阿克蘇市良種場庫庫瓦什防洪工程橫斷面設計

魏 澤

（阿克蘇地區水利水電勘測設計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000）

阿克蘇市良種場庫庫瓦什防洪工程橫斷面設計

魏 澤

（阿克蘇地區水利水電勘測設計院有限公司，新疆 阿克蘇 843000）

在進行阿克蘇市良種場庫庫瓦什防洪工程橫斷面設計時，必須綜合考慮土的滲透變形判別、管涌允許水力比降，并且應符合經濟實用、因地制宜、就地取材的原則，并應滿足防汛和管理要求、河道泄洪要求，保證水流暢通、水面平順銜接等。筆者根據防洪工程實際并結合自己多年工作經驗，從上述幾個角度探討了防洪工程橫斷面的設計。

良種場；防洪工程；橫斷面；設計

1 概述

1.1 工程概況

阿克蘇市良種場庫庫瓦什防洪工程位于良種場境內，阿克蘇河流域上游河段，距阿克蘇市8km，地貌上處于南天山山地與塔里木盆地北西緣交合處。測區地勢總的輪廓是北高南低，高處為中、低山丘陵，低處為阿克蘇河沖洪積平原。本工程設計防洪標準為20年一遇，通過水文分析可知，工程場址設計洪峰流量為2471m3/s。

本工程的建設任務是在滿足河道行洪斷面面積的基礎上，沿現狀河坎或已建土堤通過局部的裁彎取直，重新布置并新建永久性防洪工程，新建防洪堤3.70km，從根本上解決洪水對該段河道左岸阿克蘇市良種場耕地、居民及基礎設施的威脅，減輕沿岸居民及管理單位的防洪負擔，同時最大限度的減少該段河道水土流失現象。

1.2 設計洪水位的確定

本工程設計防洪標準為 20年一遇，通過水文分析可知，工程場址設計洪峰流量為 2471m3/s。按照各設計斷面水位～流量關系，各斷面在設計洪水流量為2471m3/s時所對應的設計洪水位高程見表1。

表1 各斷面設計洪水位統計表

根據計算結果，并結合現場實際調查的洪水位高程及現有堤防高程等各方面因素，經綜合考慮分析，擬定本工程堤防設計水面線起點及終點高程分別為：1076.35m和1072.65m，其設計縱坡為1/1000。

2 防洪工程橫斷面設計

2.1 橫斷面設計考慮的因素

2.1.1 土的滲透變形判別

防洪工程基礎巖土主要為級配不良礫。根據地基土的顆分曲線判定，級配不良礫為不均勻系數大于5的不連續級配土，對于不均勻系數大于5的不連續級配土采用下列方法判定滲透穩定：

Pc≥35%為流土；

25%≤Pc＜35%為過度型；

Pc＜25%為管涌。（適用于不均勻系數大于5，不連續級配土）

下面對基礎巖土進行滲透穩定評價：

Pc值對應的粒徑，查地基土的顆分曲線求得：

級配不良礫：

故而，基礎卵石混合土、級配不良礫的滲透破壞形式為管涌。

2.1.2 管涌允許水力比降計算

管涌臨界水力比降采用公式：

安全系數取值為 2。級配不良礫： d5= 0.50mm，d20=3.20mm，n=0.18，Gs=2.70。

經計算，

通過計算基礎滲透破壞形式為管涌，建議堤后基礎浸潤線允許逸出比降為0.19，進行橫斷面設計時應充分考慮上述參數。此外堤身結構應符合經濟實用、因地制宜、就地取材的原則，并應滿足防汛和管理要求；滿足河道泄洪要求，水流暢通、水面平順銜接。

2.2 橫斷面結構型式選擇

本工程堤防橫斷面擬采用梯形斷面，筑堤材料的選擇按照就地取材的原則，堤身采用砂卵礫石填筑，砂卵礫石土堤填筑相對密度要求不小于0.75。根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）要求，工程級別為3級及以下堤防的堤頂寬度不宜小于3m，考慮今后運行管理的要求，本工程堤頂寬度擬定為4m寬。

通過許多已建工程的設計及實踐經驗，本區域常用的堤防型式有兩種，分別是斜插板基礎型式和重力式擋土墻基礎型式。因重力式擋土墻基礎型式土方的開挖量較大，同時耗費混凝土量較大，考慮到盡量節省工程資金，因而本工程的堤防橫斷面型式擬定為斜插板基礎型式。

