方山河清徐段河道防洪治理工程设计分析

张 森

（清徐县河湖管理中心，山西 清徐 030400）

1 工程概况

方山河发源于三县岭，于交城县王明寨汇入白石南河，本次治理段为方山村至西高白村，治理长度3.56 km。沿河两岸有方山村、新立村及西高白村3 个村庄共3 500 人和企业。目前存在主要问题有：河道两岸土质边坡抗冲刷能力差，河道坑洼不平，上段河道下切严重，河道尾端淤积；河道弃土弃渣堆积严重、侵占河道，部分河段由于高速公路的修建，无序开挖回填严重导致河槽摆幅严重；多数河段无防护，行洪能力不达防洪要求。为保护河道两岸群众生命财产安全，实施防洪治理工程。

2 河道工程设计

2.1 河道岸线布置

根据河道现状，以自然河势为基础，保留原有湿地、滩地和生态群落多样性，布置河岸堤坝主线。规划原则：保持岸坡陡坎、路基、山体、天然河道节点等主干河道的稳定顺畅，保护好河道转弯、湿地、滩地、原有引水分洪设施等蓄水、补水、地下水补给通道，发挥河道断面景观的多样性，打通河道行洪、蓄洪通道；以现有河道岸线堤防为基础维持现状河势；根据水面线、流深、冲刷深度的推求、复核，如果河道断面不能满足行洪要求，采用加高、拓宽堤防或疏浚河道等工程措施整治河道。

2.2 河道疏浚

方山河河道307 国道桥下游目前已经治理并美化蓄水。根据防洪要求与《山西省山洪灾害防治项目实施方案（2013—2015 年）》及河道现状，并结合工程投资及相关部门专家意见，确定本次河段疏浚范围为新建拦砂坎（K0+800）至下游307 国道桥下（K3+561），治理段总长2.7 km。

2.3 滩槽整治

根据河道现状，本次河道治理段罗夏高速匝道桥下（K2+100）至下游307 国道桥下（K3+561）天然河段基本呈复式断面，河道岸线依据原有外堤、路基、陡坎以及公路桥边墩确定后，两岸堤线间距均为70 m 左右，按照十年一遇洪水标准，确定该治理段主槽宽30 m，深1.5 m，主槽迎水面采用格宾石笼贴坡防护，对左、右岸滩槽进行回填平整，整治长度约1.5 km。

3 防护工程设计

3.1 堤防选型

本次河道主要建筑物为防护堤，治理河道宽窄不一，河床为砂卵石地质，承载力较大。因此，综合考虑构造、施工、造价、生态等方面，对于流速较大、冲刷较为严重的河段（K0+150—K1+120），采用重力式浆砌石堤防分段进行防护。

格宾石笼是低碳镀锌钢丝编织的、装石蜂巢孔状网箱、相互连接的防洪堤结构。格宾石笼结构柔性抗震、抗地基变形、施工方便、价格较低，而且由于水、气通透性较好，其上覆土后，可做绿化，较为生态。因此，河段（K2+100—K3+560）采用复式断面型式，采用格宾石笼贴坡防护。

3.2 堤防设计

根据水力计算结果分析，结合《山洪沟防洪治理工程技术规范》，对沿岸临村河段采取点状防冲保护措施，本次新建堤防设计采用浆砌石重力式堤防。详细数据见表1。

表1 新建浆砌石堤防防护段

新建堤防断面，顶宽0.5 m，挡水面垂直，背坡比1∶0.3，基础埋深0.8 m，两侧各向外伸出0.5 m，堤顶高程由设计洪水位确定，堤防每隔10 m 设一道横向伸缩缝，墙体设一排排水孔，孔距2.0 m，高出现状地面0.5 m，在排水孔进口处外包无纺布（300 g/m2）并设置砂砾料反滤体，沿墙后通长布置。考虑到山洪河道坡陡流急的特点，堤防埋置深度为由当地冻土深度和冲刷深度共同确定。

3.3 堤防稳定验算

堤防形式为浆砌石挡土墙，工程级别5 级，抗滑稳定系数允许值1.20，抗倾覆安全系数允许值1.40，基底压应力之比的允许值为2.5。挡土墙类型为一般抗震区浸水挡土墙，采用理正挡土墙稳定计算软件验算。

3.3.1 堤防物理参数

内摩擦角φ，取35°；地基允许承载力δ 为100 kPa；砌石容重为23 kN/m3；底板与地基间摩擦系数f 为0.35；凝聚力为0；地下水埋深（基础以上），按最不利条件计取。

