陽泉市綿河河道整治方案及工程設(shè)計(jì)簡述

李春艷

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概況

陽泉市綿河流域河道整治工程是娘子關(guān)泉域水源地保護(hù)與治理工程的重要內(nèi)容之一。工程包括綿河及其支流桃河和溫河的治理，總長14.44 km。桃河治理分為兩段，其中桃河城區(qū)段治理范圍為白南鐵路橋—亂流車站，長7.713 km，桃河娘子關(guān)泉口段始于核桃飲料廠上游100 m處至綿河交匯處，長3.80 km。溫河為峽谷型河道，治理段始于娘子關(guān)鎮(zhèn)自來水公司集水泵站，至溫河與綿河的交匯處，長2.93 km。治理內(nèi)容為疏浚河道，整治河堤。

2 堤防工程

2.1 堤型選擇

本次設(shè)計(jì)堤防以漿砌石防洪墻為主。桃河城區(qū)段氧化鋁廠—亂流段堤高大部分達(dá)8～12.2 m，本段擬選擇漿砌石重力式防洪墻和鋼筋混凝土懸臂式防洪墻進(jìn)行方案比選。兩方案主要工程量見表1。

表1 防洪墻斷面型式方案工程量

兩方案在技術(shù)上均可行，下面從四個(gè)方面進(jìn)行比選。第一，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。對于低于8 m的擋土墻，一般宜選用重力式結(jié)構(gòu)，當(dāng)擋土墻高度在6 m以上時(shí)，扶壁式擋土墻以其結(jié)構(gòu)輕巧而優(yōu)先選用。第二，基底應(yīng)力。該段堤基巖性為卵石混合土，局部夾低液限黏土、級配不良砂透鏡體，其中漂卵礫石成分為砂巖、灰?guī)r等，磨圓度較好，多呈次棱角—次圓狀，承載力標(biāo)準(zhǔn)值200～300 kPa；根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，砂土地基壓應(yīng)力不均勻系數(shù)宜取2～3。扶壁式擋土墻計(jì)算最大基底應(yīng)力為160.4 kPa，不均勻系數(shù)2.27，漿砌石重力式擋土墻計(jì)算最大基底應(yīng)力為230.9 kPa，不均勻系數(shù)2.9，因此，兩方案均滿足規(guī)范要求。第三，施工。兩種方案均為常規(guī)施工方法，只是鋼筋混凝土施工工藝稍顯復(fù)雜。第四，工程投資。從表1中數(shù)據(jù)可見，漿砌石重力式結(jié)構(gòu)方案比鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)方案可節(jié)省投資3 533.3萬元，從工程投資方面考慮，漿砌石重力式優(yōu)于鋼筋混凝土扶壁式。

綜合上述分析，雖然鋼筋混凝土扶壁式結(jié)構(gòu)輕巧、地基適應(yīng)能力強(qiáng)，但由于當(dāng)?shù)厥县S富，漿砌石重力式防洪墻投資較小，因此選擇漿砌石重力式防洪墻方案。

2.2 堤頂高程確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高。堤頂超高按下式計(jì)算：

式中：y——堤頂超高，m；

R——設(shè)計(jì)波浪爬高，m，取0.34～0.42；

E——設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，m，可忽略不計(jì)；

A——安全加高，m，取0.8。

經(jīng)計(jì)算，堤防超高 y＝1.14～1.22 m，取 1.2 m。

2.3 堤基沖刷計(jì)算

水流平行于岸坡沖刷深度采用下式計(jì)算：

式中：hB——局部沖刷深度，m；

hp——沖刷處的水深，以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替，m；

vcp——平均流速，m/s；

v允——河床面上允許不沖流速，m/s；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取0.25。

由于水流斜沖河岸，水位升高，岸邊產(chǎn)生自上而下的水流淘刷坡角，其沖刷深度采用下式計(jì)算：

式中：Δhp——從河底算起的局部沖深，m；

α——水流流向與岸坡交角，度，取10°；

m——防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)，取0；

vJ——水流的局部沖刷流速，m/s；

d——坡角處土壤計(jì)算粒徑，mm，對非黏性土取大于15%（按重量計(jì)）的篩孔直徑。

分別選取順壩和斜沖典型斷面進(jìn)行計(jì)算，地基土按級配不良礫計(jì)算，結(jié)果見表2。

表2 沖刷深度計(jì)算成果

2.4 堤防斷面及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 桃河城區(qū)段

桃河城區(qū)段整治河道長7.713 km，其中新建堤防長5.28 km，加固堤防長1.462 km，現(xiàn)狀可利用堤防長1.331 km。防洪堤為漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)。樁號0+000～0+777，6+872～7+205 段防洪堤基礎(chǔ)埋深為3.0 m，堤高 4.9～7.5 m，頂寬 0.8 m，基礎(chǔ)寬 4.04～5.6 m，墻背坡度 1∶0.6；樁號 3+210～6+872，7+205～7+713 段，防洪堤基礎(chǔ)埋深3.0 m，高7.6～11.4 m，頂寬0.8 m，基礎(chǔ)寬 6.32～8.98 m，墻背坡度 1∶0.7；樁號 2+108～3+210 段在原堤上增設(shè)漿砌石防浪墻，墻頂寬0.5 m，底寬0.8 m，高0～1.0 m。

2.4.2 桃河娘子關(guān)泉口段

桃河娘子關(guān)泉口段新建防洪堤斷面為漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，防洪堤基礎(chǔ)埋深2.5 m，右岸堤高5.5～8.0 m，基礎(chǔ)寬 4.4～5.9 m，左岸堤高 5.5～6.0 m，基礎(chǔ)寬 4.4～4.7 m，頂寬 0.8 m，墻背坡度 1∶0.6。

2.4.3 溫河治理段

溫河治理段新建防洪堤斷面為漿砌石重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，防洪堤基礎(chǔ)埋深2.0 m，右岸堤高5.0～7.5 m，基礎(chǔ)寬 4.1～5.6 m，頂寬 0.8 m，墻背坡度 1∶0.6。所有治理段的河床凹岸段，為提高堤防抗沖刷能力，堤腳采用格賓石籠防護(hù)，寬5 m，厚0.5 m。

為防止墻體發(fā)生不均勻沉陷，堤身沿縱斷面每12 m設(shè)一分縫，縫內(nèi)填瀝青麻絲；防洪堤在墻體斷面突變處另設(shè)沉陷縫。

2.5 穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算

計(jì)算工況：正常運(yùn)用條件，為設(shè)計(jì)洪水過后；非常運(yùn)用條件，為多年平均水位遭遇地震情況。穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算均選用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究所的《擋土墻計(jì)算軟件》進(jìn)行計(jì)算。穩(wěn)定安全系數(shù)按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》選用，地基承載力采用地質(zhì)專業(yè)建議值，見表3。

表3 穩(wěn)定安全系數(shù)及地基承載力規(guī)范值

選擇典型斷面對防洪墻抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定、防洪基底應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。

表4 防洪墻穩(wěn)定及地基應(yīng)力計(jì)算成果

3 結(jié)語

經(jīng)計(jì)算，堤防抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)、基底應(yīng)力都滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠。通過河道整治，可以提高防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善河道生態(tài)環(huán)境，從而帶動(dòng)保護(hù)泉域系統(tǒng)工程的建設(shè)，促進(jìn)陽泉市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。