箱涵在清水河防洪通道恢復(fù)工程中的應(yīng)用

張真+馬俊松+彭晟+尹炳梅

摘 要：由于清水河昆曲高速以下至入金汁河口河段管網(wǎng)化，基本喪失行洪功能，致使片區(qū)洪澇災(zāi)害頻繁，形成下雨必淹的嚴(yán)重局面，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，防洪形勢(shì)尤為嚴(yán)峻。本文對(duì)該段河道治理進(jìn)行了設(shè)計(jì)，最終選擇箱涵設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：箱涵 防洪 排澇 河道

1.工程概況

清水河位于昆明主城北市區(qū)，是該片區(qū)重要的防洪排澇河道。目前，清水河源清水庫(kù)壩址至昆曲高速公路東側(cè)120m河段已基本完成綜合整治，除局部河段外，河道較為通暢，基本可以順利疏泄河道洪水，由于片區(qū)城市發(fā)展過(guò)程中，對(duì)清水河作為片區(qū)防洪通道的重要性重視不夠，導(dǎo)致昆曲高速以下至入金汁河口河段管網(wǎng)化，基本喪失行洪功能，致使片區(qū)洪澇災(zāi)害頻繁，形成下雨必淹的嚴(yán)重局面，嚴(yán)重威脅人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，防洪形勢(shì)尤為嚴(yán)峻。鑒于目前清水河下段（昆曲高速公路東側(cè)120m至金汁河斷面）已全部管網(wǎng)化，且管網(wǎng)沿線已基本建設(shè)成小區(qū)，不具備沿現(xiàn)有排水管網(wǎng)開(kāi)挖后恢復(fù)清水河下段河道的行洪功能，因此新建防洪通道（箱涵）工程方案為目前具有實(shí)施可行性且投資最小的最佳方案。本次設(shè)計(jì)的清水河下段防洪通道恢復(fù)工程總長(zhǎng)1161m，箱涵為單孔箱涵，過(guò)水寬度4m，箱涵底坡均為3‰，部分地形變化段用跌水銜接；其中k0+305～k0+667段由于地形及其他因素限制，采用鋼筋混凝土管頂管施工，管內(nèi)徑3000mm，壁厚300mm，底坡均為3‰。

2.水文計(jì)算

清水河發(fā)源于雙龍鄉(xiāng)園寶山，全長(zhǎng) 10.4km，徑流面積11.6km2。清水河小流域?qū)賲T乏水文氣象資料地區(qū)之一，本次計(jì)算依據(jù)周邊與工程地暴雨成因基本一致的松華壩50、60年代以來(lái)的長(zhǎng)系列暴雨資料進(jìn)行洪水分析，各控制斷面洪水成果根據(jù)《昆明市羊腸小村城中村（昆曲高速以東片區(qū)）改造項(xiàng)目清水河局部置換工程洪水分析評(píng)價(jià)報(bào)告》中的洪水成果采用水文比擬法推求。盡管整治河道為清水河，但因清水河下游匯入金汁河后經(jīng)老李山分洪閘分洪后，一部分洪水由金汁河排泄，一部分分洪進(jìn)入盤龍江。清水河下段洪水位與金汁河洪水位關(guān)系密切，且開(kāi)辟新的排水通道后，清水河入金汁河口位置變更為現(xiàn)狀入口上游272m，須復(fù)核入口變更后對(duì)金汁河河道行洪能力的影響，故洪水分析內(nèi)容考慮金汁河和清水河兩部分。本次計(jì)算根據(jù)松華壩站歷年實(shí)測(cè)暴雨資料分析，源清水庫(kù)入庫(kù)洪水計(jì)算中其產(chǎn)流和匯流參數(shù)則根據(jù)實(shí)測(cè)資料并結(jié)合《云南省暴雨徑流查算圖表》綜合分析確定；源清水庫(kù)以下區(qū)間洪水考慮城市化對(duì)洪水量級(jí)的影響，其產(chǎn)匯流參數(shù)根據(jù)昆明城區(qū)河道實(shí)測(cè)雨洪資料分析的降雨徑流關(guān)系和匯流參數(shù)地區(qū)綜合公式計(jì)算，通過(guò)計(jì)算得出清水河50年一遇箱涵起點(diǎn)處洪水組合洪峰流量15.8m3/s，入金汁河口處50年一遇洪水組合洪峰流量 17.5m3/s。清水河治理后金汁河與清水河交口斷面～老李山分洪閘河段50年一遇洪峰流量均為40.3m3/s。

