余慶河普興河段生態(tài)護坡防洪堤設(shè)計

劉文達,白斌旭

(1.貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550002；2.西北農(nóng)林科技大學，陜西 楊凌 712100)

1 工程概況

余慶河為長江流域烏江水系烏江右岸的一級支流，發(fā)源于甕安縣螺絲山大坡一帶，經(jīng)黃平縣平溪鎮(zhèn)、余慶縣城和石阡縣河壩鄉(xiāng)后，匯入烏江。全流域集水面積1502km2，主河道長119km，總落差956m。普興段在一期河道治理工程中由于受投資限制，僅對河道左岸進行過治理，治理長度為1.4km，治理范圍為普興大橋上游0.565km及下游0.835km。其余河段兩岸為沖積沙灘及原始河坎未得到有效治理，河道未能形成封閉防洪體系，不能達到國家的防洪標準[1]，若遇洪水，必然對人民生命財產(chǎn)造成威脅。

根據(jù)河壩場鄉(xiāng)普興村地形及余慶河水系分布情況，治理工程以保護人口和農(nóng)田為主兼顧美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。按10年一遇洪水設(shè)防(設(shè)計最大流量1220m3/s)，對余慶河普興河段進行整治，提高防洪和行洪能力，保護農(nóng)田1.5萬畝，保護人口1.4萬人。

2 河段防洪現(xiàn)狀及治理措施

普興治理河段位于余慶河河壩場鄉(xiāng)，右岸為1.5萬畝現(xiàn)代高效精品水果標準生產(chǎn)示范園。兩岸多為天然土坎及沖積沙灘，河道內(nèi)有大量砂卵礫石及河漫灘，對河道行洪造成較大影響。另外，人類活動造成部分水土流失嚴重，河床抬高，局部河段形成倒坡，加之余慶河洪峰流量較大，積水排洪不暢，使得普興段不堪洪水重負，洪水時常淹沒兩岸田土，造成嚴重損失[2]。治理河段洪水淹沒、右岸天然土坎、左岸沖積沙灘等現(xiàn)狀，如圖1所示。

圖1 治理河段防洪現(xiàn)狀

治理河段未能形成封閉系統(tǒng)，兩岸大部分地勢較為平緩，無防洪堤保護[3]。而河道洪峰較大，每遇洪水大量洪水會直接流入兩岸農(nóng)田及居民家中。泥沙隨水流夾帶至下游河段，抬高河床。個別河段彎折、跨河交通橋行洪斷面較狹窄阻水，導致洪水向上游雍水嚴重。兩岸為山地高效農(nóng)業(yè)(扶貧)園區(qū)，由于汛期經(jīng)常遭受水患，嚴重影響園區(qū)的建設(shè)。整治河段從上游普興大橋處至下游印把山大橋段(M2～M15斷面)處于余慶河的中下游，在猴子巖至印巴山之間，兩岸開闊，多漫灘，對洪水束縛能力不強。河道現(xiàn)狀安全行洪能力見表1。

表1 治理河段各斷面安全行洪現(xiàn)狀

普興段治理工程主要是修建防洪堤和疏浚河道，將河道防洪標準提高到10年一遇，增強河道行洪能力，使洪水通暢排泄，以保護兩岸人口及農(nóng)田并兼顧美麗鄉(xiāng)村整體建設(shè)。防洪河道堤軸線基本上按照原河道的走向布置，不進行大挖大填，局部通過擴寬河堤以滿足設(shè)計寬度要求[4]。普興河段兩岸主要為農(nóng)田、民房、山地高效農(nóng)業(yè)(扶貧)園區(qū)，河道現(xiàn)狀寬60～150m左右。河岸農(nóng)田較多，且均分布在河道兩岸，目前河岸僅普興大橋下游左岸有一期防洪工程已建835m的防洪堤保護，其余河段均無防洪措施。河道內(nèi)垃圾、沖積砂礫石、淤積物嚴重阻礙河道行洪[5]。考慮盡量少占用農(nóng)田耕地和拆遷民房，以及集鎮(zhèn)規(guī)劃和農(nóng)田建設(shè)土地整治項目對河道景觀的要求，結(jié)合現(xiàn)有河床天然比降，設(shè)計確定河道堤距選為65～150m，采用格柵草皮生態(tài)護坡防洪堤治理方案。

