千河防洪治理工程水工設(shè)計(jì)難點(diǎn)探析

祁雷

摘 要：在寶雞市千河防洪治理工程水工設(shè)計(jì)中，對(duì)于在堤防工程、護(hù)岸工程、護(hù)坡設(shè)計(jì)、穿堤涵閘等幾部分中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題逐一論述分析，并提出了解決問(wèn)題的方法。對(duì)于涉及范圍廣、工程型式多的防洪工程，水工設(shè)計(jì)時(shí)要分縣區(qū)、分段落、分工程型式具體問(wèn)題具體分析，不能千篇一律的搞均一化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：千河 防洪治理 水工設(shè)計(jì) 難點(diǎn)探析

前言

千河為渭河左岸一級(jí)支流，地處寶雞市西北部，發(fā)源于甘肅省張家川回族自治縣唐帽山南麓石廟梁，從隴縣唐家河入陜西省寶雞市境。千河在寶雞市流經(jīng)隴縣、千陽(yáng)、鳳翔、陳倉(cāng)區(qū)、高新區(qū)等5個(gè)縣（區(qū)）。工程的治理范圍從隴縣固關(guān)街～千河入渭口，治理河道總長(zhǎng)度106.50 km。全線干流設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度134.30km，支流設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度7.472km。

由于本工程涉及范圍較廣，工程型式也較多，且所涉及到的5個(gè)縣區(qū)的保護(hù)對(duì)象、防洪標(biāo)準(zhǔn)及工程等級(jí)也不同，故在水工設(shè)計(jì)時(shí)按堤防工程、護(hù)岸工程、護(hù)坡設(shè)計(jì)、穿堤涵閘等幾大部分分別進(jìn)行論述，各個(gè)部分設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)遇到些難點(diǎn)問(wèn)題。

堤防工程

1、提出問(wèn)題

堤防工程設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題有：①堤頂超高計(jì)算參數(shù)的選取、②堤身滲流和堤坡穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)的選取。

2、難點(diǎn)分析及解決方法

難點(diǎn)①：堤頂超高計(jì)算時(shí)，嚴(yán)格按照[1]要求，堤頂超高為波浪爬高、風(fēng)壅增高及安全加高三者之和。涉及有計(jì)算風(fēng)速、風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度、水域的平均水深、風(fēng)向與堤法線夾角、摩阻系數(shù)、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)等參數(shù)。由于縣區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)城防段30年、農(nóng)防段10年，且計(jì)算中有些參數(shù)可以由公式或其他專業(yè)提供獲得，但有的參數(shù)就需要反復(fù)比較選取才行。例如計(jì)算風(fēng)速的選取，規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)波浪的計(jì)算風(fēng)速的規(guī)定可采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍，但本工程特點(diǎn)是縣城城防段和臨近兩段農(nóng)防段的防洪標(biāo)準(zhǔn)各不相同，以致于防洪流量不同，設(shè)計(jì)參數(shù)的水域平均深度就不同，故計(jì)算風(fēng)速的取值同樣也應(yīng)有差別，要不計(jì)算出的30年和10年設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的堤頂超高值相差不明顯。解決方法：在計(jì)算堤頂超高時(shí)，據(jù)防洪標(biāo)準(zhǔn)首先劃分防洪單元，參數(shù)的選取要具體段落具體分析選取，不能一概而論的選取相同參數(shù)。

難點(diǎn)②：堤身滲流和堤坡穩(wěn)定計(jì)算分析時(shí)，也遇到同樣的參數(shù)選取問(wèn)題。堤防工程包括有： 新修堤防、重修堤防、加培堤防等。新修堤防、重修堤防的筑堤土料選取的是臨河側(cè)灘地砂礫料，而加培堤防只是在原有老堤欠寬在0.5m以上、欠高在0.4m以上及臨河側(cè)坡比陡于1：1.5的堤防上，以背水側(cè)加高培厚為主進(jìn)行堆筑。故在計(jì)算滲流和堤坡穩(wěn)定時(shí)，參數(shù)的選取要分堤防類型分段落選取進(jìn)行計(jì)算。解決方法：據(jù)地質(zhì)資料，按工程類型分別選取相應(yīng)參數(shù)。對(duì)于新修堤防、重修堤防選取臨河側(cè)灘地砂礫料的參數(shù)，而對(duì)于加培堤防選取原堤身土料參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析。

