50 cm 后削坡，以保证坡面的压实度。在基础施工完成后，应及时回填夯实，并做成外倾斜坡，以免积水下渗，影响墙身稳定。填方段施工中应确保护面墙基础的整体强度和承载力。

6 结语

针对榆中县夹沟洪道设计，对比分析水文计算4种经验公式，综合考虑，夹沟河100 a 一遇洪水流量取120.22 m3/s 作为设计流量，拟定稳定河宽和治理河宽分别为18.2 m 和20 m，并在此基础上进行了结构优化。结合工程特点，采用六棱块生态植草防护，总结并分析了护面墙施工的重点与难点。。