桐城市柏年河云水段防洪工程设计及分析

陈金武

（安徽省桐城市大沙河管理委员会办公室，安徽 桐城 231400）

柏年河云水段防洪的突出问题是河道的泄洪能力与上游暴雨形成的洪水不相适应。柏年河大桥上游0.65 km堤防堤顶高程不足，局部低于设计洪水位，局部漫顶；河道河槽偏右，堤脚临河槽，大部分堤段无滩地，岸坡冲刷，河床下降引起崩岸逐年加剧；聂祠闸圬工结构，不能安全运行等，致使洪灾成为是当地人民的心腹之患，给沿河人民带来非常重大的损失。基于上述情况，本文针对云水段的防洪工程进行合理设计和分析。

1 河流概况

柏年河云水段位于柏年河右岸新渡镇境内，起点为新渡镇与青草镇交界处（桩号12+270，三湾河口对岸下），终点至柏年河大桥（桩号17+200），河道总长4.93 km。

2 主要建设内容

云水段堤防河道综合治理长度4.93 km，受桐城市水利局委托，编制了《安徽省桐城市柏年河云水段防洪工程初步设计》。

（1）堤防加培工程柏年河大桥上游桩号16+550～17+200张圩段0.65 km堤防迎水坡加高、加培。

（2）护岸工程：新建护岸总长1.98 km，新建护岸堤段为：1.程涵段（12+270～12+850）0.58 km；2.铁路桥上段(12+850～13+650)0.8 km；3.聂祠段（15+650～16+250）0.6 km。

（3）聂祠闸移建。

（4）支流横河堵口复堤工程支流横河堵口复堤7处，总长0.49 km。

3 主要设计方案

3.1 堤防加固设计

柏年河云水段防洪工程顺河流堤防迎水坡侧布置，外为滩地或河床，内为农田、村庄。本次工程为加固工程，堤线仍维持现有堤线。

（1）堤防现状渗流分析计算

堤防各土层渗流计算参数统计表见表1。

表1 渗流计算参数

根据《水工计算手册》无黏性土流土和管涌的临界水力比降计算方法。

1）流土型：

式中：Jcr表示土的临界水力比降；Gs土粒比重；n表示土的孔隙率，%。

2）管涌型或过渡型：

式中：d5、d20表示占总土质量的5%、20%的土粒粒径，mm。

土的允许比降等于土的临界水力比降除以一定的安全系数（1.5～2.0），流土型安全系数取2.0；管涌型安全系数取1.5。

工程选取弱透水层较薄且表层覆盖层厚度较小、挡水高度较大的堤防断面进行渗流复核计算。采用河海大学工程力学研究所编制的渗流及抗滑稳定分析程序《AUTOBANK-4.1》，选取20年一遇设计洪水位为堤防外水位，计算结果见表2。

表2 堤防渗流稳定计算成果表

（2）计算结果分析

计算结果表明：两个断面下卧粉质粘土层厚，上覆砂层也较厚；另该两段堤身为砂堤，砂层向下延伸，堤身出逸点低。

当堤后边坡为1∶2.0时，J=0.447，大于填土允许出逸比降（J允许=0.30）。2011年大沙河灾后重建工程总体设计时对背水坡渗流未设措施，多年运行未发生堤身渗漏险情。考虑堤身断面大，山洪洪水过程快，且堤背坡竹林、杂树根系密布，防止渗流冲刷，可以进一步提高堤身填土的允许出逸比降，因此本次设计堤防背水坡维持现状。

3.2 护岸设计

2011年已建程涵段堤脚护岸方案为：松木桩、抛石固脚；聂祠闸上段0.62 km护岸方案为：下部松木桩、挡墙固脚+上部砼预制块护坡。通过5年运行情况，特别经历2016年大水考验，整体上运行良好。但局部固脚挡墙因砂浆脱落、整体性变差导致水毁；上部预制块护坡局部出现变形，经现场查勘、分析预制块护坡出现变形原因主要为堤身为砂，洪水冲刷少量堤身砂从预制块缝内流出。

2011年已建程涵段护岸采用松木桩、抛石固脚，该段冲刷有向上、下游发展趋势，因此本次继续向上、下游补抛，方案仍采用松木桩、抛石固脚。其余2段新建护岸型式同2011年灾后重建工程聂祠闸上段护岸型式，即松木桩、挡墙固脚+预制锁块护坡。松木桩长2.0 m，间距0.6 m梅花型布置，保证桩深入地基砂卵石层。程涵段抛石顶高于施工期水位0.5 m，初定19.5 m。固脚挡墙采用C15砌石砼结构，墙高2.0 m，底板为C25钢筋砼结构、厚0.5 m，兼做松木桩承台；挡墙埋深不小于1.5 m，挡墙下部设0.2 m厚碎石垫层。预制锁块护坡顶平滩地高程，即铁路桥上段23.0 m、聂祠闸下段20.0 m。

3.3 聂祠闸移建设计

聂祠闸位于桩号15+545，为进水闸，因河床下降，现状不能自流进水，主要靠临时泵站抽水通过涵洞入圩内渠道。现状为φ0.5 m砼圆涵，闸底板工程18.9 m，涵洞总长34.0 m，进口设铸铁闸门陪启闭机控制。该闸运行年久，涵身接触渗漏，危及堤防安全。堤顶背水坡侧距涵洞轴线11 m有民房，原址拆建涉及拆迁，工作难度大且费用较高；规划G206国道改线公路桥桥址位于聂祠闸上桩号Y 15+545～Y 15+650段。因此本次工程封堵老涵，并在下游桩号15+920处新建聂祠闸。

4 工程建成后效益分析

工程实施后，有效地降低了治理河段的洪涝灾害损失，对保障防洪保护区内人民生命和财产安全，维持正常生产、生活环境，稳定社会秩序，促进人民安居乐业及社会经济可持续发展将起到重大作用。

根据本工程防洪保护范围内的社会经济状况，结合历年洪灾损失情况，并参临近类似工程防洪效益[1]，初步拟定本工程多年平均防洪效益250万元。经计算，工程经济内部收益率为12.03%，大于8%的社会折现率，经济效益费用比为1.29，大于1.0，经济净现值为508.7万元，大于0，指标满足规定要求。

5 结论和思考

（1）超前谋划，积极做好项目前期规划工作

柏年河云水段防洪工程项目规划在2016年6月完成编制任务，并经省水利厅批复。认真谋划项目，提前启动前期工作，做好项目储备，为项目及时开工建设提供了保证[2]。

（2）工程施工招标不再进行标前审计，缩短招标周期

水利工程施工受季节影响较大，由于标前审计耗时长，极易错过最佳施工期[3]。经报市政府研究同意，自2016年起，桐城市水利工程项目招标不再进行标前审计，初设批复后即可进行施工招标。云水段防洪工程是首个未走标前审计程序的水利项目，为工程施工赢得了宝贵时间。

（3）吸收乡镇参与工程建设管理

鉴于当前施工环境普遍较差以及水利项目多、管理力量弱的现状，桐城市吸收项目所在乡镇参与工程建设管理，以利于工程建设外部环境协调和工程质量的控制。