大竹縣東柳河城區(qū)段防洪堤初步設計

巫光武

(四川省都江堰管理局，四川都江堰，611830)

1 工程概況

大竹縣東柳河發(fā)源于銅鑼山黃泥塝西側朝陽鄉(xiāng)花土地，海拔高程700.1m，由南向北流經(jīng)縣城西北部、經(jīng)烏木鎮(zhèn)，入烏木灘水庫轉東柳、竹北、人和、楊家、清河、柏林等鄉(xiāng)，至龐家嘴注入渠江一級支流州河下游，流域面積850.3km。主河岸道長72.5km，大竹縣境內(nèi)71.0km，天然落差421m，河道平均比降2.20‰。東柳河城區(qū)段河道淤積嚴重，排洪能力不足，大部分河道只能滿足5～10年一遇洪水的排洪要求。為了保護東柳河城區(qū)段人民的生命財產(chǎn)安全，擬對該段河道進行整治，整治河道軸線總長3623.65m。

根據(jù)《防洪標準 (GB50201－94)》、《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》和《城市防洪工程設計規(guī)范 (CJJ50－92)》規(guī)定，按堤防的保護對象、范圍和重要程度，確定大竹縣堤防工程等別為Ⅳ等，主要建筑物4級，設計洪水標準20年一遇。

2 設計水位及堤防安全超高

根據(jù)設計水面線計算成果，結合各段在平面圖上位置，經(jīng)計算得各段的設計洪水位，(見表1)。

表1東柳河城區(qū)段堤防20年一遇設計洪水位

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》的規(guī)定，堤防工程等別為Ⅳ等，相應堤防安全超高為0.6m。根據(jù)大竹縣風速和堤線布置，經(jīng)過計算，風浪壅高0.013m，浪爬高0.33m，最終確定本工程堤防安全超高為設計洪水位上加高1.0m。

3 工程總體布置

3.1 工程布置原則

(1)工程布置要在確保河道安全行洪的前提下，結合城市總體規(guī)劃，注意與城市交通，城市景觀及排水等方面發(fā)展規(guī)劃協(xié)調(diào)一致;(2)工程布置要盡量避免工程地質(zhì)條件不利地段，利于施工，節(jié)省工程投資;(3)工程布置有利于水土保持與環(huán)境保護;(4)工程布置有利于防洪搶險和工程管理。

3.2 堤防工程布置

大竹縣東柳河城區(qū)段原河道蜿蜒曲折，長約5.9km，大大影響了該區(qū)土地的利用。根據(jù)《大竹縣城市總體規(guī)劃》要求，上游段河道堤防沿濱河大道布置，左岸堤頂距濱河大道紅線20m(其中3m為規(guī)范規(guī)定堤頂寬度)，下游段河道在保證規(guī)劃用地的前提下截彎取直。

本次初步設計新建護岸防洪堤，由護城河干流的大竹橋開始至古樓地，擬定整治河道軸線總長3623.65m，修建堤防7227m。其中左岸堤防長3636.2m，右岸堤防長3590.8m。

4 堤防工程設計

4.1 堤防工程尺寸擬定

根據(jù)地勘資料，該河段岸坡上部為雜填土、砂土、粉質(zhì)粘土，厚1m～5m，下部為泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，本階段對堤型擬定了重力擋墻與生態(tài)斷面兩種斷面形式。

4.1.1 重力式擋土墻。在K0+000～214.8m段，由于大竹橋至縣財政局背后河道兩岸用地和建筑物的限制，該處地基均為泥巖，承載力好，故采用漿砌條石擋土墻。擋土墻基礎置于泥質(zhì)粉砂巖層，利用擋土墻自重維持墻后岸坡穩(wěn)定性，并充分利用漿砌條石抗沖刷性能好的特性抵御洪水淘涮。河堤底寬18m，頂寬19.5m，堤頂寬度3m。

4.1.2 生態(tài)斷面布置。K0+214.82m～K1+789.44m段沿濱河大道流經(jīng)北城新區(qū)，用地條件較好，為讓防洪構筑與河道生態(tài)環(huán)境融為一體，美化片區(qū)環(huán)境和防洪與居民休閑娛樂相結合，同時根據(jù)地勘報告，該處基礎基本位于砂土、粉質(zhì)粘土層中，故采用自然型護岸生態(tài)河堤。B=16.5m，水深H=2.1m，迎水面邊坡m=1.50，超高h=1m，坡降1.52‰，頂寬B2=30.5m，堤頂寬度3m。

