巢湖市柘皋河防洪治理工程的河道设计研究

2022-01-04何冲

经济技术协作信息 2022年3期

◎何冲

城市近些年发展的十分迅速，环保、生态等概念逐渐地映入到人们的眼帘，当前对于河道的治理工程已经跳出了初级化阶段，一方面河道的建设要达到一定的防洪排涝功能，另一方面对于河流周围的生态系统建设也要给予足够的重视程度，将其打造成为城市发展的绿肺。

一、工程概况

柘皋河位于巢湖市境内，全长约24km，流域总面积518.24km2垾。流经柘皋镇、中镇、夏阁镇至巢湖市汇入巢湖。这篇文章所举的项目实例位置在安徽省巢湖市，主要河流为柘皋河支流金平河及金平河支流孔村支流。项目区金平河防洪能力低下、生态系统脆弱，亟需进行河道综合整治。工程主要治理项目有：护坡护岸工程、河道疏浚工程、建筑物工程（堰坝、桥）等。为满足本工程实施方案设计、招标及施工图设计阶段深度要求，需查明工程范围内的工程地质及施工区域的地质条件，找出该地区出现的地质问题，从而为工程设计提供更加科学的资料。

二、工程总体布置

本次金平河河道治理工程实施的主要内容为清淤、护岸护坡整治工程、堤防工程、防汛道路、涵闸工程、桥涵工程、泵站工程，适时地对河道进行清淤，可有效地保证过水断面，降低洪水位。通过本项目的实施，为沿河地区城市建设和社会主义新农村建设提供防洪排涝的安全保障，创造优美的生态环境提供有效支持。该实例工程主要包括的施工内容有河道清障、岸坡整治等相关工程。

三、河道工程设计

1.河道岸线总体布置。

岸坡整治尽量保持河流的自然形态，充分利用现有护岸，现状完好的予以保留，对护岸破损严重的予以修复，现状无护岸的新建护岸，在部分地段栽种当地品种的植物进行护岸；河道两岸增加植物措施。在适当的位置布置亲水设施，方便群众的生产、生活。本工程拟整治河道为柘皋河金平河段，各治理河段岸线应结合河道现状进行布置。

2.护岸型式选择。

该工程所采用的护坡类型是混凝土砌块模式，该模式主要适用于河流情况为中小水流。通过水流对其产生的作用，能够保持良好的稳定性；利用其所具有的高开孔率能够使河水的流速得到有效的降低，使流体压力得到一定程度的减少，从而更好的将排水能力进行提高，对于其开孔部分不仅能够起到排水的作用，而且还能够进一步的提升植被覆盖面积，对环境产生一定的美化作用。结合本工程实际情况，本次设计拟采用的岸坡结构型式主要为连锁式混凝土砌块护坡和草皮护坡。

3.岸坡设计。

本次设计拟采用的岸坡结构型式主要为连锁式混凝土砌块护坡和草皮护坡。这种护坡通常情况下在河道迎流顶冲段应用的比较广泛，联锁式生态砌块厚度120mm，混凝土强度等级为C20，压顶、镇脚混凝土强度等级为C20，护砌顶部高程平20年一遇洪水位。护岸结构图见下图：

图1 联锁式生态混凝土砌块护坡+草皮护坡

4.护岸设计计算

（1）冲刷深度计算。

本工程项目区河道护岸冲刷深度最大在0.8m左右，护岸基础进入土层的埋深应不小于0.8m，本工程设计固脚尺寸0.8m*1.0m，满足抗冲要求。

（2）科学的计算边坡所具有的稳定性。

根据相关工程的设计规范要求，计算堤坡的稳定性分为两个阶段，一个是稳定的渗流期，另一个是水位降落期，当河水的水位处于骤降期，通过进行科学的计算得出，将可能出现的各种工况考虑进去后，计算下断面所具有的抗滑稳定系数全都超过了规定的最小稳定系数，达到了相关规范的标准要求。

四、堤防工程

1.堤顶高程确定。

根据堤防所在河道断面特征和河道滩地分布及本地的气象资料等，通过科学的计算后，风浪需要进行爬高为，由于风壅增水的高度十分小，一般忽略不计。考虑到4级堤防的安全加高后，堤防安全超高需0.896m，所以这次对于安全堤防的设计超高需要达到1.0m，即堤顶设计的高程需要增加1.0m。

