六洞河巴王段治理工程堤型選擇

劉榮陽

（貴州省水利水電工程咨詢有限責任公司,貴州 貴陽 550081）

三穗縣地處云貴高原向湘西丘陵過渡的斜坡地帶,六洞河從西到東橫穿三穗縣,是三穗縣的“母親河”。隨著經濟、社會的發展,三穗縣城區向南和向東拓進,城市規模不斷擴大。與此不相協調的是,縣城東部下游巴王段河道防洪建設不完善,防洪能力低。因此對于三穗縣六洞河巴王段的河道治理,需要結合縣城總體發展規劃,以防洪工程為主,在保證行洪安全的前提下考慮與周圍環境及生態景觀相協調。本文以六洞河巴王段為例,研究探討河道治理工程因地制宜各河段采用不同堤型斷面形式[1],同時也可為類似工程設計提供參考。

1 工程概況

六洞河為清水江一級支流,全流域面積2070 km2,干流河長179 km,平均比降2.47‰。六洞河巴王段治理工程位于三穗縣八弓鎮,為縣政府所在地。六洞河干流上游河段堤防已由縣城防洪堤工程等項目完成修建,范圍為長坡腳至污水處理廠下游150 m,工程等級為Ⅳ等,防洪標準20 年一遇。

本次工程治理起點與已建六洞河干流上游防洪堤相接,終點位于八弓鎮巴王村,治理河道長度6.9 km。

2 河段防洪現狀

治理河段兩岸主要分布農田和村寨,由于河道比降平緩,河道蜿蜒崎嶇,河道淤積河床逐年抬高,河道宣泄能力降低,洪水宣泄不暢,而兩岸階地較平緩,天然河堤高程較低,河道防洪建設不完善,河道行洪能力不足,防御洪水標準偏低,現狀河段過流能力大部分不足5年一遇,部分河道兩岸甚至常年被淹,嚴重威脅當地村民生活、生產安全。

3 河道斷面設計

3.1 河道規模確定

根據縣城總體規劃,項目區上游河段H2+090上游為三穗縣城區規劃用地,本次治理河段樁號H2+090上游河段為城市防洪,樁號H2+090下游河段保護鄉村及兩岸耕地。根據保護對象的重要性,上游段防洪標準為20年一遇（與上游已建段一致）,下游段10年一遇。

3.2 河道斷面設計原則

（1）與城鎮發展規劃相協調,上下游、左右岸應統籌兼顧。

（2）盡量維持河道自然風貌及原有形態,減少硬化、渠化河道,在保證行洪安全的前提下考慮與周圍環境相協調。

（3）利用現有堤防及河流走向,合理布置,盡可能減少土地占壓和拆遷,節省工程投資。

（4）河道斷面形式因地制宜多樣化,堤型變換處應做好連接處理。

3.3 河堤斷面設計

河道斷面形式根據不同地段、不同功能采用不同斷面形式,通過比選,河段分別采用衡重式堤防、格賓石籠+生態袋堤、拋石護腳+生態袋堤、斜坡型生態護岸,左右兩岸各河段選擇堤型見表1。

表1 各段堤防堤型一覽表（左岸Z、右岸Y，提取部分）

3.3.1 衡重式擋墻堤防

對于居民點較密集且距離河岸近的吉洞村老寨河段,考慮到鄉村道路及房屋在河岸邊,占地限制較大,比選后采用衡重式擋墻防洪堤,衡重式擋墻迎水側坡度1∶0.05,背水側坡度1∶0.3。衡重力擋墻修建后高于原河岸較高（高于岸邊鄉村公路2 m～3 m）,為避免影響附近居民及游客進入河道,同時減少衡重擋墻工程量,擋墻頂設防浪墻降低墻高,衡重式擋墻頂高程按洪水標準設計,墻背回填開挖土石棄渣壓實回填,回填坡比1∶2,表面回填耕植土后植草,當地群眾可通過回填坡至堤頂。堤背腳修建C15 砼截水溝。衡重式擋墻嵌入河床內的深度0.8 m大于沖刷深度。斷面示意圖見圖1。

圖1 衡重式擋墻堤防

3.3.2 斜坡型生態護岸

對于現有灘地大且植被較好或不宜修建明顯堤防河段,采用斜坡型生態護岸,僅對地形局部加高,使河岸滿足防洪,又可讓河岸喬木等現有生態環境盡量保持現狀。堤頂高程為設計洪水位加安全超高,堤頂寬3 m（部分根據地形頂寬0～2 m）,上下游坡比大于1∶2（與生態堤斜街段不陡于1∶1.5）,坡比不緩于1∶20,上下游坡度根據灘地范圍進行放坡回填,護岸回填料可采用河道開挖棄料,上下游坡及頂部表面回填20 cm厚耕植土后植草。在常水位設置親水平臺置（P=50%）,親水平臺寬2 m,路面采用5 cm厚水泥砂漿鑲φ30～40鵝卵石。防洪堤堤背根據實際地形修建C15 砼截水溝。岸腳采用拋石護腳埋深0.8 m。斷面示意圖見圖2。

