巢湖市柘皋河防洪治理工程的河道設計研究

◎何沖

城市近些年發展的十分迅速，環保、生態等概念逐漸地映入到人們的眼簾，當前對于河道的治理工程已經跳出了初級化階段，一方面河道的建設要達到一定的防洪排澇功能，另一方面對于河流周圍的生態系統建設也要給予足夠的重視程度，將其打造成為城市發展的綠肺。

一、工程概況

柘皋河位于巢湖市境內，全長約24km，流域總面積518.24km2垾。流經柘皋鎮、中鎮、夏閣鎮至巢湖市匯入巢湖。這篇文章所舉的項目實例位置在安徽省巢湖市，主要河流為柘皋河支流金平河及金平河支流孔村支流。項目區金平河防洪能力低下、生態系統脆弱，亟需進行河道綜合整治。工程主要治理項目有：護坡護岸工程、河道疏浚工程、建筑物工程（堰壩、橋）等。為滿足本工程實施方案設計、招標及施工圖設計階段深度要求，需查明工程范圍內的工程地質及施工區域的地質條件，找出該地區出現的地質問題，從而為工程設計提供更加科學的資料。

二、工程總體布置

本次金平河河道治理工程實施的主要內容為清淤、護岸護坡整治工程、堤防工程、防汛道路、涵閘工程、橋涵工程、泵站工程，適時地對河道進行清淤，可有效地保證過水斷面，降低洪水位。通過本項目的實施，為沿河地區城市建設和社會主義新農村建設提供防洪排澇的安全保障，創造優美的生態環境提供有效支持。該實例工程主要包括的施工內容有河道清障、岸坡整治等相關工程。

三、河道工程設計

1.河道岸線總體布置。

岸坡整治盡量保持河流的自然形態，充分利用現有護岸，現狀完好的予以保留，對護岸破損嚴重的予以修復，現狀無護岸的新建護岸，在部分地段栽種當地品種的植物進行護岸；河道兩岸增加植物措施。在適當的位置布置親水設施，方便群眾的生產、生活。本工程擬整治河道為柘皋河金平河段，各治理河段岸線應結合河道現狀進行布置。

2.護岸型式選擇。

該工程所采用的護坡類型是混凝土砌塊模式，該模式主要適用于河流情況為中小水流。通過水流對其產生的作用，能夠保持良好的穩定性；利用其所具有的高開孔率能夠使河水的流速得到有效的降低，使流體壓力得到一定程度的減少，從而更好的將排水能力進行提高，對于其開孔部分不僅能夠起到排水的作用，而且還能夠進一步的提升植被覆蓋面積，對環境產生一定的美化作用。結合本工程實際情況，本次設計擬采用的岸坡結構型式主要為連鎖式混凝土砌塊護坡和草皮護坡。

3.岸坡設計。

本次設計擬采用的岸坡結構型式主要為連鎖式混凝土砌塊護坡和草皮護坡。這種護坡通常情況下在河道迎流頂沖段應用的比較廣泛，聯鎖式生態砌塊厚度120mm，混凝土強度等級為C20，壓頂、鎮腳混凝土強度等級為C20，護砌頂部高程平20年一遇洪水位。護岸結構圖見下圖：

圖1 聯鎖式生態混凝土砌塊護坡+草皮護坡

4.護岸設計計算

（1）沖刷深度計算。

本工程項目區河道護岸沖刷深度最大在0.8m左右，護岸基礎進入土層的埋深應不小于0.8m，本工程設計固腳尺寸0.8m*1.0m，滿足抗沖要求。

（2）科學的計算邊坡所具有的穩定性。

根據相關工程的設計規范要求，計算堤坡的穩定性分為兩個階段，一個是穩定的滲流期，另一個是水位降落期，當河水的水位處于驟降期，通過進行科學的計算得出，將可能出現的各種工況考慮進去后，計算下斷面所具有的抗滑穩定系數全都超過了規定的最小穩定系數，達到了相關規范的標準要求。

四、堤防工程

1.堤頂高程確定。

根據堤防所在河道斷面特征和河道灘地分布及本地的氣象資料等，通過科學的計算后，風浪需要進行爬高為，由于風壅增水的高度十分小，一般忽略不計?？紤]到4級堤防的安全加高后，堤防安全超高需0.896m，所以這次對于安全堤防的設計超高需要達到1.0m，即堤頂設計的高程需要增加1.0m。

2.堤身加固設計。

根據堤防相關設計規定的要求，3級以下堤防頂端的寬度最好要超過3.0m。本次設計考慮到堤頂交通、汛期搶險等因素，確定堤防加固設計堤頂寬度為5.0m。根據類似工程經驗、地質條件及工程現狀，堤防內、外側邊坡均選用1：2。由于擬進行堤防加固河段兩岸均無灘地，堤防加固不能減小河道的行洪斷面，另外，堤身內培有利于堤防施工早期的穩定，因此，采用內培方式對堤身進行相應的加高處理。堤身加培的標準斷面從迎水側最小的有效斷面外邊線向內推定，并考慮到堤線的順直，超出的部分一般不削坡；堤頂欠高0.3m以下的一般不加高；設計堤頂高程處現狀堤寬大于5.0m的不予培厚。在對堤防進行加培的過程中必須要提前將結合面的雜物進行清理，將表面存在的浮土、草皮等相關雜物進行清理干凈，通常情況清理的厚度要達到0.3m，原則上清至原狀土。清基范圍應超過邊線以外至少0.5m，清基面應修成緩坡，再填筑新土，碾壓夯實。迎水側堤身加高加寬培厚所用土料通常使用的是粘土、壤土等；背水側堤身加高加寬培厚所用土料可采用砂壤土或輕粉質壤土。填筑時均應嚴格控制含水量，盡可能為最優含水量，并分層碾壓密實。根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013），4級堤防要求堤身的壓實度不低于0.91。