2.堤身加固设计。

根据堤防相关设计规定的要求，3级以下堤防顶端的宽度最好要超过3.0m。本次设计考虑到堤顶交通、汛期抢险等因素，确定堤防加固设计堤顶宽度为5.0m。根据类似工程经验、地质条件及工程现状，堤防内、外侧边坡均选用1：2。由于拟进行堤防加固河段两岸均无滩地，堤防加固不能减小河道的行洪断面，另外，堤身内培有利于堤防施工早期的稳定，因此，采用内培方式对堤身进行相应的加高处理。堤身加培的标准断面从迎水侧最小的有效断面外边线向内推定，并考虑到堤线的顺直，超出的部分一般不削坡；堤顶欠高0.3m以下的一般不加高；设计堤顶高程处现状堤宽大于5.0m的不予培厚。在对堤防进行加培的过程中必须要提前将结合面的杂物进行清理，将表面存在的浮土、草皮等相关杂物进行清理干净，通常情况清理的厚度要达到0.3m，原则上清至原状土。清基范围应超过边线以外至少0.5m，清基面应修成缓坡，再填筑新土，碾压夯实。迎水侧堤身加高加宽培厚所用土料通常使用的是粘土、壤土等；背水侧堤身加高加宽培厚所用土料可采用砂壤土或轻粉质壤土。填筑时均应严格控制含水量，尽可能为最优含水量，并分层碾压密实。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），4级堤防要求堤身的压实度不低于0.91。

五、穿堤涵闸工程

1.穿堤涵闸结构设计。

这次堤防治理工程已经对6座建筑物建立了相应的穿堤，因为年久失修，结构老化严重，普遍存在涵长偏短、渗漏等现象，本次工程拟对其进行拆除复堤，另外为满足各圩区的排涝要求，沿治理段堤防需新建4座穿堤涵闸。设计穿堤建筑物所具备的防洪标准要达到4级。工程区内各穿堤涵闸具体设计参数如下表所示。

新建涵闸轴线应与堤线正交，考虑到涵闸地基的地形地质条件并节省工程量，利用已有的灌排渠系、尽量减少工程投资和挖压占地面积，各涵闸在现规划排区出水沟位置建设。利用规格为C25的钢筋混凝土进行相应的穿堤涵闸，底板所具备的高程由上下游渠沟条件及原底板高程综合确定，洞径由排涝流量及相应的上下游水位差来确定。

2.穿堤涵洞结构设计。

本工程共有一座穿堤涵洞，名称为李坎穿堤涵洞，位于金平河主河道处，因金平河主河道与其支沟因新建堤防隔断，所以在堤防中将穿堤涵洞进行相应的埋设能够使水流更便于进行流动。

综合考虑到施工拆模等因素，设置的涵洞尺寸规格如下：宽度与高度的规格为，长度达到21.96m，箱涵壁与底板厚度要达到0.4m，垫层采用的是混凝土。

（1）箱涵结构计算。

为了保证顶板、边墙等设施的厚度达到规范标准要求，而且还需要考虑到其经济性，这就需要适度的控制结构配筋含钢率的大小，科学的计算出涵洞的具体数值。在对其进行计算的过程中要充分的考虑到边载所产生的影响，根据等效刚度原理适当的将下部结构进行相应的简化处理。荷载的计算主要有：地基反力、外水压力等。查《取水输水建筑物丛书（涵洞）》中的有关内容，对于李坎穿堤涵洞，按照土压力计算侧向所产生的水平土压力。具体的计算公式为：

考虑防汛道路的通车要求，按四级公路考虑，设计荷载为公路Ⅱ级。从李坎穿堤涵洞内力计算成果表结果可以看出，由于穿堤涵洞尺寸较小，控制截面含钢率均是由最小配筋率控制，结构强度满足要求。

六、泵站工程设计

1.站址选择。

金平站为抽排的站涵分离式泵站，根据站区地形、进出水、电源、交通布置等工程现状，参照以往经验，在总体方案上确定采用较优的正向进水布置型式。

金平站为堤内排涝站，考虑到利用原有池塘，泵站选在K1+900桩号处建设。金平排涝站，排涝面积0.104万亩，0.42m3/s。详细的设计参数如表3所示

2.总体布置。

金平站位于金平河左岸，泵站采用堤后干室型正向进水，正向向出水布置，布置有进水池、泵房、和出水U形槽等建筑物。下面将本次设计按轴线布置描述如下：

（1）进水池。

泵站进水池为现状天然水塘，由于水塘多有淤积，现对水塘塘底进行清淤、塘边进行C20混凝土护砌并在塘底临近泵房位置做长为9.9m的C20混凝土护底，护底厚300mm。

（2）泵房。

泵室为堤后干室型钢筋砼结构，采用户内式结构设计，采用半埋式对泵站的厂房进行了相应的设计，主要分成了两层结构，设计的平面尺寸达到了12.40m×9.00m，并且设计了11.50m的基础水泵顶高程，同时设计了11.60m的室外地面高程，泵房为混凝土框架结构。检修层为梁板结构，与墩墙整体浇筑，层面高程为12.77m，由4根0.35m×0.35m立柱支撑于泵房底板上，为安全及起见，于检修层外沿设钢栏杆，并在靠近泵房大门侧设钢爬梯由检修层通向水泵层。

（3）U形槽。

水泵出水管穿过金平河左侧堤防，顺接C25钢筋砼混凝土U形出水槽，出水槽底板厚0.5m，净宽4.5m。金平站纵剖面见下图5-4。