香泉河堤防水毀修復(fù)工程設(shè)計(jì)要旨

張志鵬

（河南省水利第二工程局集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450003）

1 項(xiàng)目概況

1.1 地形地貌

香泉河屬于海河流域衛(wèi)河水系。河道全長(zhǎng)29 km，深山區(qū)5.50 km，總流域面積208.80 km2，流域內(nèi)總體上地貌分山丘區(qū)、山前沖洪積傾斜平原和黃河沖積平原。山區(qū)最高峰位于輝縣市鳳凰嶺海拔1 655 m，一般在200～1 000 m。丘陵地帶一般海拔95～200 m，地面坡降1/90～1/400。山前傾斜平原一般高程95～75 m，地面坡降一般1/1 500～1/4 000。黃河沖積平原地面高程一般90～60 m，地面坡降一般約1/3 000 ，總體上地勢(shì)南、西、北三面高而東部低。

1.2 氣象

該區(qū)域?qū)倥瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，季節(jié)分明，干濕懸殊較大。冬春兩季雨水稀少，風(fēng)多干冷，蒸發(fā)量大；夏秋兩季水汽充沛，雨量集中，降雨量占全年的70% 左右。多年平均降雨量658 mm，年際變化大，最大年降雨量（2021 年）達(dá)1 817 mm，最小年降雨量（1920 年）287 mm。多年平均氣溫13.90 ℃，最高氣溫42.50 ℃，最低溫度-18.40 ℃。最大風(fēng)力8 級(jí)，風(fēng)向偏北或偏南，一般夏秋多偏南風(fēng)，冬春偏北風(fēng)。冰凍期12-2 月，無(wú)霜期4-10 月。

1.3 水毀情況

2021 年7 月中旬以來(lái)，香泉河流域降雨超歷史極值，連續(xù)經(jīng)受2 次強(qiáng)降水過(guò)程，累計(jì)降雨量達(dá)903.30 mm。香泉水庫(kù)最大泄洪流量達(dá)到281 m3/s，洪水下泄沖刷，造成河床、護(hù)岸損毀，多座橋梁損毀，交通中斷，下游河水滿溢，個(gè)別村莊被淹，損失嚴(yán)重。

2 堤防工程設(shè)計(jì)要旨

2.1 香泉河水毀修復(fù)工程任務(wù)

衛(wèi)輝市香泉河水毀修復(fù)工程任務(wù)為：對(duì)田灣村、來(lái)灣村、塔崗渡槽、西南莊等4 處水毀較嚴(yán)重且影響防洪安全的護(hù)岸和堤防進(jìn)行恢復(fù)，修復(fù)護(hù)岸846 m，重建堤防600 m。防洪標(biāo)準(zhǔn)為5 年一遇，主要建筑物為5 級(jí)，次要建筑物為5 級(jí)。

2.2 堤防工程設(shè)計(jì)

堤防工程設(shè)計(jì)為重建堤防工程，位于香泉河西南莊西北，設(shè)計(jì)堤線按現(xiàn)狀進(jìn)行原址恢復(fù)重建，堤頂寬6 m，迎水坡1:2.50 ，背水坡1:2.00 。堤頂高程79.00～81.00 m。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，工程水毀恢復(fù)河道堤防等級(jí)為5 級(jí)，填筑土料宜采用黏性土。堤防在滿足防汛和管理要求的同時(shí)，堤身結(jié)構(gòu)應(yīng)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，就地取材，便于施工，設(shè)計(jì)堤防回填土優(yōu)先選用堤防開(kāi)挖土方。堤防填筑前應(yīng)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)工作，要求土料黏粒含量在15%～30% 之間，塑性指數(shù)10～20 ，不得含有植物根莖、磚瓦垃圾等雜質(zhì)，填筑土料含水率與最優(yōu)含水率的允許偏差為±3%。分層碾壓鋪料厚度不大于300 mm ，土塊限制直徑不大于50 mm ，堤防填筑壓實(shí)度不小于0.91。

2.2.1 土堤滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，香泉河堤防為5 級(jí)建筑物，采用瑞典圓弧法計(jì)算，所筑堤防按基礎(chǔ)已清基或處理考慮，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：正常運(yùn)用條件1.10，非常運(yùn)用條件Ⅰ為1.05，非常運(yùn)用條件Ⅱ?yàn)?。

