烏蘇市新城南區(qū)防洪工程防洪堤設(shè)計探討

亞生江·阿布德熱合曼

（烏蘇市興源水務(wù)有限公司，新疆 烏蘇 833000）

1 工程概況

烏蘇市位于新疆維吾爾自治區(qū)北疆腹地，準(zhǔn)噶爾盆地西南緣，其東南西北四界依次為與克拉瑪依市、奎屯市、沙灣縣、和靜縣、尼勒克縣、托里縣7 個縣市為鄰，南北寬220 km，東西長180 km，面積16443 km2，是北疆鐵路、312 國道、奎賽高速公路的重要交通樞紐。烏蘇市南區(qū)屬城市發(fā)展新規(guī)劃區(qū)域城市建設(shè)，根據(jù)規(guī)劃局提供數(shù)據(jù)，新建南區(qū)總面積109 km2，本次防洪工程主要是解決南區(qū)上游洪水對南區(qū)形成洪水威脅的防洪工程，工程項目區(qū)位于烏蘇市312 國道以上，奎屯河河道管理處路口以西，西大溝鎮(zhèn)東邊。

新城南區(qū)防洪工程總長度18.3 km，主要建筑物防洪堤一道8.1 km，泄洪渠一道10.3 km，漫水橋2 座，交通橋2 座，防洪堤工程起點為城市南區(qū)依希根烏拉山北側(cè)，由東向西以洪溝東側(cè)300 m 處為起始點，樁號0+000～8+100 采用防洪堤的形式，泄洪渠8+100 為起點向北，將洪水導(dǎo)入南區(qū)規(guī)劃邊界外，通過排洪渠，穿越烏蘇市養(yǎng)殖小區(qū)東側(cè)，中哈石油管道，奎賽高速公路，北疆鐵路，最后連接到狼娃子溝泄洪渠。

2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)地層區(qū)劃屬準(zhǔn)噶爾盆地分區(qū)的瑪納斯小區(qū)，主要以第四系的洪積- 沖積沉積成因組合類型為主，工程區(qū)處于南部構(gòu)造帶和北部準(zhǔn)噶爾盆地兩構(gòu)造單元之間，距南山山前大斷裂和托克斯臺斷裂兩個繼承性活動斷裂分別為38 km 和36 km。南山山前大斷裂走向近東西，逆斷層，長度100 km 以上，向南傾角70°，托克斯臺斷裂走向近東西，逆斷層，長26 km，斷層面陡傾，切穿中生代地層。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（2001 年版），本區(qū)地震動峰值加速度為0.15g，處于地震基本裂度Ⅶ度區(qū)。

烏蘇市市區(qū)地層屬第四系上更新統(tǒng)- 全新統(tǒng)洪積堆積物，新城南區(qū)防洪堤沿線地基表層為低液限粘土夾有礫石，地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單，表層土厚0.5 m～2.0 m，天然含水量Q（W）為12%，天然密度（ρ）為1.71 mg/cm3，干密度（ρd）為1.52 mg/cm3，比重（Gs）為2.71，孔隙比（e）為0.85，液限（WL）為28%，塑限（Wp）為14%，凝聚力為（L）為19.0 kPa，內(nèi)摩擦角為26°，該層低液限粘土的允許承載力180 kPa。低液限粘土下覆砂卵（礫）石層為主，其厚度大于15 mm，巖性以青灰色卵石為主，透水性強(qiáng)，厚度大，結(jié)構(gòu)密實，干燥，磨圓度較好，呈亞圓形，內(nèi)磨擦角為32°，允許承載力320 kPa，滲透系數(shù)大于50 mm/d，地下水埋深在5 mm～19 mm 左右，對工程影響不大。

3 防洪堤工程設(shè)計

防洪堤工程將南區(qū)最上游的洪水?dāng)r截后在南區(qū)規(guī)劃邊界外通過排洪渠將洪水導(dǎo)入至烏蘇市養(yǎng)殖小區(qū)東側(cè)的泄洪溝內(nèi)，最后匯入到狼娃子溝排洪。

防洪堤工程全長18.4 km，工程新建防洪堤斷面形式為斜坡式土堤，壩頂寬5 m，迎水面坡度為1∶2，背水面坡度為1∶2，壩高2 m～4 m。迎水面鋪30 cm 戈壁墊層，墊層上鋪3 m×3 m×15 cm（長×寬×厚）的C20 現(xiàn)澆混凝土板，板間分縫采用厚2 cm 高壓閉孔板，頂部40 cm×10 cm（寬×厚）壓頂，底部設(shè)寬60 cm、高1 m 的C20 混凝土阻滑墻，總長8.1 km。泄洪渠斷面形式梯形斷面，土渠，底寬15 m，渠深1.5 m～2.3 m，邊坡為1∶2，泄洪渠每500 m 設(shè)一道防沖隔離墻，總長10.3 km。