在選定采用斜插板基礎型式后，按照基礎底部護砌材料不同及基礎下深深度不同，本工程擬定了三種方案進行比選。

2.2.1 方案一：混凝土斜插板基礎+塊石格賓籠水平鋪蓋

堤防迎水面為現澆C20混凝土板襯砌，其中設計水面線以上采用15cm厚現澆C20混凝土板，設計水面線以下采用20cm厚現澆C20混凝土板，邊坡系數均為1∶1.75，混凝土斜插板底部為0.50m× 0.60m的C20混凝土阻滑墻，阻滑墻頂部設0.50m厚，7.50～11.50m長的塊石格賓籠鋪蓋（其中1.50m作為混凝土斜插板根部鋪蓋），并在塊石格賓籠下鋪設無紡布一層。回填高程以下混凝土斜插板基礎總下深為3.00m。其設計橫斷面見圖1。

2.2.2 方案二：混凝土斜插板基礎+拋石護砌

堤防迎水面為現澆C20混凝土板襯砌，其中設計水面線以上采用15cm厚現澆C20混凝土板，設計水面線以下采用20cm厚現澆C20混凝土板，邊坡系數均為1∶1.75，混凝土斜插板底部為0.50m× 0.60m的C20混凝土阻滑墻。并在現澆C20混凝土板襯砌上設置2.00～3.50m厚的拋石護砌，拋石護砌頂部護至設計水面線以下0.50m，外邊坡系數1∶1.75。回填高程以下混凝土斜插板基礎總下深為3.00m。其設計橫斷面見圖2。

2.2.3 方案三：混凝土斜插板基礎

堤防迎水面為現澆C20混凝土板襯砌，其中設計水面線以上采用15cm厚現澆C20混凝土板，設計水面線以下采用20cm厚現澆C20混凝土板，邊坡系數均為1∶1.75，混凝土斜插板底部為0.50m× 0.60m的C20混凝土阻滑墻。回填高程以下混凝土斜插板基礎總下深為5.00～7.00m。其設計橫斷面見圖3。

2.3 橫斷面型式方案比較

根據以上三種橫斷面設計方案的描述，通過堤防的穩定性及整體性、抗沖刷性、施工難易程度及經濟合理性等各方面的綜合比較，來確定適合本工程實際情況的橫斷面方案。

設計橫斷面方案比較過程見表2。

圖1 方案一：混凝土斜插板基礎+塊石格賓籠水平鋪蓋

圖2 方案二：混凝土斜插板基礎+拋石護砌

圖3 方案三：混凝土斜插板基礎

對“混凝土斜插板基礎+塊石格賓籠水平鋪蓋”、“混凝土斜插板基礎 +拋石護砌”及“混凝土斜插板基礎”三種橫斷面設計方案的各方面進行綜合比較：方案一、三的整體性、穩定性及抗沖刷性能均較好；方案一施工進度較慢，但質量易于控制，方案二施工質量難以把握，方案三施工難度較大；方案一、三的運行維護簡單且費用較低，方案二運行維護費用較大；在經濟合理性上方案一最為經濟。

綜合以上各方面因素，本工程擬定選用方案一（“混凝土斜插板基礎 +塊石格賓籠水平鋪蓋”方案）作為本工程的堤防橫斷面型式。

表2 堤防設計橫斷面型式方案比選

3 結束語

防洪工程屬于社會公益事業范疇，無財務收益，而橫斷面數據是水利工程建設的主要成果資料，橫斷面數據收集與處理是橫斷面設計中的一項重要工作內容，橫斷面設計直接關系到防洪工程的整體效益。在本防洪工程三個方案的比選過程中，筆者主要從堤防整體性、基礎穩定性、抗沖刷性能、施工難易程度及運行管理維護等方面進行了橫斷面方案的比較，最終選定了混凝土斜插板基礎+塊石格賓籠水平鋪蓋的方案，對于類似工程具有一定借鑒意義，本工程唯一的不足之處是尚未采用先進的軟件繪制并自動生成斷面數據和斷面圖，大大增加了橫斷面數據收集及整理過程中的工作量。

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TV87

B

1672-2469（2017）02-0133-04

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.040

2016-05-24

魏 澤（1984年—），男，工程師。