滹沱河下汇村至西砂河村段河道治理工程设计

闫 伟

（山西汾河灌溉管理有限公司，山西 祁县 030900）

1 工程概况

滹沱河属海河流域子牙河水系，新中国成立以来，对部分干支流进行了不同程度的综合治理[1]。本次滹沱河河道治理段，位于繁峙县砂河镇。

本次滹沱河砂河镇下汇村至西砂河村段的河道治理长度8.8 km，平均纵坡5.4‰。工程治理范围起点为下汇村，终点为西砂河村，工程包括：新建土堤防、格宾石笼护坡、铅丝石笼护基、入河口工程、过水路面、河道疏浚。

工程治理内容主要有：新建加固河堤总长17.71 km（左、右岸堤防）；对沿口河、小沿河及角尔河三条支流入河口进行防护，长0.6 km；对治理范围内4.2 km河道清淤疏浚。

2 流域水文及地质情况

2.1 流域水文情况

本次河道治理段,位于繁峙县中部的砂河镇，在五台山北麓与恒山南麓之间[2]，距繁峙县城30 km。流域内属华北气候区，年均降雨量450 mm，平均气温6.3℃，最大冻土深度92 cm，该流域上游有孤山、虎山、龙山3座水库。

按无资料地区计算出的设计洪峰流量，未考虑3座水库的调节作用，洪峰流量相对较大，与有资料地区计算成果相差较大。经综合考虑，现状孤山、虎山、龙山三座水库均正常运行，虎山水库、龙山水库为空库度汛，但仍可起到不同程度的均缓洪调节作用。

以上永兴水文站为基准面，采用实测资料推算的代堡断面，20年一遇洪峰流量为493 m3/s，成果考虑了面积因素、雨力因素和上游水库的缓洪调蓄功能，成果相对客观，与实际接近。故本次滹沱河繁峙县砂河镇段设计20年一遇洪峰流量，采用493 m3/s。

2.2 流域地质情况

繁峙县砂河镇地质构造，受区域地质构造控制。工程所在地位于滹沱河断陷盆地的滹沱河上，以滹沱河沉积建造为主，第四纪地层发育，未见有新构造活动。根据野外地质调绘和人工探查，繁峙县砂河镇段河道及近岸，出露及揭露的地层岩性主要为第四系（Q）地层：

（1）上更新统，岩性为黄色低液限粉土为主，分布在岸坡上，含少量砂质，底部粉砂层与淤泥质土互层。

（2）全新统，亚砂土颗粒成分粉粒为主，含量大于65%，细砂粒含量20%左右；混合砂砾石土岩石成份多为变质岩、白云岩为主，含砂、土夹层；颗粒成分为卵石、砾石为主，含量大于50%，卵石最大直径18 cm左右，另偶见漂石，分选好，磨圆中等，级配较差。

（3）现代人工堆积，主要分布在滹沱河河道两岸，包括煤灰、煤碴、氰化钾提炼金粉后的矿渣、水泥块、粉状物及块碎石。分布面积较大，厚1.0～5 m，堆积随意，无掩埋，无覆盖，露天排放。

3 水力计算

3.1 水面线计算

本工程水面线计算，按全流域的洪水进行推算。将河道治理段分为45个计算断面，每隔200 m布设一个断面，均为现状河道断面，以曼宁公式计算起始水位，自下而上逐断面推算河道水面线。