護(hù)岸工程

1、提出問(wèn)題

工程區(qū)內(nèi)兩岸現(xiàn)有明顯高的階地或自然岸坎段，其易受水流、風(fēng)浪作用，可能發(fā)生沖刷破壞，故需要采取防護(hù)措施。護(hù)岸工程設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題有：①墻式護(hù)岸、坡式護(hù)岸的劃分；②墻式護(hù)岸的結(jié)構(gòu)型式與穩(wěn)定計(jì)算。

2、難點(diǎn)分析及解決方法

難點(diǎn)①：由于墻式護(hù)岸、坡式護(hù)岸兩種護(hù)岸型式從設(shè)計(jì)方法、工程量、工程投資等方面都有所不同，故護(hù)岸工程設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題是先劃分護(hù)岸型式。如：在隴縣固關(guān)街～大橋段及千陽(yáng)縣右岸下游段，河槽多呈“U”型，河道窄、岸坎高、坡度陡，需要修筑擋墻進(jìn)行防護(hù)，經(jīng)過(guò)比較分析后選取墻式護(hù)岸，擋墻背水側(cè)緊貼原狀自然岸坡，臨水側(cè)坡比按1：0.5～1：0.7設(shè)計(jì)；而在坡度相對(duì)較緩的階地或自然岸坎修筑護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)，坡式護(hù)岸迎水坡基本按原狀岸坡砌護(hù)，設(shè)計(jì)砌護(hù)坡比在1：1～1：2之間。解決方法：在護(hù)岸設(shè)計(jì)前首先要根據(jù)現(xiàn)狀地形、河道外形及寬度、水流沖刷等情況劃分出兩種護(hù)岸型式再分別進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

難點(diǎn)②：墻式護(hù)岸一般選取重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，而重力式擋土墻又分為直立式、衡重式、仰斜式、俯斜式等，墻式護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式與穩(wěn)定計(jì)算也是個(gè)主要問(wèn)題。如：隴縣固關(guān)街～大橋段的墻式護(hù)岸選取的就是仰斜式，M7.5漿砌石砌筑，頂寬0.6m，基礎(chǔ)底埋至于灘面以下1.5m，擋墻上部砌護(hù)頂高程在設(shè)計(jì)洪水位以上0.5m；而千陽(yáng)縣段（R53+755～R52+777）由于自然岸坎較高（20m左右），岸坡下部臨水，且位于河流的急流段，人工砌護(hù)擋墻難度較大，設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行了多種方案的比較，并咨詢了有關(guān)專家的意見(jiàn)，最終選取機(jī)械拋鋼筋籠石方式防護(hù)，頂寬1m，底寬2m，再緊挨底層鋼筋籠石底部鋪置一層4m寬×0.5m高的水平護(hù)基格賓進(jìn)行防護(hù)。解決方法：在墻式護(hù)岸設(shè)計(jì)前需要根據(jù)現(xiàn)狀地形并考慮施工條件等因素合理選取擋土墻型式，再根據(jù)水位和沖刷等數(shù)據(jù)確定擋土墻斷面尺寸，并采用《北京理正巖土軟件5.11版》進(jìn)行擋土墻驗(yàn)算。

護(hù)坡設(shè)計(jì)

1、提出問(wèn)題

在堤防工程、坡式護(hù)岸工程及護(hù)坡工程中都需要進(jìn)行護(hù)坡防護(hù)設(shè)計(jì)。護(hù)坡設(shè)計(jì)中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題有：①護(hù)坡材料的選用、②護(hù)腳設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)埋深的確定。