2.2.1.1 正常情況

2.2.1.1.1 有效應(yīng)力法計(jì)算

設(shè)計(jì)洪水位下的穩(wěn)定滲流期背水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：（W=W1+W2；W1應(yīng)為外水位以上條塊實(shí)重，浸潤(rùn)線以上為濕重，浸潤(rùn)線和外水位之間應(yīng)為飽和重；W2應(yīng)為外水位以下條塊浮重。計(jì)算公司見(jiàn)式（1），字母含義如規(guī)范：

2.2.1.1.2 總應(yīng)力法計(jì)算

總應(yīng)力法計(jì)算見(jiàn)式（2），字母含義如規(guī)范。

2.2.1.2 非常情況

2.2.1.2.1 總應(yīng)力法計(jì)算

施工期臨水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：W=W1+W2；W1應(yīng)為外水位以上條塊濕重；W2應(yīng)為外水位以下條塊浮重，計(jì)算公式見(jiàn)式（3），字母含義如規(guī)范。

2.2.1.2.2 多年平均水位時(shí)+地震的臨水坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

根據(jù)多年實(shí)測(cè)水文資料，香泉河多年平均水位不漫上灘地，故為無(wú)水+地震工況。計(jì)算公式采用《土壩設(shè)計(jì)》中式5-159，字母含義如規(guī)范。

土堤抗滑穩(wěn)定安全計(jì)算：①計(jì)算斷面：計(jì)算斷面為西南莊堤防設(shè)計(jì)樁號(hào)0+400，河槽距離堤防近，采用5 年一遇的除澇水位。②計(jì)算工況：根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，選擇以下3 種工況進(jìn)行岸坡穩(wěn)定計(jì)算。

正常運(yùn)用條件工況I：設(shè)計(jì)洪水位下穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)邊坡，設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)邊坡。非常運(yùn)用條件工況Ⅱ：施工期的臨水側(cè)邊坡。非常運(yùn)用條件工況Ⅲ：多年平均水位時(shí)遭遇地震。

2.2.1.2.3 計(jì)算成果

按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》采用瑞典條分法進(jìn)行岸坡穩(wěn)定計(jì)算，采用的5 年一遇的除澇水位，標(biāo)準(zhǔn)斷面岸坡穩(wěn)定計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 0+400 （除澇水位）斷面岸坡穩(wěn)定計(jì)算成果表

從計(jì)算結(jié)果可知，正常工況與非常工況下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

2.2.2 滲流穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算斷面為西南莊堤防設(shè)計(jì)樁號(hào)0+400，河槽距離堤防近，采用的5 年一遇的除澇水位，采用滲流問(wèn)題有限元分析。背水坡滲流出口比降：滲出點(diǎn)A 點(diǎn)：J0=0.15＜0.35 滿足要求，水位參數(shù)2.30。其中，J0為下游背水坡滲流出口比降；對(duì)比參數(shù)0.35 為工程地質(zhì)勘察報(bào)告給出的該處堤防土質(zhì)允許的滲流水力坡降。水位降落時(shí)土堤的浸潤(rùn)線、上游坡穩(wěn)定性：根據(jù)《規(guī)范》，當(dāng)k/μV≤1/10 時(shí)，堤身內(nèi)滲流自由面在水位降落后仍保持有總水頭的90% 左右，故可近似認(rèn)為堤身浸潤(rùn)線基本保持原位置不變，這種情況對(duì)上游堤坡的穩(wěn)定最為不利，為了偏于安全，可以按照水位開(kāi)始降落前的浸潤(rùn)線位置進(jìn)行堤坡穩(wěn)定分析。當(dāng)k/μV＞60 時(shí)為緩慢下降，此時(shí)堤身滲流自由面保持總水頭10% 以下，不影響堤坡穩(wěn)定，因此，一般不需要進(jìn)行上游坡的水位降落穩(wěn)定計(jì)算。即在1/10

3 結(jié)語(yǔ)

香泉河下游有南水北調(diào)中線總干渠、京廣鐵路、107國(guó)道、京珠高速公路等國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施和衛(wèi)輝市市區(qū)。香泉河堤防水毀修復(fù)工程實(shí)施后，對(duì)下游太公泉鎮(zhèn)、安都鄉(xiāng)、頓坊店鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)2萬(wàn)多人和0.33萬(wàn)hm2耕地及國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施的防洪安全起著十分重要作用，此次設(shè)計(jì)至關(guān)重要。