3.1 堤身填筑材料

防洪堤堤身填筑料主要利用開挖土料，并應(yīng)達(dá)到《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）及工程設(shè)計要求。土料均可就近5 m～20 m 內(nèi)挖取，根據(jù)實地調(diào)查，該區(qū)域主要為礫砂、砂土組成，符合填筑要求，其余洪溝回填土料采用挖方土即可。

3.2 堤身斷面

根據(jù)水文資料，防洪堤的設(shè)計過水流量20 年一遇Q＝53.3m3/s，校核流量50 年一遇Q＝86.23 m3/s，城市防洪堤自東向西以洪溝東300 m 處為起始點。防洪堤開挖土方全部堆放于北側(cè)，斷面形式為斜坡式土堤，壩頂寬5 m，迎水面坡度為1∶2，背水面坡度為1∶2，壩高2 m～4 m，迎水面鋪30 cm 戈壁墊層，墊層上面鋪3 m×3 m C20 現(xiàn)澆混凝土板，底部設(shè)60 cm 寬1 m 高C20 混凝土阻滑墻，防洪堤粘性土填筑標(biāo)準(zhǔn)按壓實度確定，粘性土的壓實度0.90；無粘性土的填筑標(biāo)準(zhǔn)按相對密度確定[1]，砂礫料壓實后的相對密度≥0.65。各段洪溝沖刷深度及過洪能力復(fù)核計算見表1。

表1 防洪堤沖刷深度成果表

3.3 堤身穩(wěn)定分析

烏蘇市新城南區(qū)防洪堤為新填筑土堤，迎水面鋪30 cm 戈壁墊層，墊層上鋪C20 現(xiàn)澆混凝土板，底部設(shè)寬60 cm、高1 m的C20 混凝土阻滑墻，防洪堤粘性土填筑標(biāo)準(zhǔn)按壓實度確定。按臨水側(cè)設(shè)計洪水、背水側(cè)無水工況選取新城南區(qū)堤身高度最大的樁號3+400-3+620 堤身斷面背水坡滲流出逸比降計算結(jié)果見表2。

計算公式如下：

式中：q 為單位寬度滲流量，m3/（s·m）；K 為堤身滲透系數(shù)，m/s；H1為上游水位；H2為下游水位；ho為下游出逸點高度；m1為上游坡率；m2為下游坡率。

堤身平均比降：

表2 典型斷面3+400-3+620 堤身背水坡最大滲透坡降計算結(jié)果

由上述式（1）、式（2）、式（3）計算得Jmax為0.23，根據(jù)計算結(jié)果可知，新城南區(qū)堤身高度最大的樁號3+400～3+620 典型斷面Jmax＜J允，堤身滲流穩(wěn)定滿足《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）及工程設(shè)計要求，無需進(jìn)行堤身防滲處理。

3.4 堤防填筑

在堤防上料前，先對其清基底面進(jìn)行碾壓，然后采用挖掘機(jī)挖裝，自卸汽車?yán)\，推土機(jī)整平，13.5 t 凹凸振動碾碾壓。在施工現(xiàn)場，根據(jù)碾壓設(shè)備進(jìn)行試驗，按最優(yōu)組合確定每層鋪筑的厚度及碾壓遍數(shù)。堤防上料采用進(jìn)占法，順堤進(jìn)行。鋪填作業(yè)從最低處開始，按水平層次進(jìn)行，作業(yè)面應(yīng)均衡上升，以減少施工接縫。每層碾壓完成及時取樣試驗，達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)監(jiān)理鑒定認(rèn)可后，方可鋪筑上一層，堤體的填筑上下層結(jié)合面之間先灑水，濕潤均勻，無積水，無空白，刨毛深度、密度符合設(shè)計，土堤土料的粘粒含量、粒徑、含水量等符合設(shè)計要求，及時平料、撿除草根，表面平整均衡上升。

4 結(jié)論

防洪堤工程布置與設(shè)計直接關(guān)系到防洪堤防工程建設(shè)運行的效果，為充分發(fā)揮防洪堤工程防洪保障作用，必須加強(qiáng)工程設(shè)計，確保防洪堤工程質(zhì)量。新城南區(qū)南部永久性的（規(guī)劃防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年）防洪堤的修建對于園區(qū)南部各洪溝洪水的攔截以及園區(qū)內(nèi)暴雨產(chǎn)生洪水的防范起到了積極作用，南區(qū)防洪堤工程運行以來，抵御洪水災(zāi)害的能力大大提高，有效保證了烏蘇市城區(qū)居民的安全。