3.工程任務(wù)及規(guī)模

3.1工程任務(wù)及規(guī)模

本次河道改道工程主要是新建箱涵及涵管頂管工程，工程建筑物主要包括：箱涵、涵管、沉砂池、檢查井、攔污柵、跌坎。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》，項(xiàng)目區(qū)段防洪治理工程工程等別為小（二）型，建筑物級(jí)別為V級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)取50年一遇。

3.2河道洪水分析

水面曲線采用明渠恒定非均勻漸變流公式分段求和法推求。水面曲線計(jì)算公式為：

式中：△—上下游水位差（m）；Q—上下游斷面平均流量（m3/s）；K—上下游斷面平均流量模數(shù)，K=AC（RJ）0.5；△S—上下斷面距離（m）。局部水頭損失系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取0.5。

計(jì)算邊界條件：起推水位以該斷面50年一遇洪水位作為金汁河河道沿程洪水位的起始水位。清水河則以入金汁河口斷面金汁河50年一遇洪水位為控制。

控制斷面選擇：同一計(jì)算河段內(nèi)河道斷面形狀、底坡及糙率基本一致；每一段內(nèi)水位差不超過(guò)0.75m或上下游斷面間距不超過(guò)2km；支流匯入口處作為上、下游河段的分界；過(guò)水?dāng)嗝嫱蛔?、起控制作用的橋涵、閘壩等作為上、下游河段控制點(diǎn)。清水河河段則結(jié)合地形、道路標(biāo)高等因素進(jìn)行斷面選擇，共布設(shè)了21個(gè)控制斷面。

河道綜合糙率：參照有關(guān)水力學(xué)中同類護(hù)面的經(jīng)驗(yàn)糙率，河道綜合糙率取0.025。最后通過(guò)計(jì)算得出清水河下段新建防洪通道（箱涵）沿程洪水位分布示意圖，見(jiàn)圖1。

4.工程設(shè)計(jì)

4.1工程布置

本次整治起點(diǎn)為昆曲高速公路東側(cè)120m處，沿盤龍157號(hào)路往西南向至盤龍102號(hào)路后沿該道路布設(shè)于路面以下，穿昆曲高速后往西北，至101號(hào)路后沿101號(hào)路往西布設(shè)于該道路路面以下，下穿盤龍1號(hào)路和7號(hào)路后，于金汁河鉑金大道斷面上游約272m處匯入金汁河。

由于河道治導(dǎo)線沿線地形起伏較大，且受到用地空間的限制，斷面型式采用矩形箱涵（其中k0+305～k0+667為鋼筋混凝土管頂管）；斷面寬度考慮與上游已整治段相銜接，以4.0m為控制；對(duì)于河道底坡，考慮到新建河道屬于暗埋的地下箱涵，檢修難度較大，以0.003為控制。頂管段涵管內(nèi)徑采用3000mm，底坡為0.003。

4.2箱涵設(shè)計(jì)

箱涵根據(jù)河道水面線計(jì)算結(jié)果、箱涵平面及空間布置的綜合考慮，箱涵斷面分為4種斷面類型，斷面類型及箱涵斷面結(jié)構(gòu)尺寸如下：凈高為2m的過(guò)路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計(jì)算跨徑4.6m，側(cè)墻計(jì)算高度2.6m；凈高為2m的非過(guò)路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計(jì)算跨徑4.6m，側(cè)墻計(jì)算高度2.6m；凈高為2.7m的非過(guò)路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計(jì)算跨徑4.6m，側(cè)墻計(jì)算高度3.3m；凈高為3.1m的非過(guò)路段箱涵，頂板、底板和兩側(cè)邊墻厚300mm，橫梁計(jì)算跨徑4.6m，側(cè)墻計(jì)算高度3.7m。通過(guò)內(nèi)力計(jì)算，箱涵結(jié)構(gòu)尺寸能滿足承載力和正常使用的要求。箱涵采用C25混凝土，fc=11.9Mp，Ec=2.8×104Mpa；HRB400鋼筋，fsk=360Mp，Es=2.0×105Mpa。涵管采用壁厚為210mm的DN2400鋼筋砼管。endprint