圖2 斜坡型生態護岸

3.3.3 拋石護腳+生態袋堤防

對于部分河岸為土堤,岸坡喬木、竹林植被生長較好不宜破壞河段,選擇拋石護腳,岸坡植被可抗沖刷,植被以下拋石抗沖刷。

堤頂高程為設計洪水位加安全超高,堤頂道路3 m寬,路面采用C20彩色透水砼15 cm,常水位P=50%以上為生態長袋坡段,為土工布袋體內裝耕植土及草籽,坡比為1∶1.5；堤身背水面回填坡比為1∶1.5,回填耕植土后植草。防洪堤堤背根據實際地形修建C15砼截水溝,底坡按與堤防設計縱坡一致。堤身為開挖土石棄渣壓實回填。

親水平臺置于常水位（P=50%）或根據地形略高于常水位,親水平臺寬2 m,路面采用水泥砂漿鑲φ30～40鵝卵石。親水平臺靠河岸側保留現有河岸植被生態,岸腳采用拋石護腳,拋石基礎埋深0.8 m,護腳從底部到頂部高2.0 m（不破壞現有植被,可適當調整）。斷面示意圖見圖3。

圖3 拋石護腳+生態袋堤防

3.3.4 格賓石籠+生態袋堤防

對于河岸為土堤河段,堤頂高程為設計洪水位加安全超高,堤頂及兩側邊坡結構與拋石護腳+生態袋河堤的一致,河床護腳采用格賓石籠擋墻,格賓石籠擋墻親水平臺置于常水位（P=50%）以下,頂寬1m,基礎埋深0.6 m～1.2 m,迎水面呈梯步砌筑,梯步從底部開始按0.5 m×1.0 m（寬×高）逐步收梯至常水位。格賓擋墻背水面垂直,墻后采用聚酯長纖無紡布進行反濾。斷面示意圖見圖4。

圖4 格賓石籠+生態袋堤防

3.4 河道沖刷深度計算

河道沖刷深度按《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）進行計算,結果見表2。

表2 沖刷深度計算成果表

根據表2計算結果,并結合各段堤型,拋石護腳埋深取0.8 m,衡重式擋墻埋深取0.8 m。格賓石籠頂按常年水位（P=50%）設置,實際埋深根據格賓石籠尺寸為0.6 m～1.2 m。

3.5 岸坡抗滑穩定分析

衡重式堤防穩定計算包括抗滑穩定及抗傾覆穩定計算,斜坡型生態護坡、拋石護腳+生態袋堤防、格賓擋墻+生態袋堤防包括邊坡穩定計算,穩定計算方法為瑞典圓弧法。本次以衡重式計算為例。

衡重式堤防擋墻穩定安全系數按下式：

式中：Kc為抗滑穩定安全系數； ∑W為作用于墻體上的全部垂直力的總和,kN；∑P為作用于墻體上的全部水平力的總和,kN；f為底板與地基之間的摩擦系數,取0.45。

衡重式堤防擋墻抗傾穩定性按下式計算：

式中：K0為抗傾穩定安全系數；∑MV為抗傾覆力矩,kN·m；∑MH為傾覆力矩,kN·m。

計算結果如下：

（1）滑動穩定性驗算。滑移力= 44.785 kN,抗滑力=107.257 kN,滑移驗算滿足：Kc=2.395＞1.300。

（2）傾覆穩定性驗算。安全系數最不利為：傾覆力矩=109.601 kN·m,抗傾覆力矩= 310.003 kN·m。

傾覆驗算滿足：K0=2.828＞1.500

從上述計算可以看出,堤防穩定滿足規范要求。

4 結語

本工程從縣城規劃、工程占地、生態環境以及防洪的銜接等條件出發,經綜合比選并結合項目區實際條件,各河段分別采用衡重式堤防、格賓石籠+生態袋堤防、拋石護腳+生態袋堤防、斜坡型生態護岸多種堤型相集合,使本工程做到防洪與生態相結合,河道上下游連接形成封閉防洪體系,提高河道防洪標準,確保汛期沿河居民生命財產安全。本文所述工程案例可為相似工程的設計提供參考。