下游河段K1+789.44m～K3+623.65m，多為竹林景觀，地勢開闊，其基礎基本位于砂土、粉質(zhì)粘土層中，故采用自然型護岸生態(tài)河堤。其中，K1+789.44m～K2+700m段底寬B=20m，水深H=2.25m，迎水面邊坡m=1.5，超高h=1m，坡降1.52‰，頂寬B2=34.52m，堤頂寬度3m;K2+700m～K3+623.65m段，底寬 B=25m，水深 H=2.25m，迎水面邊坡 m=1.75，超高h=1m，坡降1.00‰，頂寬B2=39.52m，堤頂寬度3m。

4.2 附屬建筑物

為滿足從堤頂至河邊的便利，方便當?shù)鼐用竦男枰淳坝^設計及擋水建筑物需要設置梯步。梯步高度根據(jù)所在位置的堤頂和設計常水位線的高差確定，梯步采用青石板鋪面。

4.3 主要設計計算

4.3.1 堤頂高程計算

防洪堤頂高程由浪高+壅高+爬高+超高確定。

4.3.1.1 浪高計算

式中，H為平均波高 (m);V為計算風速(m/s)，本工程取10m/s;F為風區(qū)長度 (m)，取河道至堤最遠距離300m;d為水域的平均水深 (m)，取2.0m;g為重力加速度 (9.81m/s2)。

4.3.1.2 風壅水面高度計算

式中，e為計算點的風壅水面高度 (m);K為綜合摩阻系數(shù)，本工程取3.6×10－6;β為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角 (°);其他符號同公式 (1)。

式中，RP為累計頻率為 P的波浪爬高(m);K△為傾斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》表C.3.1—1確定取 0.9;Kv為經(jīng)驗系數(shù)，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》表C.3.1—2確定取1.3;KP為爬高累計頻率換算系數(shù)，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》表C.3.1—3確定取1.84;R0為無風情況線下光滑不透水護面 (K△=1)、H=1m時的爬高值，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》表C.3.1—4確定取1.408;其他符號同公式(1)。

4.3.1.4 本工程為Ⅳ等堤防工程，安全加高值按不允許越浪的防洪墻考慮，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286－98)》表2.2.1確定安全加高值為0.6m。

4.3.1.5 根據(jù)以上計算本工程防洪堤的安全加高為:壅高+爬高+超高=0.013+0.33+0.6=0.94m，所以，防洪堤頂高程為設計洪水位+1.00m。

4.3.2 堤腳沖刷深度計算

本階段采用建堤后洪水運行條件下的沖刷深度計算，按《堤防工程設計規(guī)范 (GB50286—98)》推薦的沖刷公式復核計算各段的沖刷深度。

4.3.2.1 水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷深度

4.3.1.3 波浪爬高計算

式中，hB為局部沖刷深度 (m)，從水面起算;hP為沖刷處的水深 (m)，以近似設計水位最大深度代替;Vcp為平均流速 (m/s);V允為河床面上允面不沖流速 (m/s);n為平面形狀系數(shù)，n=0.25。

4.3.2.2 水流斜沖堤岸產(chǎn)生的沖刷深度

式中:Δhp為從河底算起的局部沖深 (m);α為水流流向與岸坡交角 (°);m為防護建筑物迎水面邊坡系數(shù);d為坡腳處土壤計算粒徑(cm);Vj為水流局部沖刷流速 (m/s)。

經(jīng)過計算，得出水流平行于岸坡產(chǎn)生的最大沖刷深度0.59m，水流斜沖堤岸產(chǎn)生的沖刷深度為0.62m。根據(jù)規(guī)范要求堤防基礎埋深必需大于沖刷深度0.5m～1.0m，本設計取基礎埋置深度為1.5m，能滿足防沖要求。

4.3.3 堤防穩(wěn)定計算

4.3.3.1 基本資料K0+000～K0+214.82m重力式擋土墻段。基底考慮放置在強風化泥巖層地基上，嵌入基巖0.5m，允許地基承載力為320kPa。

K0+214.82m～K3+623.65m生態(tài)斷面段。護腳基底位于砂土、粉質(zhì)粘土及強風化巖中，砂土地基承載力為80kPa，粉質(zhì)粘土地基承載力為110kPa，強風化巖地基承載力為320kPa。當護腳處于砂土及粉質(zhì)粘土中時，基底換填厚度不小于1m的砂礫石;當基底位于基巖上時候，嵌入基巖0.5m。

4.3.3.2 穩(wěn)定計算堤防穩(wěn)定計算主要對各段進行典型斷面計算，典型斷面的計算高度分別為各段的最大高度。荷載組合考慮正常工況和非正常工況。

正常工況分為多年平均水位工況和設計洪水工況。多年平均水位工況時，墻前為多年平均水位;計算主要考慮自重、土壓力、水壓力、揚壓力、墻背填土上的均布荷載等。設計洪水工況與多年平均水位工況不同點在于墻前后的水位不同，設計洪水工況考慮墻后為設計洪水位，墻前考慮水位驟降。

非正常工況主要考慮地震工況，在多年平均水位基礎上加地震荷載。