3.2 治理段跨河公路桥过流能力

公路桥控制断面水流均近似堰流Q，采用堰流计算公式：

式中：σs——淹没系数；

σc——侧收缩系数，取1.0；

m——流量系数，取0.365；

n——孔数；

b——单孔净宽；

H0——包括行进流速的堰上水头。

包括行进流速的堰上水头H0计算公式：

式中：H——不计行进流速堰上水头；

v——上游流速。

根据上述公式分别对治理段的4座桥进行过流能力的复核。计算结果见表1。

表1 治理跨河公路桥过流能力成果表

根据规范，水面线以上要有0.5 m的净空。经计算，除砂河桥满足泄洪要求外，其余3座桥均不满足泄洪要求，建议加长桥面拓宽河道或拆除重建。

3.3 堤顶高程确定

堤顶高程计算结果见表2。

表2 堤顶超高计算结果表

3.4 堤基冲刷计算

堤基冲刷深度根据堤防工程设计规范中冲刷公式，从水面起算，水流平行于岸坡产生的最大冲刷深度为0.68 m。

4 河堤与辅助工程设计

4.1 堤防断面型式比选

4.1.1 重力式浆砌石堤防

重力式浆砌石堤防型式，优点为开挖占地少，施工较为简单、方便[4]。缺点为对地基承载力要求较高，工程造价相对较高。本工程设计堤防高3.52 m，顶宽0.5 m，临水侧边坡垂直，背水侧边坡1∶0.4，墙址外伸0.5 m，墙踵外伸0.5 m，墙背后筑土需低于墙顶2 m，基础埋深1.5 m。

4.1.2 土坝加格宾石笼护坡

土坝加格宾石笼护坡型式，优点为施工简单，工程造价低。缺点为工程占地大。本工程设计土坝堤防高3.52 m，堤顶宽为4.0 m，兼作抢险道路。迎水面采用格宾石笼护坡,格宾石笼规格0.5 m×1.0 m×5.0 m（高×宽×长）。

经计算，土坝堤防比重力式浆砌石堤防投资较少，经综合比较采用土坝加格宾石笼护坡堤防。

4.2 堤防断面尺寸

根据河道现状，并结合《繁峙县砂河镇总体规划（2013-2030）》及《山西省繁峙县滹沱河生态整治规划》，对河堤进行新建加固设计。滹沱河繁峙县砂河镇段防洪大堤河道两侧堤防，根据河道的走向，全段采用新建土坝堤防型式。

左岸桩号L0+000—L2+736.0、L2+788.0—L3+282.6、L7+825.9—L8+927.0—L3+282.6共计三段，总长4.33 km；右岸桩号R0+000—R3+062.0、R7+977.3—R8+969.0共计两段端，总长4.05 km均为新建土堤防，堤顶宽4.0 m。

筑堤土料、清淤疏竣河槽的土料，就近利用填筑堤坝。堤基采用振动碾碾压处理，处理有效深度为0.5 m。

砂河镇段左岸桩号L3+282.6—L7+825.9，总长4.54 km；右岸桩号R3+183.0—R4+465.0、R4+483.0—R7+977.3，总长4.78 km均为格宾石笼防护，格宾石笼规格0.5 m×2.0 m×5.0 m（高×宽×长）；基础采用两层铅丝笼防护，上层铅丝笼规格0.5 m×2.0 m×3.0 m（高×宽×长），下层铅丝笼规格0.5 m×2.0 m×2.0 m（高×宽×长）。

4.3 防护工程设计

根据冲刷计算结果，断面型式确定为：在新建土堤迎水面增设格宾石笼护坡及铅丝石笼护脚，护坡高度防护至设计水位，厚度0.5 m。

4.4 入河工程

本工程治理范围内有3处河流和沟道汇入，设计对入河口至上游延伸100 m范围内进行清淤并采用工程措施防护。

4.5 过水路面设计

为了方便河流两岸村民生产和生活，在桩号N0+650、N8+150、N8+800三处过水路面铺设4 m宽C25混凝土路面。路面下铺设3根8 m长DN 800 mm的混凝土管。并在路面下游铺设5 m×0.6 m的铅丝笼块石护底。

4.6 河道疏浚设计

河道治理须采用标本兼治，除了在流域内加强水土保持工作，减少水土流失，控制和减慢干流河道的抬高速度外，还要在堤防建设加固的同时，对淤积严重的河段进行必要的疏浚，拓宽行洪断面，提高河槽泄量，并利用疏浚泥沙淤堤背，加固堤防。

本工程疏浚范围中泓线桩号N0+000—N3+200、N7+800—N8+800两段共计4.2 km，在维持河道原主槽断面的基础上，依据左右岸设计堤底高程，对河道内的建筑、生活垃圾及土方进行开挖清理。

5 结语

河道治理工程的实施提高了工程区的防洪能力，使繁峙县砂河镇段河道达到20年一遇防洪标准，保护了两岸居民的生命财产安全，改善了河道“脏、乱、差”的现状，改善了周围生态环境和区域小气候，提高了当地居民的生活质量。