3 生態(tài)式護坡防洪堤設(shè)計

余慶河治理工程普興河段長5.852km，設(shè)計河床寬度65～150m。結(jié)合治理河段地形地質(zhì)條件、防洪需求，充分考慮防洪規(guī)劃和環(huán)境美化需求，選取重力式防洪堤與生態(tài)式皮護坡兩種堤型進行比選。經(jīng)地形地質(zhì)條件適應性、工程布置、施工難易度、工程量及投資等多方面比較，生態(tài)式護坡不受基礎(chǔ)、地形適應性強，工程布置簡潔、施工簡單，相比重力式堤型有明顯優(yōu)勢[6]，且投資較重力式節(jié)省3745萬元，因此設(shè)計采用生態(tài)式護坡堤型。

3.1 堤身斷面型式

普興段防洪治理工程堤型為生態(tài)式護坡，堤身采用砂礫石碾壓填筑。在枯水位以上1.0～1.5m處設(shè)2.5m寬親水平臺，親水平臺以下采用格賓網(wǎng)護坡，坡比為1∶1.5，格賓網(wǎng)厚0.5m；基礎(chǔ)采用C15毛石混凝土，埋深1.5m，基礎(chǔ)底寬為1.2m；親水平臺以上采用C25鋼筋混凝土格柵草皮護坡，坡比為1∶1.5，C25鋼筋混凝土格柵結(jié)構(gòu)尺寸為0.3m×0.3m，堤高5.33～9.11m，堤頂寬2.5m，采用混凝土路面，厚0.2m，以滿足防汛、管理、施工、構(gòu)造要求。

格賓網(wǎng)采用鋼絲編織而成[7]，規(guī)格為6cm×8cm，鋼絲平均直徑為2.5mm，采用高鍍高爾凡防腐處理，最小抗拉強度為350～550N/mm2，最小斷裂延伸率不低于8%。網(wǎng)箱內(nèi)填石粒徑為70～150mm，空隙率不超過30%，要求石料質(zhì)地堅硬，強度等級MU30，比重不小于2.5t/m3，遇水不易崩解和水解，抗風化。堤身采用混凝土護柵格護坡，柵格采用C25鋼筋混凝土，斷面為30cm×30cm，單個柵格規(guī)格為1.6m×1.6m，柵格內(nèi)回填耕植土厚30cm，耕植土表面種植草皮，以滿足草籽種植、生長等要求[8]。堤身填筑材料為開挖砂礫石棄渣料填筑。同時，土堤迎水面原則上按100m的距離設(shè)置下堤踏步，以滿足河道兩岸居民用水及耕種取水要求，踏步采用C15混凝土順堤坡澆筑。生態(tài)式護坡堤型，其斷面型式如圖2所示。

3.2 堤頂超高計算

普興河段防洪堤為5級建筑物，防洪標準為10年一遇，汛期多年平均最大風速為10.5m/s，風區(qū)長度F為100m，平均水深d為5.0m，平均波浪高H為0.075m，平均波周期T為1.218m，波長L為2.32m。根據(jù)GB50286- 2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》，經(jīng)計算[9]：波浪爬高R為0.379m，壅水高e為0.00065m，安全加高A為0.3m，堤頂超高Y=R+e+A為0.68m，堤頂超高取0.70m。根據(jù)壩頂高程計算成果，普興河段生態(tài)式護坡防洪堤特征參數(shù)，見表2。

