天水市秦州区南沟河防洪工程设计与分析

2018-01-25温爱存张继东

中国建材科技 2018年6期

温爱存张继东

（甘肃林业职业技术学院，甘肃天水 741020）

南沟河是藉河右岸最大的一级支流，发源地秦州区西南部的马蹄梁一带，流经皂郊镇于秦州区西十里下汇入藉河，流域面积274.1km2，主河道长31.3km，平均比降为14.2‰，南沟河主要支流有徐家沟、慕水沟、杨家沟等。共涉及沿岸皂郊镇9个行政村2026户9318人，分别是王家店村、徐家店村、杨家沟村、董家坪村，张家寨村、高磨村、马家河村、峡门村、杨川村。沿线耕地面积为0.35万亩。南沟河流域水土流失、山洪灾害、地质灾害被称为该流域三大自然灾害，多年来灾害频繁发生，给沿岸群众生命财产造成了严重的损失，汛期山洪爆发直接威胁沿岸村民的生命和财产安全。

藉河流域下垫面主要是黄土、灌木、人工林，植被较好。径流主要由降雨产生，降雨时空分布极为不均，6-9月份降雨最为集中，占年降水量的60%以上，所以全年水量主要集中在夏秋季，且多以暴雨形式出现，沟壑密布，河床狭窄，宽窄不均匀，各条沟道中上游段河床最宽达15～20m，而下游普遍在25～30m，地表结构疏松，每当遭遇强度大于25mm/h的暴雨时，降雨量大于土壤入渗强度，雨水来不及渗入到土壤深层而形成地面径流，加之山洪河道源短流急，在下游极易形成陡落，峰高量大，历时短暂的山洪灾害。

1 南沟河防洪工程地质概况

工程区位于南沟河干流及3条支流（支沟）河（沟）床漫滩及I级阶地前缘，河（支沟）谷在工程区宽约50～400m，河床及河漫滩（支沟床漫滩）宽约15～70m；两岸I级阶地较为发育，居民、建筑物等多位于I级阶地阶面上，I级阶地前缘高出现代河床约0.5～3.0m，II级阶地不发育；I、II级阶地为堆积阶地；南沟河干流流向近东西向；各支沟流向近乎与南沟河干流直交。

工程区不良地质现象主要为岸坡坍塌及崩塌。

第四系地层广泛分布于工程区，主要为漫滩及I级阶地堆积物、人工堆积等。河（沟）床及漫滩砂卵砾石层厚度约3.0～5.0m；I级阶地上部为粉质壤土层，厚约0.5～1.2m，结构疏松；下部为冲洪积砂卵砾石层，结构稍密～中密，厚度约4.0～5.5m，砾卵石磨圆度较差，分选性较差。

工程区构造体系比较复杂，系秦岭地槽和陇西陆台两大地质构造单元的过渡地带。地貌从成因和形态来看，属陇西黄土高原南缘的一部分，基岩上面为第三系甘肃红层，表层覆盖着第四系马兰黄土。河流不断侵蚀下切，形成梁状山地，梁状山地与沟谷平行成疏状地形，构成了两山之间有一沟，两沟之间有一山的地貌。

根据2015年版1∶400万《中国地震动参数区划图》，工程区地震动反应谱特征周期分区值为0.40s，本区地震动峰值加速度为0.3g，相应地震基本烈度为Ⅷ度（50年超越概率为10%），依据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）第1.0.7条，本堤防工程不进行抗震设计。

地下水主要为南沟河干流及支沟（河）谷潜水，地下水主要接受南沟河及支流（沟）地表水、地下径流，大气降水及基岩裂隙水的补给，主要赋存于河漫滩及I级阶地砂卵砾石层中。河漫滩的地下水埋深较浅，一般为1.8～2.5m，I级阶地地下水埋深一般为3.0～6.0m。地下水的矿化度0.56～0.78g/l，为淡水，总硬度（德国度）为32.16～50.90mg/l，PH值为7.6～7.92，呈弱碱性，SO42-含量82.38～139.94mg/l，水质较好，对普通硅酸盐水泥混凝土无侵蚀性；地表水矿化度0.62～0.88g/l，为淡水，总硬度为41.26～74.63mg/l，PH值为7.8～7.96，呈弱碱性，SO42-含量87.15～164.82mg/l，水质较好，对普通硅酸盐水泥混凝土无侵蚀性。

经地质勘察及调查，工程所需要的块砂石料可从南河川砂石沟料场直接购买。料场现已大规模开采，有公路通过，交通便利，车辆可直达开采区，石料产地，储量丰富，石质坚硬，耐风化，据勘探资料，料场总贮量大于200万m3。距工程区平均约35～40km。

工程块石料可从秦州区藉口镇崔家沟料场直接购买。料场现已大规模开采，有公路通过，交通便利，车辆可直达开采区，石料产地，储量丰富，石质坚硬，耐风化，据勘探资料，料场总贮量大于200万m3。距工程区平均约35～40km。

堤体填筑料尽量利用护堤工程的地基开挖砂砾料及河道清障时下部的砂卵砾石料填筑堤体，填筑堤身砂卵砾石应分层碾压至密实状态，要求相对密度不小于0.60。

工程区水资源较为丰富，施工用水水源为南沟河干流及各支流（支沟）地表水，地表水水质良好，满足施工用水要求，但在汛期降雨季节，南沟河干流及各支流（支沟）地表水泥沙含量大，施工用水需沉淀处理后使用。

