榆中縣夾溝洪道橫斷面設計與優化的應用研究

周 杰

（蘭州市城市建設設計院，甘肅 蘭州 730030）

1 溝道概況

榆中縣夾溝河發源于分豁岔，經后孫家莊、劉家橋村、金家圈、三角城、魏家圈、王家營、高墩營，在夏官營處與小夾溝交匯，最后匯入宛川河。夾溝河流域范圍為經五路（棲云北路）以西上游段，溝道全長6.5 km，流域面積8.68 km2，溝道比降48‰，地表為黃土丘陵區，見圖1。現狀溝道為不規則的天然溝道，局部沖刷嚴重，整體地形西高東低。

圖1 榆中縣夾溝河設計示意圖

根據蘭州市城鄉規劃設計研究院編制的《榆中縣中心城區控制性詳細規劃》，夾溝河防洪標準采用100 a 一遇標準，堤防工程等別為Ⅱ等，主要建筑物等級為2 級，次要建筑物等級為3 級[1]。依據《榆中縣中心城區控制性詳細規劃》提供的藍線線位，對溝道進行了改移，故本次溝道為臨時性防洪工程。為保證相交道路路基安全，夾溝河防洪標準采用100 a一遇標準，防洪建筑物級別為4 級。

2 水文計算

2.1 設計洪水流量

根據公路研究所經驗公式、交通部公路研究所經驗公式Ⅰ、交通部公路研究所經驗公式Ⅱ和公路研究所暴雨徑流簡化公式計算[2-4]，可以得知各種計算方法下的夾溝河100 a 一遇洪水流量，詳見表1。

表1 各種公式計算及調查資料對應設計洪水流量

從表1 可以看出，夾溝河采用公路研究所經驗公式計算結果偏大，而采用交通部公路研究所經驗公式Ⅰ、交通部公路研究所經驗公式Ⅱ和公路研究所暴雨徑流簡化公式計算結果較為接近。綜合考慮，夾溝河100 a 一遇洪水流量取120.22 m3/s 作為設計流量。

2.2 河寬確定

（1）穩定河寬

穩定河寬采用水流阻力公式、連續方程和河相關系式聯立求解，計算得到甘草鎮穩定河寬B=18.2 m。具體參數見表2。

表2 穩定河寬計算成果

（2）治理河寬

根據《榆中縣中心城區控制性詳細規劃》中藍線規劃，本次治理河寬確定為20 m。

3 溝道橫斷面優化設計

夾溝河設計洪水流量對應的水深可以根據謝才－曼寧公式計算。

溝道設計為倒梯形斷面：底寬14.75 m，邊坡坡率1∶0.75，溝道深3.5 m，頂寬20 m。溝頂兩側設置防護欄桿和傍溝道總寬2.0 m。夾溝河溝設計100 a一遇洪水流量為120.22 m3/s，溝底采用C 25 鋼筋混凝土護砌。降低糙率后，取1/n=40。根據謝才-曼寧公式進行計算，水位高度為2.3 m，洪水設計流速為3.2 m/s。

根據各河段水深、波浪爬高、風壅高度確定項目區河段河堤高度深泓線以上3.5 m。通過計算各河段平均水深、平均流速和波浪爬高、風壅高度、堤頂高度的結果，設計左右岸河堤縱橫斷面見圖2。

圖2 設計左右岸河堤縱橫斷面

4 生態防護

溝道斷面護砌兩側均采用六棱塊生態植草防護，護坡坡率為1∶1.5。六棱塊采用C 20 混凝土澆筑，厚度8 cm。六棱塊護坡頂底設M 7.5 漿砌片石封頂和護腳，護腳基底寬度為64.89 cm。漿砌片石護腳和加固條每隔10 m 設置一道伸縮縫，縫寬2 cm 用瀝青麻絮填塞。六棱塊植草防護后采用素填土，填土壓實度采用道路路基相應壓實度標準。護面墻每10 m設置伸縮縫一道，縫寬2 cm，采用聚乙烯閉孔板填縫，聚氯乙烯膠泥封口。格柵間連接時，接觸面先抹一層水泥砂槳，然后將10 cm 長φ25 鋼筋插入預留孔中，再用水泥砂槳將縫隙全部填平。預制塊坡面施工后，應及時種草。植草品種按道路綠化設計相應標準執行。六棱塊坡面設置流水槽，排除坡面雨水，并通過傍洪道上及壓頂預留出水口處引排入溝道內。

5 工程重點與難點

由于挖方較大，應清除濕陷性黃土，護面墻基底以下采用150 cm 厚天然砂礫換填，并分層夯實。

護面墻應采取分段施工的方式，挖方段護坡基坑坑壁開挖邊坡按1∶0.5 坡率開挖，盡量不要超挖回填；墻趾背面應按開挖后的坡面砌筑墻趾，砌筑后再回填。填方段應先按照護面墻背坡坡率灑水至最佳含水量后分層夯填砂性土，并超填50 cm 后削坡，以保證坡面的壓實度。在基礎施工完成后，應及時回填夯實，并做成外傾斜坡，以免積水下滲，影響墻身穩定。填方段施工中應確保護面墻基礎的整體強度和承載力。

6 結語

針對榆中縣夾溝洪道設計，對比分析水文計算4種經驗公式，綜合考慮，夾溝河100 a 一遇洪水流量取120.22 m3/s 作為設計流量，擬定穩定河寬和治理河寬分別為18.2 m 和20 m，并在此基礎上進行了結構優化。結合工程特點，采用六棱塊生態植草防護，總結并分析了護面墻施工的重點與難點。。