大野口河河道治理工程设计实例研究

周斌武

（张掖市甘州水利水电勘测设计院 甘肃 张掖 734000）

1 工程概况

大野口河位于甘州区南部山区，干流出山后流经甘州区花寨乡柏杨树村，在出山口16+500处与左岸祁连山北麓浅山区的季节性河流红沟石河、珠山河及大苦水河汇合后折向东流，最终流经甘州区碱滩镇后汇入山丹河，干流全长56.13km，流域总面积160.0km2。流域内有花寨乡、龙渠乡和大满镇3个乡镇。花寨乡距城区40km，地势东南高西北低，海拔高程在1810m～2300m之间。龙渠乡和大满镇距城区20km，地势西南高东北低，海拔高程在1560m～1680m之间。

本次大野口河河道治理工程的主要任务是通过对大野口河干流出山后0+000～1+500段、16+500～25+500段及其左岸支流红沟石河、珠山河和大苦水河采取防治洪水灾害的工程措施，减少致灾因素及减缓致灾因素向不利方向演变的趋势，建立和完善防灾减灾体系，提高防御洪水灾害的能力，减少洪水灾害导致的人民生命财产的伤害和损失，促进和保障大野口河流域沿岸及下游人口、资源、环境和经济社会的协调发展。

2 大野口河河道治理工程防洪堤堤身结构设计

2.1 防洪堤基础埋深、堤顶宽度、堤坡、堤岸上防护等设计

根据计算，大野口河桩号0+000～1+500段基础冲刷深度为0.46m～0.7m，16+500～25+500段基础冲刷深度为0.04m～1.99m；大苦水河基础冲刷深度为0.32m～1.17m；珠山河基础冲刷深度为0.08m～0.97m；红沟石河基础冲刷深度为0.28m～0.7m。

根据工程地质资料，防洪堤基础埋深不得小于最大冻土深度。因此，大野口河及其支流新建防洪堤的基础埋深确定为：大野口河桩号0+000～1+500段防洪堤基础埋深1.6m，16+500～25+500段防洪堤基础埋深2.0m；大苦水河0+000～5+000段防洪堤基础埋深2.0m；珠山河0+000～3+020段防洪堤基础埋深1.6m；红沟石河0+860～3+925段防洪堤基础埋深1.6m。

堤顶宽度应根据堤身稳定、管理维护、施工、交通要求确定。按照《堤防工程设计规范》（GB50286-98），5级堤防顶宽不宜小于3m，结合工程实际，设计堤顶宽取3.0m，砂砾石路面，堤顶向临水侧倾斜，坡度为2%。

堤坡根据堤防等级、结构、堤高、填筑材料等条件，采用坡式防洪堤，经计算确定防洪堤临水坡边坡1∶1.5，背边坡1∶1.25。混凝土板护面厚度为0.18m,设计基底取0.20m，坡顶取0.15m。

2.2 防洪堤堤身结构设计

根据以上计算成果，以大野口河桩号18+500处防洪堤横断面作为典型断面，对防洪堤堤身结构设计进行经济方案比较。该处断面设计洪水深为1.0m。

方案一：砂砾石堤身，现浇C15砼护面

防洪堤按照就地取材的原则，堤身设计为砂砾石堤身，梯形断面，堤顶宽3.0m，堤内、外坡比为1∶1.5，堤身高2.0m，基础埋深2.0m。内坡及封顶采用现浇C15/F100/W4砼护面，护面砼厚度从底到顶由0.2m变为0.15m；封顶宽0.5m，厚0.15m，砼护面沿纵向方向每4m设置一道伸缩缝。

方案二：砂砾石堤身，C15细粒砼砌石护面

堤身设计为砂砾石堤身，梯形断面，堤顶宽3.0m，堤外坡比为1∶1.5，堤身高2.0m，基础埋深2.0m。内坡及封顶采用现浇C15/F100/W4细粒砼砌石护面，护面砼厚度为0.35m；封顶宽0.5m，厚0.3m，砌石护面沿纵向方向每8m设置一道伸缩缝，两种方案横断设计图见图1、图2。两方案防洪堤堤身结构设计单位投资比选表见表1。