3.3.2 计算公式

（1）浆砌石堤防抗滑稳定安全系数公式：

式中：Kc——抗滑稳定安全系数；

ΣW——墙体承受的垂直力总和，kN；

ΣP——墙体承受的水平力总和，kN；

f——底板与堤基之间的摩擦系数。

（2）浆砌石堤防抗倾覆安全系数公式：

式中：k0——抗倾覆安全系数；

MV——抗倾覆力矩，kN·m；

MH——倾覆力矩，kN·m；

（3）浆砌石堤防基底压应力计算公式：

式中：σmin·max——基底的最大和最小压应力，t/m2；

ΣG——垂直力的总和，t；

A——基础底面面积，m2；

ΣM——力矩的总和，t·m；

ΣW——基底截面模量，m3。

（4）计算结果

取在最不利状况下堤防的最大断面计算结果，见表2。

表2 堤防稳定计算成果表

计算结果表明，堤防稳定计算均满足规范要求。

3.4 旧堤防修复

3.4.1 旧堤加高加固设计

旧堤加高加固采用M10 浆砌石，断面采用梯形断面，加高后的顶宽0.5 m，底宽和迎水面边坡与旧堤保持一致，背水侧边坡根据实际情况确定。旧堤加高加固时，应先清理堤顶表层覆盖物，找出坚固强度满足设计要求的砌体后，进行加高加固。堤顶设10 cm 厚C15 混凝土压顶。旧堤加高加固后，应与上下游堤防平顺衔接。

3.4.2 堤防修复设计

旧堤修复采用重力式M10 浆砌石，断面采用梯形断面，加高后的顶宽0.5 m，底宽和迎水面边坡与旧堤保持一致，背水侧边坡根据实际情况确定。旧堤修复时，应将破碎、坍塌的块石拆除至相对平整牢固的作业面。作业面以上不小于0.5 m 高的范围内为M10 浆砌石矩形断面，然后渐变至顶宽0.5 m，堤顶设10 cm厚C15 混凝土压顶。旧堤修复后，应与上下游堤防平顺衔接，经维修加固后的堤防迎水侧全部进行勾缝防止旧堤脱浆。

3.5 护岸工程

本次河道治理段K0+469—K0+800 处，由于河道冲刷较大，呈深窄式，采用重力式浆砌石堤防对河段主槽进行防护。河道治理段罗夏高速匝道桥下（K2+100）至下游307 国道桥下（K3+561）河段确定为复式断面，按照10 年一遇洪水标准，确定该治理段主槽宽30 m，深1.5 m，主槽迎水面采用0.5 m 格宾石笼贴坡防护。

4 节点工程设计

4.1 跌水工程

目前，河道治理段K2+100—K3+560 淤积严重，采用复式断面进行滩槽整治后，确定K3+550 处设浆砌石跌坎，以调整河道纵坡，便于末端3#管涵路在非汛期可顺利导流上游来水。

根据地形、地质条件，本次设计跌水由上游翼墙段、控制段、跌墙、消力池段、整流段以及下游翼墙段组成，均为M10 浆砌石结构。上下游翼墙长5 m，净高1.5 m，墙体设一排排水孔，孔距2.0 m，高出设计地面0.5m，在排水孔进口处外包无纺布（300 g/m2）并设置砂砾料反滤体，沿墙后通长布置；上游控制段长10 m，厚0.5 m；消力池段长6.3 m，厚0.8 m；整流段长5 m，厚0.5 m，底板设φ50 排水孔，梅花型布置，间排距1.5 m，并设置反滤土工布。

4.2 拦砂坎

因河道比降较大，河床下切剧烈，冲刷严重，故在桩号K0+800 处设置1 座拦沙坎，采用M10 浆砌石重力式结构，上游边坡1∶0.2，下游边坡1∶0.5，净高3 m，顶宽2.0 m，基础埋深1.0 m，长30 m，两岸各伸入土质边坡2 m。下游设M10 浆砌石消力池，长7 m，厚0.5 m，底板设直径50 mm 排水孔，梅花型布置，间排距1.5 m，并设置反滤土工布。贴近地面设直径200 mm 排水钢管，用于排导上游来水。

5 结论

5.1 跨河建筑物过流能力复核

跨河桥梁处具体情况见表3。

表3 方山河跨河建筑物行洪复核表

5.2 效益

工程建设后，将有效工程保护河道沿岸3 个村庄3 500 人和企业，减轻了洪水灾害对沿岸人民的正常生产、生活的威胁，使沿线防洪标准达到10 年一遇洪水标准。保证了沿线居民在安定的生活环境和沿岸经济、文化的稳定发展，对整个项目区的发展起到保障带动作用。