石坝河北街酒厂河段治理生态防洪堤设计计算

熊源

摘 要：石坝河北街酒厂河段治理是补齐石坝河防洪短板，完善茅台镇城区封闭防洪体系的关键。根据仁怀市“白酒生态产业”战略要求，结合治理河段防洪设施现状、工程地质及建设内容，按照20 a一遇洪水设防，提出新建护岸、行洪断面拓宽和清淤相结合的治理方案。根据堤防型式比选和设计断面计算分析结果表明：采用“块石驳岸+斜坡生态堤”方案，在保障河道稳定防洪作用的基础上，可有效修复河道自然生态功能和构建“人水和谐”的景观效果，可为现代生态河道治理和环境友好型城市建设提供参考。

关键词：河道治理;生态防洪堤;加筋麦克垫;茅台镇

中图分类号：TV851   文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）6-0094-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.022

Design and Calculation of Ecological Flood Control Embankment for Beijie Winery Reach of Shiba River

XIONG Yuan

（Zunyi Survey and Design Institute of Water Resources and Hydropower， Zunyi 563002，China）

Abstract： The Beijie winery reach regulation is the key to supplement the Shiba River flood control short board and improve the closed flood control system in Maotai town. According to the strategic requirements of "Liquor Ecological Industry" of Renhuai city， combined with the flood control facilities current situation， engineering geology and construction content of the river regulation section， fortified 20-year flood protection standard， the treatment scheme combining construction new revetments， widening flood sections and dredging has been proposed. The results of embankment types comparison and selection ，design section structure calculation and analysis show that the scheme with "rock revetment + slope ecological embankment" can effectively repair the natural ecological function of the river channel and build "human water harmony" landscape effect on the basis of ensuring river channel's stable flood control function， which can provide reference for modern ecological river channel management and environment-friendly city construction.

Keywords： river regulation; ecological flood control embankment; reinforced Mike pad; Maotai town

0 引言

河道是城市發展、防洪排涝、人文景观建设的重要组成部分，河道治理是城市封闭防洪体系建设和水生态环境修复的重要途径[1-2]。随着贵州茅台镇城市建设的发展，由于沿河居民非法建筑侵占行洪空间以及工业废水的无序排放，导致石坝河流域部分河段存在两岸水土流失、河床淤积、行洪能力下降等问题。因此，面对习近平新时代生态文明建设要求以及仁怀市“十四五”规划中聚焦茅台镇白酒产业特色、打造最优产业生态的新特点，在充分分析石坝河北街酒厂河段防洪现状的基础上，按“水清、河畅、岸绿、景美、宜居、繁荣”的治理要求，构建集“防洪、生态治理、滨水景观建设”等功能为一体的封闭防洪生态功能体系[3-4]，有利于赤水河流域水土保持、水源涵养和环境美化，促进茅台镇社会、经济和生态环境的协调发展。

1 工程概况

石坝河属赤水河左岸一级支流，全流域面积为42.9 km2，主河道河长为13.6 km，主河道加权平均比降43.2‰，多年平均径流量为1 230 万m3。仁怀市石坝河北街酒厂河段河道治理工程位于仁怀市茅台镇上坪村石坝河下游，治理河段防洪保护对象为石坝河两岸的北街酒厂。按20 a一遇洪水标准设防，治理河段首端位于石坝河水库下游约1.1 km处，末端距离石坝河河口约为2.4 km，治理河段总长为720 m。

2 防洪现状及建设内容

石坝河河道坡度较缓，多年来河道治理一直未经过综合整治，除北街酒厂所处位置外，其余河道两岸均为耕地、山林等天然河岸。治理河道现存主要问题：长时间洪水、暴雨冲刷，河道两岸耕地水土流失严重，泥沙汇入河流，造成河床淤积;上游冲刷下来的鹅卵石、砂砾石等堆积在河道两岸，一定程度上缩减了行洪宽度;且河道中大块孤石等影响河道过流能力;河道中废弃的污水管道以及新建工业污水管道，造成河道行洪断面变窄，以及影响河道美观。如图1所示。