4.3頂管設(shè)計(jì)

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)施工條件等要求，本設(shè)計(jì)采用頂管施工方案。頂管工作井內(nèi)凈尺寸：Φ9.6m，現(xiàn)澆C25砼鋼筋混凝土壁厚70cm，施工采取分層開(kāi)挖，逐層支護(hù)的辦法，每層澆筑后都形成一個(gè)閉合的環(huán)形結(jié)構(gòu)，井壁底部?jī)?nèi)力最大。

4.4沉砂池、攔污柵與檢查井設(shè)計(jì)

箱涵K0+001處每孔箱涵各設(shè)1道攔污柵，攔污柵采用柵條焊接，柵條橫向間距為10cm，橫向共設(shè)20條柵條，縱向設(shè)上下2條橫桿，橫桿間距75cm；箱涵K0+003處每孔箱涵各設(shè)1座沉砂池，每個(gè)沉砂池寬2m，長(zhǎng)3m，深度低于箱涵河底高程1m。沉砂池采用鋼筋砼澆筑，沉砂池后接1#檢查井，可通過(guò)1#檢查井進(jìn)行清淤。箱涵于樁號(hào)K0+007、K0+120、K0+240、K0+300、K0+675、K0+800、K0+920、K1+060處分別設(shè)1座檢查井，共設(shè)8座檢查井；檢查井用鋼筋砼澆筑，采用直徑為80cm的雨水井蓋，并沿井壁設(shè)爬梯。

5.結(jié)論

本次清水河下段防洪通道恢復(fù)工程采用箱涵及頂管施工技術(shù)，減少拆遷引起的影響居民生活以及對(duì)路面和其他配套設(shè)施的恢復(fù)及賠償。工程建成后，能解決清水河河道周邊的洪災(zāi)問(wèn)題，使土地資源能夠充分的得到整合利用，為周邊沿岸企業(yè)和人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)提供防洪安全保證，有利于促進(jìn)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。

工程建成后，為確保工程安全，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定，在工程保護(hù)范圍內(nèi)（即距工程小于50m內(nèi)）禁止從事深孔爆破、打井、鉆探、開(kāi)采地下水及其他可能危害工程安全的生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)。不得向河道中任意排放污水及生活垃圾，不得破壞工程結(jié)構(gòu)及其設(shè)施而影響本工程功能。應(yīng)嚴(yán)格按照河道水環(huán)境功能要求，加強(qiáng)對(duì)排污源的治理工作，保護(hù)水質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳宇明.淺談雙孔箱涵在城市內(nèi)河整治工程中的應(yīng)用[J].陜西水利，2012（6）：54-56.

[2]羅昊沖，苗原，曹景.頂進(jìn)箱涵的基坑布置與選擇[J].城市道橋與防洪，2012（9）：121-123.

[3]李軍偉.淺談箱涵施工中支撐與模板的質(zhì)量控制[J].陜西水利2013（4）：61-62.

[4]葛金科，李向陽(yáng).軟土地層管幕-箱涵頂進(jìn)施工新技術(shù)[J].城市道橋與防洪，2007（5）：40-48.

[5]黃福才，吳換營(yíng).ANSYS軟件在現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)計(jì)算中的應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技，2009（6）：308-313.

[6]陸明，朱祖熹，陳鴻.管幕法箱涵頂進(jìn)施工工藝的防水設(shè)計(jì)探討[J].中國(guó)建筑防水，2006（9）：39-42.

[7]李廣英，馬克，周峰.南水北調(diào)輸水箱涵混凝土入倉(cāng)方式的經(jīng)濟(jì)性分析[J].云南水利發(fā)電，2014（S1）：113-116.

[8]徐丹麗.東方渠明渠改箱涵設(shè)計(jì)[J]. 廣東水利水電2012（12）：68-71.endprint