2、難點(diǎn)分析及解決方法

難點(diǎn)①：由于千河干流河道斷面平均流速一般超過(guò)堤身填筑砂礫料的不沖流速，洪水的掏刷及風(fēng)浪的沖擊威脅著堤身的安全，故需進(jìn)行護(hù)坡處理，護(hù)坡材料的選用就尤為重要。經(jīng)過(guò)對(duì)4種護(hù)坡材料的分析比較，最終選取漿砌石和格賓兩種材料進(jìn)行臨水側(cè)砌護(hù)，背水坡采用植草皮進(jìn)行綠化防護(hù)。解決方法：護(hù)坡材料的選取要根據(jù)各縣情況具體問(wèn)題具體分析，河床窄、比降大、流速大、迎水坡坡比陡的段落迎水坡護(hù)坡材料選用M7.5漿砌石；其余段落和縣城城區(qū)段為了增加景觀綠化效果，迎水坡均采用格賓材料防護(hù)。

難點(diǎn)②：根據(jù)[1]，基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)滿足抗沖刷要求。水流對(duì)岸坡的沖刷與近岸流速、水深、水流方向與岸坡的夾角、河床組成等因素有關(guān)，其沖刷深度可按規(guī)范中公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)包括有泥沙容重、床沙中值粒徑、行進(jìn)流速、沖刷處水深、水流與岸坡交角、水流流速不均勻系數(shù)等。解決方法：首先進(jìn)行沖刷深度計(jì)算，再據(jù)歷史沖刷深度調(diào)查資料、地質(zhì)報(bào)告建議值等因素綜合確定防沖深度值，最后確定基礎(chǔ)埋置深度值。在基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)時(shí)，以往采用的是深埋基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底均位于深泓點(diǎn)以下防沖刷深度，然而這次設(shè)計(jì)時(shí)為了減少施工開(kāi)挖難度、節(jié)約投資，在多方比較咨詢后，選用淺埋基礎(chǔ)型式，基礎(chǔ)底高程一般在自然岸坡臨水側(cè)坡腳以下1.0m，采用0.8m寬×1m高的漿砌石或格賓網(wǎng)基礎(chǔ)腳槽，緊挨腳槽再做水平格賓護(hù)基。水平格賓護(hù)基的最大寬度視沖刷深度而定，本工程采用2～2.5倍沖刷深度值。

穿堤涵閘

1、提出問(wèn)題

全線工程治理范圍內(nèi)共涉及穿堤涵（閘）9處，均是在原有排水涵管或排水渠基礎(chǔ)上進(jìn)行重建。穿堤涵閘設(shè)計(jì)時(shí)遇到的難點(diǎn)問(wèn)題是：復(fù)核原涵閘的過(guò)流能力。

2、難點(diǎn)分析及解決方法

設(shè)計(jì)的9處穿堤涵閘，其中千陽(yáng)縣的2處和陳倉(cāng)區(qū)的1處涵閘已知原有涵洞的尺寸及過(guò)流量，均按原型式重建。難度較大的是復(fù)核高新區(qū)6處原有涵管的最大過(guò)流能力，在已知涵管的管徑情況下，假定圓形涵管水深計(jì)算涵管過(guò)流量。

解決方法：根據(jù)[5]，當(dāng)假設(shè)水深到最小凈空高度時(shí)，過(guò)流量為原有涵管最大過(guò)流量，近似計(jì)算公式如下：

分別計(jì)算出原砼涵管不同管徑的最大過(guò)流量，再據(jù)此流量設(shè)計(jì)穿堤箱涵的尺寸及型式。

結(jié)語(yǔ)

千河防洪治理工程設(shè)計(jì)中所遇到的以上幾個(gè)水工難點(diǎn)問(wèn)題，均通過(guò)分析研究最終得到了解決，使得水工方面的設(shè)計(jì)工作得以圓滿按期完成，并最終通過(guò)總院審查。

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于這樣的涉及范圍廣、工程型式多的防洪工程，水工設(shè)計(jì)時(shí)要分縣區(qū)、分段落、分工程型式具體問(wèn)題具體分析，不能千篇一律的搞均一化設(shè)計(jì)。

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（作者單位：寶雞市水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院）