根据石坝河封闭防洪体系与茅台镇打造最优白酒产业生态战略要求，在满足防洪安全保障前提下，将水生态环境治理和滨水景观建设充分融入规划方案中，设计维持原河道天然路径。沿河道岸线，通过行洪断面拓宽、新建护岸等措施进行综合整治。石坝河北街酒厂至拟建酒厂范围河段（桩号B0+000.00～B0+720.00），治理河段总长为720 m。设计河宽为6～15 m，采用浆砌石河堤和斜坡生态河堤两种河堤相结合的方式。具体为：①B0+178.00～B0+190.00 段设计河宽为9～13 m，左岸河堤保持现状，右岸增设块石驳岸+斜坡生态堤，坡比1∶1.6;②B0+190.00～B0+230.00 段设计河宽为6～9 m，左岸增设浆砌石挡墙，右岸增设块石驳岸+斜坡生态堤，坡比1∶1.6;③B0+230.00～B0+567.04 段河宽为6 m，两岸河堤形式为块石驳岸+斜坡生态堤，坡比1∶1.6，堤顶设1.6 m宽人行步道;④B0+567.04～B0+720.00 段河宽为6 m，右岸增设块石驳岸+斜坡生态堤，坡比1∶1.6，堤顶设1.6 m宽人行步道，左岸保留现状;⑤分别在桩号B0+460.00、B0+674.00处新建厂区交通桥各1座，跨度为两跨，单跨长度为10 m，中间墩宽为1 m，桥面宽度为7 m。

3 生态防洪堤选型

3.1 工程地质

治理河段河流为蜿蜒发育，总体沿流向N53°E。河床比降平缓，无大的跌坎发育;河床高程为466.3～493.1 m，宽为7～13 m;两岸临河地形多为缓坡或台地，局部为斜、陡坡地形，坡角一般为5°～45°，整体上属低山浅切侵蚀沟谷、槽谷地貌。河谷为不对称“V”形斜向谷结构。治理河段沿线多为第四系冲洪积砂卵砾石、残坡积黏土夹碎石及人工弃渣等覆盖。下伏地层主要为侏罗系中统下沙溪庙组（J2x）中至厚层砂岩，与粉砂岩呈不等厚互层。产状为N25°E/NW∠35°～40°。拟建堤线主要沿近河床岸坡布置，沿线覆盖层厚薄分布不均，上部多为第四系冲洪积黏土夹砂、砾石等覆盖。由于浅表覆盖层结构松散，承载力低，不宜作堤基持力层;下部较密实的砂卵砾石、基岩承载力相对较高，可作基础持力层。堤基应采取合理的基础形式，并对基础作抗冲刷处理，以满足设计要求。对于覆盖层较厚段可将堤基置于河床深泓线1 m以下的密实砂卵砾石层上，但硬塑状黏土夹碎石、砂卵砾石层承载力相对较低，应对堤基作夯实及抗冲刷处理。堤基开挖时需注意边坡稳定问题，开挖后应采取适当的支护处理。在已成拦河坝附近基础开挖施工过程中，开挖将对已成拦河坝造成影响，应对其进行保护，加强监测。

3.2 堤型方案拟定

根据《北街酒厂3 000 t技改规划方案》以及仁怀市水务主管部门对河道的治理要求，结合20 a一遇设计洪水标准、现状土坎高程以及河道地质条件。设计以“安全可靠、经济节约、生态环保、和谐自然”为原则，尽量少占用土地、减少工程量、最大可能增加绿化措施，并保证治理方案的可实施性[5-6]。经现场勘察论证，治理河段可采用“块石驳岸+斜坡生态堤”相结合护岸型式与格宾挡墙护堤型式两种堤型方案，进行技术、经济综合比较。

3.2.1 块石驳岸+斜坡生态堤。防护堤采用大块石固脚，护脚顶部设1∶1.6坡度镀高尔凡加筋麦克垫生態护坡，护坡顶部设1.6 m人行步道。石块径不小于500 mm。该方案中，块石驳岸抗水流冲刷能力较强，能有效达到防护效果，同时对地基的适应性较强，工程建成后更贴近自然[7]。其断面结构型式，如图2所示。