五、穿堤涵閘工程

1.穿堤涵閘結構設計。

這次堤防治理工程已經對6座建筑物建立了相應的穿堤，因為年久失修，結構老化嚴重，普遍存在涵長偏短、滲漏等現象，本次工程擬對其進行拆除復堤，另外為滿足各圩區的排澇要求，沿治理段堤防需新建4座穿堤涵閘。設計穿堤建筑物所具備的防洪標準要達到4級。工程區內各穿堤涵閘具體設計參數如下表所示。

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新建涵閘軸線應與堤線正交，考慮到涵閘地基的地形地質條件并節省工程量，利用已有的灌排渠系、盡量減少工程投資和挖壓占地面積，各涵閘在現規劃排區出水溝位置建設。利用規格為C25的鋼筋混凝土進行相應的穿堤涵閘，底板所具備的高程由上下游渠溝條件及原底板高程綜合確定，洞徑由排澇流量及相應的上下游水位差來確定。

2.穿堤涵洞結構設計。

本工程共有一座穿堤涵洞，名稱為李坎穿堤涵洞，位于金平河主河道處，因金平河主河道與其支溝因新建堤防隔斷，所以在堤防中將穿堤涵洞進行相應的埋設能夠使水流更便于進行流動。

綜合考慮到施工拆模等因素，設置的涵洞尺寸規格如下：寬度與高度的規格為，長度達到21.96m，箱涵壁與底板厚度要達到0.4m，墊層采用的是混凝土。

（1）箱涵結構計算。

為了保證頂板、邊墻等設施的厚度達到規范標準要求，而且還需要考慮到其經濟性，這就需要適度的控制結構配筋含鋼率的大小，科學的計算出涵洞的具體數值。在對其進行計算的過程中要充分的考慮到邊載所產生的影響，根據等效剛度原理適當的將下部結構進行相應的簡化處理。荷載的計算主要有：地基反力、外水壓力等。查《取水輸水建筑物叢書（涵洞）》中的有關內容，對于李坎穿堤涵洞，按照土壓力計算側向所產生的水平土壓力。具體的計算公式為：

考慮防汛道路的通車要求，按四級公路考慮，設計荷載為公路Ⅱ級。從李坎穿堤涵洞內力計算成果表結果可以看出，由于穿堤涵洞尺寸較小，控制截面含鋼率均是由最小配筋率控制，結構強度滿足要求。

六、泵站工程設計

1.站址選擇。

金平站為抽排的站涵分離式泵站，根據站區地形、進出水、電源、交通布置等工程現狀，參照以往經驗，在總體方案上確定采用較優的正向進水布置型式。

金平站為堤內排澇站，考慮到利用原有池塘，泵站選在K1+900樁號處建設。金平排澇站，排澇面積0.104萬畝，0.42m3/s。詳細的設計參數如表3所示

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2.總體布置。

金平站位于金平河左岸，泵站采用堤后干室型正向進水，正向向出水布置，布置有進水池、泵房、和出水U形槽等建筑物。下面將本次設計按軸線布置描述如下：

（1）進水池。

泵站進水池為現狀天然水塘，由于水塘多有淤積，現對水塘塘底進行清淤、塘邊進行C20混凝土護砌并在塘底臨近泵房位置做長為9.9m的C20混凝土護底，護底厚300mm。

（2）泵房。

泵室為堤后干室型鋼筋砼結構，采用戶內式結構設計，采用半埋式對泵站的廠房進行了相應的設計，主要分成了兩層結構，設計的平面尺寸達到了12.40m×9.00m，并且設計了11.50m的基礎水泵頂高程，同時設計了11.60m的室外地面高程，泵房為混凝土框架結構。檢修層為梁板結構，與墩墻整體澆筑，層面高程為12.77m，由4根0.35m×0.35m立柱支撐于泵房底板上，為安全及起見，于檢修層外沿設鋼欄桿，并在靠近泵房大門側設鋼爬梯由檢修層通向水泵層。

（3）U形槽。

水泵出水管穿過金平河左側堤防，順接C25鋼筋砼混凝土U形出水槽，出水槽底板厚0.5m，凈寬4.5m。金平站縱剖面見下圖5-4。

圖2 金平站縱剖面圖

七、結論

項目實施后除能產生防洪效益外，還將產生巨大的社會和生態效益，并具有潛在的經濟效益。該工程施工完成后，能夠有效的抵御洪水的侵襲，降低該地區受到洪災破壞的損失，從而更好的保障當地人民生活的安定和諧。同時，還能夠實現對水生態環境的整體改善，使河流得以健康持續的流淌，從而更好的使水生態系統保持良性循環。