经过比较：方案一具有结构轻巧，抗冲击、抗冻胀性较强，施工简单快捷，施工工艺先进，工程质量易保证，当地砼材料丰富，工量小，造价低的特点；方案二具有结构简单，有一定的抗冻胀、抗泥石流冲击性能，施工方便，但采用人工砌筑，质量不易控制，结构断面大，工程量大，块石材料缺，工程造价高的特点。因此，本工程把方案一作为推荐方案。

表1 防洪堤堤身结构设计单位（1.0km）投资比选表

根据方案比选结果，本次大野口河河道治理工程防洪堤堤身设计为砂砾石堤身，梯形断面，堤顶宽3.0m，临水边坡为1∶1.5，背水边坡为1∶1.25，堤身高1.29m～2.51m，其中：大野口河桩号0+000～1+500段防洪堤设计堤身高度1.25m～1.32m，桩号16+500～25+500段防洪堤设计堤身高度2.0m～2.51m；大苦水河桩号0+000～5+000段防洪堤设计堤身高度1.29m～1.55m。堤身内坡采用现浇C15砼护坡，护坡厚度由0.2m变为0.15m，封顶宽50cm，厚0.15m。基础垂直埋深1.6m～2.0m，其中：大野口河桩号0+000～1+500段垂直深度为1.6m，桩号16+500～25+500段垂直深度为2.0m；大苦水河桩号0+000～5+000段垂直深度为1.6m；红沟石河和珠山河垂直深度为1.6m。基础与护面为同一坡比，现浇C15砼浇筑。砼护面及基础沿纵向方向每4m设置一道伸缩缝。

图1 大野口河左岸24+000防洪堤典型横断面（方案一）

图2 大野口河左岸24+000防洪堤典型横断面（方案二）

表2 防洪堤及防洪堤填筑土体物理力学指标表

表3 边坡稳定安全系数（背水侧，边坡1∶1.25）

3 大野口河河道治理工程抗滑稳定计算分析

坝体填筑材料为重量大的砂砾石，属非粘性土，需对坝体进行抗滑稳定分析。根据地质资料，防洪堤的堤身为砂砾石，由于防洪堤各段分布地层相近，堤身断面变化不大，故选择其中的典型断面进行稳定计算，砂卵石物理力学指标见表2。

由于无粘性土坡滑动面近似平面，运用滑楔法分析其稳定性。采用河海大学编制的边坡稳定分析程序Slope。由于临水侧有混凝土面板防护，主要分析背水侧边坡稳定。考虑以下几种工况：

（1）正常运行情况（稳定渗流期），背水侧堤坡的边坡稳定和设计洪水位骤降期的临河侧堤坡稳定。因为k/μV>60，说明洪水下降缓慢，所以不需进行上游坡的水位降落稳定计算。规范要求5级堤防正常运用期安全系数不小于1.1。

（2）非常运行情况下，施工期的背水侧堤坡和多年平均水位遭遇地震的背水侧堤坡稳定，规范要求安全系数不小于1.05。边坡稳定安全系数（背水侧，边坡1∶1.5）成果见表3。

从表3计算结果可以看出当边坡取1∶1.5时，可以满足抗滑稳定要求。

4 结语

本工程建成以后，将有效提高工程所在河段堤防防洪能力，保护有效耕地面积约5.82万亩，人口约3.74万人，产生多年平均防洪效益为310万元。

工程的经济评价指标为：经济内部收益率9.94%，大于8%的社会折现率；经济净现值592万元，效益费用比为1.18。各项指标均满足规范要求。

综上所述，该项目技术可行，经济评价指标优越，具有较好的经济、社会和生态效益，工程实施后，将有效改善灌区防洪现状，提高防洪能力，为灌区农业稳步发展和西部大开发创造一个安定的自然环境。陕西水利

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