3.2.2 格宾挡墙护堤式防洪堤。防护堤采用格宾挡墙固脚，护脚顶部设1∶1.6坡度镀高尔凡加筋麦克垫生态护坡，护坡顶部设1.6 m人行步道。格宾挡墙尺寸为1.5 m×1.5 m×1.5 m。该方案中，格宾挡墙施工技术要求较高，施工工序较复杂，且对砌筑石料要求高，格宾护坡对基础沉降适应性差，同时格宾挡墙与自然协调性不如块石驳岸，生态治理河道效果不如块石驳岸。断面结构型式，如图3所示。

经过综合分析比较，为使河道两岸土坎满足抗冲要求，结合河道两岸现状土坎高程，两种方案的主要工程量投资。得出：“块石驳岸+斜坡生态堤”方案投资较省，且施工相对简单，施工工期较短，同时与河道的水生态以及周围生态环境的协调性较好。因此，除部分河道（B0+190.00～B0+230.00）由于地势限制原因采用浆砌石挡墙外，其余河道护岸选择“块石驳岸+斜坡生态堤”型式。

4 生态防洪堤设计计算

4.1 堤顶高程

石坝河北街酒厂河段河道治理工程的主要建筑物防洪堤为4级建筑物，根据《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013）规定，安全加高为0.3 m（允许越浪）、0.6 m（不允许越浪）。护堤堤顶高程为设计洪水位加上相应的堤顶超高，护岸堤顶超高[B]计算公式为式（1）[8]。

[B=R+e+A]      （1）

式中：[R]为设计波浪爬高;[e]为设计风雍增水高度;A为安全超高，A=0.3 m。经计算护岸堤顶超高[B]=0.3 m。因此，计算堤顶高程应为设计洪水位加0.3 m。由于北街酒厂河段河道治理主要任务为稳定岸线、打造水环境河水土保持，为保证两岸现状土坎抗冲要求及避免治理河段两岸耕地形成内涝现象，除北街酒厂现状厂区内河段为铺设人行步道，堤顶高程为设计洪水位加0.3 m，其余河段只对河岸进行固脚，高出河床≥0.3 m。石坝河河段设计堤顶高程为469.62～486.80 m。

4.2 河道冲刷深度计算

河道冲刷深度按《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013），平顺堤防冲刷深度计算公式为式（2）。

[hs=H0UcpUcn-1 Ucp=U2η1+η]  （2）

式中：[hs]为局部冲刷深度，m;[H0]为冲刷处的水深，m;[Uc]为泥沙启动流速，m/s，取1.0 m/s;[U]为行近流速，m/s，取4.5 m/s;[n]为防堤防坡平面形状系数，取1/6;[η]为水流流速不均匀系数，取1.5。

经计算，北街酒厂治理河段冲刷深度为河床以下0.7～1.0 m。根据地形地质条件，大块石固脚基础主要置于基岩上，砂砾石或土基段需采用块石换填基础，基础埋深≥1.0 m。

4.3 岸坡抗滑稳定分析

根据北街酒厂治理河段的设计内容，需对直立式浆砌石防洪堤进行抗滑稳定计算。其计算条件如下：取1延长m作为稳定计算单元，设定基础均坐落在砂卵砾石层上。根据《提防工程设计规范》（GB 50286—2013）计算公式，计算得出的各种工况条件下的抗滑稳定分析成果，如表1所示。

由表1可知，浆砌石防洪堤临水侧在正常和非常工况条件下的整体稳定系数为3.32～1.38、3.25～1.26，均大于规范要求1.2和1.05的技术指标，防洪堤整体安全稳定。

5 结语

北街酒厂河段是石坝河封闭防洪体系建设的薄弱环节，通过河段整治工程建设对补齐茅台镇防洪短板和打造最优白酒产业生态战略至关重要。针对治理河段河道纵向坡较缓、两岸水土流失、河床淤积、行洪能力下降、自净功能退化等问题，通过新建护岸、行洪断面拓宽和清淤等治理方案，主要采用“块石驳岸+斜坡生态堤”堤型与上下游稳定可靠衔接，提高治理河段的防洪、生态环保等功能。实现茅台镇城镇自然环境、水生态和人文景观的协调发展。

参考文献：

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