2 南沟河工程任务

工程任务主要是：保护村庄、农田；保护沿岸农业基础设施。根据现场勘察，结合各河段现状及河床演变，在充分认识该河段水性特点，水势变化规律及洪水险情分析的前提下，依照防洪法和防洪标准，采取堤防与沟道治理相结合，堤防与当地建设相结合，同时达到控制主流摆动，稳定河势，巩固岸床，完善防洪体系，保证河道行洪宽度，提高河道整体防洪能力的目地。在南沟河流域徐家店段、南沟河干流店镇段、慕水沟段修建防洪工程，可保护各河段两岸村民和沿岸土地不被洪水侵吞，为沿岸工农业有计划和可持续发展提供支撑。

工程区位于秦州区南沟河流域，涉及皂郊镇的店镇河、徐家沟、慕水沟、杨家沟4沟道，工程的主要任务是保护沿岸王家店村、徐家店村、杨家沟村、董家坪村，张家寨村、高磨村、马家河村、峡门村、杨川村9个行政村38个自然村2026户9318人生命财产和0.35万亩耕地及基础设施安全。

3 南沟河防洪工程设计

3.1 堤防段堤身设计

C15细粒砼砌石贴坡式堤防：迎水面坡比1.1，背水面坡比1∶1.25；顶宽3m，堤身采用C15细粒砼砌石平均厚度0.4m，顶厚0.3m，底厚0.5m，并设有1.0×0.5m底部基础。压顶宽0.5m，高0.2m，采用C15砼现浇。护坡设置泄水孔，最低一排泄水孔必须高出常水位以上30cm，采用φ100PE管，每高2m再设置一排，泄水孔进口设置级配砂砾反滤层。砂堤顶宽2.5m。伸缩缝沿纵向每5m设一道，伸缩缝填充材料为闭孔聚乙烯板。

3.2 护岸设计

1）C15细粒砼砌石贴坡式护岸：迎水面坡比1∶0.4，背水面坡比1∶1.25，护面采用C15细粒砼砌石，顶厚0.30m，底厚0.5m，设1.0×0.5m底部基础。压顶宽0.4m，高0.2m，采用C15砼现浇。护坡设置泄水孔，最低一排泄水孔高出正常水位30cm以上，采用φ100PE管，每高2m再设置一排，泄水孔进口设置级配砂砾反滤层。砂堤顶宽2m。伸缩缝沿纵向每5m设一道，伸缩缝填充材料为闭孔聚乙烯板。该断面施工操作技术简单，不用支模等复杂工序；抗冲击能力强，施工时受外部环境影响小、稳定性强、伸缩缝少。但开挖量大，破坏生态严重，适合与基础埋深较浅，保护对象较重要的沟道。

2）格宾网石笼护岸+格宾网水平防护：迎水面坡比1.1，背水面坡比1∶1.25，护面厚度为0.3m，并设有1.0×0.8m底部基础，水平防护为0.4m厚格宾网石笼，宽度为计算冲刷的1.5倍，在垂直格宾网石笼下部铺设一层300g/m2的土工布反滤层，表面附种植土。格宾网采用10%铝锌合金低碳钢丝，经机械铰合编织成为六铰状、六边形网孔的网片结构。格宾网护坡箱体尺寸格宾为3.0×2.0×0.4m，隔板为1～2片网孔60mm×80mm，网丝2.7mm，边丝3.4mm，扎丝2.2mm，填石可采用块石、卵石或片石，空隙率不超过30%，要求石料质地坚硬，强度等级MU30，比重不小于2.5t/m3。压顶宽0.5m，高0.1m，采用C15砼现浇。该断面具有整体性好、稳定性高、耐腐蚀性强、生态环保，并柔刚性结合体，抗震防冻不受季节环境影响，抗磨、耐久性好，施工技术简单，不用支模等复杂工艺，易维修，适应地基及堤身变形能力强，而维持河道自然生态现状。缺点：护坡表面较为粗糙，单位造价较高，施工时所需劳力多，体力劳动量大。适用于生态比较好，自然岸坎较为稳定，冲刷深度较深的河段。

3.3 排洪渠设计

南沟河干流店镇段段0+000～0+136段渠道净宽8～11m，净高1.5m，底厚0.5m，迎水面边坡比1∶0.5，底部有0.3m水泥稳定土，挡墙及底板均采用C15细粒砼砌块石结构。

3.4 护脚段设计

护脚采用C15细粒砼砌石，高度为2.7～3.3m，基础埋深1.8～2.0m，顶宽0.5m，迎水面坡比1∶0.4，顶厚0.3m，底厚0.5m，并设有0.8×0.5m的水平堤脚，每10m设置伸缩缝一道，采用闭孔聚乙烯板填塞。

3.5 支沟段设计

沟道延伸重力式挡土墙堤防：迎水面坡比1∶0.25，背水面坡比1∶1.25；设计堤顶宽3m，堤身采用C15细粒砼砌块石，高度3.0m，外边坡比1∶0.25，内边坡比1∶0；基础延伸0.2m。基础高0.5m，墙趾顶部土层厚度大于0.2m。墙顶设0.2×0.3m的C15砼墙帽。伸缩缝沿纵向每5m设一道，伸缩缝填充材料为闭孔聚乙烯板。沟道内堤防基础埋深为深泓线以下1.2m。