方山县北川河河道治理工程堤防设计简述

姚 颖

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

1 概述

方山县地处吕梁山中段西侧，境内梁峁起伏，沟壑纵横，整体地势由北向南倾斜，属黄土丘陵沟壑区。三川河为黄河一级支流，地处山西省吕梁地区境内，由东川河、南川河和北川河汇集而成，于柳林县境内石西乡流入黄河。北川河是三川河的主流，发源于方山县北边的赤坚岭，自北向南纵贯方山县全境。主流全长110 km，纵坡0.7%，流域面积1476 km2。

本次治理段处于北川河干流上游，方山县城以北河段，为麻地会乡韩家沟村至下游圪洞镇津良庄村之间的河段。

2 堤防现状及存在问题

2.1 堤防现状

本次治理河道总长7.7 km，已建堤防堤身结构为浆砌石重力式堤防和土堤。土堤坝基座落于原地面，坍塌严重；浆砌石堤身完整性较好，堤基埋深因地形不同差异较大，在地势较低地段为1～2m。

2.2 存在问题

一是河道治理缺乏综合规划，河道工程形不成整体的防护开发效益。二是河道淤积严重，主槽萎缩，行洪能力降低，防洪标准偏低，大部分河道的行洪能力不足5年一遇。三是河道堤防工程少且不连续，防洪能力差。在7.70 km长的治理河段内，现有浆砌石挡墙左堤长2724.6m，右堤长2326.4m，且大部分河坝为20世纪七八十年代所建，设防标准不统一，加之年久失修，毁坏十分严重。原堤防的浆砌石基础埋设深度不够，造成基础裸露、坍塌。四是支流汇入口没有工程设施，水流紊乱，破坏堤防。部分弯道过急，水流长期淘刷，造成护提损坏、坍塌。五是人为设障现象严重，河滩地种植侵占河道，建筑垃圾倾倒河道等现象造成河道窄小，行洪不畅，严重影响现有桥梁处河道的过流能力，对桥梁安全构成威胁。六是河道内随意采砂现象严重，破坏了河道的生态环境，导致河流走势不稳，影响行洪安全。

3 工程等级和防洪标准

依据《防洪标准》《堤防工程设计规范》，结合该地区社会经济发展水平，确定北川河堤防等级为Ⅴ等5级，防洪标准重现期为10年。依据《建筑抗震设计规范》，确定此工程建筑物抗震设防烈度为Ⅵ度。治理段河道两侧为一般乡村，非农业人口小于20万人，防洪标准采用10年一遇设计洪水。

4 堤防布置

河道治导线确定应因势利导，按河床演变和河势分析，根据设计洪水流量确定，在有堤防的河段应以现有堤线作为洪水治导线，且上下游应平顺连接，并兼顾左右岸。本次北川河治理段两岸堤防治导线比较明确，河道宽度基本保持现状，局部可适当拓宽。

该段河道主槽底高程起始端1245.50m，末端1158.10m，河道纵坡在3‰～15‰之间，平均11.4‰，河道主槽宽5～27m，设计河床宽度根据水力计算成果并结合现状确定为50～60m。

5 堤防设计

5.1 堤型选择

本次堤防工程应尽可能不改变原堤防治导线与堤防形式，充分利用旧堤防，部分新建、改造的堤防护岸断面形式均采用重力式堤防。

5.2 堤防纵断设计

堤防纵段设计尽量维持原河道纵坡，减少工程开挖量。根据河道实际地形、冻土深度及水力学计算成果和河道冲刷深度，确定堤防基础埋深为1.8～2.2m，以此确定堤防基础开挖纵坡。

5.3 堤顶高程确定

依据《堤防工程设计规范》，堤顶高程按设计洪水位加相应的波浪爬高、风壅增高和安全加高确定。选取两个代表性的断面计算出堤顶超高分别为0.73m和0.75m，因此本工程的堤顶超高按0.8m计算。

治理段河道蜿蜒曲折，过水断面不规则，其水力因素十分复杂，设计水面线计算按明渠恒定非均匀流进行，采用试算法推求天然河道的水面曲线。

5.4 堤防横断面设计

新建堤防工程包括现状无堤防和拆旧建新两类。新建堤防采用浆砌石重力式挡墙。

新建重力式防洪墙：本次设计挡墙堤顶宽0.5m；墙前迎水侧边坡1∶0.1，墙后背水侧边坡1∶0.3；墙趾宽0.2m，墙踵宽0.5m；挡墙高度2.11～5.99m，底宽1.64～3.2m，基础厚1.0m，河道急弯段的凹岸挡墙基础埋深为2.2m，其余挡墙基础埋深均为1.8m。挡墙墙顶采用2 cm厚的M10水泥砂浆抹面。挡墙沿纵向每10m设一道伸缩缝，缝宽20 mm，缝内填充高密度聚乙烯闭孔泡沫板。施工时建基面处若遇级配不良砂、低液限粉土等夹层时，应全部挖除，回填卵石混合土或碎石并夯实，使其满足设计要求。

旧堤加固改造：根据旧堤实际情况，采取加高、加厚等措施加固，在挡墙墙顶采用2 cm厚的M10水泥砂浆抹面。设计对需加高1.0m以下的旧挡墙，直接在其墙顶加高，并维持墙前坡比1∶0.1；对需要加高1.0m以上的旧挡墙，除在墙顶加高外，同时在墙背后加厚，并维持墙前坡比1∶0.1；墙背坡比1∶0.3。加固部分沿纵向设分缝，分缝位置与旧堤分缝一致。

5.5 堤防稳定性计算

堤防稳定计算考虑运行期和施工期两种工况。堤防抗滑、抗倾稳定安全系数不应小于《堤防工程设计规范》规定的数值。根据《堤防工程设计规范》相关公式计算堤防抗滑和抗倾覆稳定计算，通过计算可知抗滑稳定系数和抗倾稳定系数均大于规范数值，满足稳定性要求，各种工况下的基底应力均小于地基允许承载力，基底应力不均匀系数满足要求。