圖2 生態(tài)式護坡防洪堤典型斷面

樁號河底寬/m設(shè)計水深/m親水平臺高/m格柵護坡高/m防洪堤高/m設(shè)計比降ZX0+000.00～ZX0+900.00120～1504.961.73.965.660.714‰ZX0+900.00～ZX1+500.00100～1504.631.73.635.330.833‰ZX1+500.00～ZX2+800.001004.63～6.551.75.557.252.5‰ZX2+800.00～ZX4+300.00707.111.76.117.811.07‰ZX4+300.00～ZX5+852.0065～1508.411.77.419.111.33‰

3.3 堤坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)地勘材料分析知：河床砂礫石容重為20kN/m3，填筑砂礫石容重為21kN/m3，格賓網(wǎng)塊石容重為23kN/m3，松散砂礫石容重為20kN/m3。防洪堤堤高為5.33～9.11mm，堤身采用砂礫石碾壓填筑，基礎(chǔ)采用C15毛石混凝土。根據(jù)GB50286- 2013的規(guī)定[10]，當?shù)躺怼⒌袒鶟B透系數(shù)大于或等于1.0×10-3cm/s應進行堤坡滲流穩(wěn)定分析。計算工況組合為：工況①(正常工況)：臨水側(cè)為設(shè)計洪水位，背水側(cè)為相應洪水位；工況②(非常工況)：臨水側(cè)為設(shè)計洪水位，背水側(cè)為低水或無水；工況③(非常工況)：洪水降落時對臨水側(cè)堤坡最不穩(wěn)定情況。采用AUTOBANK7.4.1分析軟件，按瑞典圓弧法和簡化畢肖普法進行計算，計算成果見表3。

表3 臨水側(cè)堤坡安全系數(shù)計算結(jié)果

從表3可知：臨水側(cè)堤坡按瑞典圓弧法計算其最小安全系數(shù)為正常工況1.15，非常工況1.11均大于規(guī)范要求的[1.10]和[1.05]限值指標；按簡化畢肖普法計算其最小安全系數(shù)為正常工況1.28，非常工況1.25均大于規(guī)范要求的[1.20]和[1.10]限值指標。兩種計算方法計算得出，最小安全系數(shù)均滿足規(guī)程規(guī)范要求，防洪堤安全穩(wěn)定性較高且具有一定富裕。

4 結(jié)論

余慶河普興河段河道縱向坡較緩，兩岸為山地高效農(nóng)業(yè)(扶貧)園區(qū)農(nóng)田較集中，河道橫流沖刷凹岸淤積凸岸，河段不順直。加上長期無人治理，雖一期河道治理工程中修建部分防洪堤，但由于受投資限制，僅左岸1.4km河段完成防洪堤修建，其余河段兩岸多為沖積沙灘及原始河坎，未能形成封閉防洪體系。每遇洪水，大量洪水流入兩岸農(nóng)田及居民家形成較為嚴重洪澇災害。為與余慶河和河壩場鄉(xiāng)城鎮(zhèn)封閉防洪體系和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)相匹配，提高河段綜合防洪和行洪能力，設(shè)計采取修建格柵草皮生態(tài)護坡防洪堤和河道疏浚的治理方案。

(1)治理河段為從上游普興大橋處至下游印把山大橋段，綜合治理長度5.852km，河道清淤5.852km。新建防洪堤10.666km，其中：左岸防洪堤4.827km，右岸5.839km。

(2)按10年一遇洪水標準進行防洪堤設(shè)計，堤線按原河道走向布置，采用格柵草皮生態(tài)護坡防洪堤堤型，堤頂超高采用0.70m，設(shè)計堤頂寬2.5m，堤身采用混凝土柵格護坡。

(3)對新建防洪堤的堤頂高程和整體穩(wěn)定性進行計算分析，成果表明：生態(tài)式護坡防洪堤整體結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)均滿足規(guī)范要求，可為河道治理工程防洪堤設(shè)計提供一定參考。