云南保山市昌宁县大勐统河防洪工程设计浅析

2023-01-04李文俊新疆兵团勘测设计院集团有限责任公司一分院

珠江水运 2022年23期

李文俊新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司一分院

1.项目概况

项目区所在地勐统镇位于昌宁东南部，距县城54km，东、东南毗邻凤庆县的勐佑镇和营盘镇，属怒江水系，勐波罗河一级支流，河道汇入口以上径流面积2550km2。该地区5月份即进入雨季，暴雨主要发生在6～10月，洪水均由暴雨形成。为了解决洪水灾害频繁问题，对云南保山市昌宁县大勐统河进行整治，治理河道12.08km，新建两岸防洪堤18.42km。

2.水文、地质

2.1 水文

勐波罗河流域洪水由暴雨形成，洪水发生时间与暴雨出现时间相应，根据旧城水文站1961～2012年实测洪水系列进行统计。设计水面线控制断面的各频率下的断面洪峰流量成果见表1。

表1 设计断面设计洪峰流量成果表单位：m3/s

2.2 地质

防洪堤段大都分布有厚度不等的粉土、粘土混粉细砂、卵、砾石层（Qapl-1）和人工堆积层(Qs)，局部段置于粉细砂层中，承载力较低。工程区附近砂石料储量丰富，河堤沿线冲洪积砂卵砾石及开挖料可做填筑料[1]。

3.工程设计

3.1 防洪整治标准

大勐统河治理段河道长度12.08km，保护河道两岸人口1.53万人，保护耕地面积1.46万亩；其中镇政府和主要的机关、事业单位都集中在该整治河段区域内。根据《防洪标准》（GB50201-2014），结合相关规划报告，综合选定防洪标准为10年一遇。

3.2 治导线及堤距

大勐统河现状河道处于一个相对稳定的状态，从河流的河势、水流、演变规律、地形、地质条件、结合现有建筑物的位置、施工条件进行综合考虑分析，设计治导线基本沿现状水边线、河岸坎线布置[1]。

根据河道造床流量（5年一遇的洪峰流量47.8m3/s）计算的河道稳定河宽为20～50m，与河道现状主河槽宽度基本一致，因此，在满足行洪能力要求的情况下，堤线及堤距维持现状，按现状河宽布置，确定堤距20～50m。

3.3 设计水面线

设计洪水水面线是确定防洪堤及护岸工程规模的依据。项目在现状实测横断面的基础上，根据确定的堤线、堤距，布置行洪断面的形式，作为推算水面线的基本依据[2]。其水力计算参考《水力计算手册》之河道恒定渐变流水面曲线计算方法进行计算，方程式为：Z2+Q2/(2g×ω22)-Q2×Δx/K′2＝Z1+Q2/(2g×ω12)。治理后河道糙率根据护坡形式综合确定为0.038（河床由砂砾石构成，糙率取0.040，边坡浆砌石糙率取0.0275）。设计水面线从河段终点断面起算，向上游推求。水面线计算结果见表2。

表2 河道水面线设计成果表单位：m

3.4 堤顶高程确定

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），堤顶高程按设计水位加堤顶超高确定[3]。

堤顶超高按下式计算确定：

Y=R+e+A

式中：Y——堤顶超高（m）；

R——设计波浪爬高（m）；

e——设计风壅增水高度（m）；

A——安全加高（m），本工程为不允许越浪的5级防洪堤工程，取A=0.5m。

根据《堤防工程设计规范》公式计算，工程0+000～12+080防洪堤超高为0.57m～0.80m，设计取0.8m。

3.5 基础埋置深度确定

根据《建筑地基基础设计规范》及相应结构设计规范的有关规定，基础埋置深度应符合以下要求：

1、在冻结深度以下不小于0.25m，基础深度应到达持力层，基础埋置深度不小于1.0m；

2、基础不得置于有机土，泥炭，腐植土及废弃垃圾土上；

由于修建防洪堤部分改变了天然河道的特性，河道必将形成新的冲淤平衡。首先，防洪堤建成后，河岸比天然河岸平顺，且糙率减小，引起河岸边流速加大，对堤基造成冲刷；第二，修建防洪堤使部分河段过流断面比天然河道有所减小，引起流速增大，水流挟砂能力增强，从而引起对河床或堤基的冲刷。对砂卵砾石地基，防洪堤基础必须满足抗冲刷要求，且应具有一定的安全富余[2]。

堤基置于砂卵砾石地基上，根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），冲刷深度按顺坝及平顺岸坡公式计算确定，计算公式如下：

经计算，大勐统河冲刷深度范围为0.61～1.37m，考虑到一定的安全富余，确定护脚基础埋置深度时，宜护至冲刷线以下0.5m。根据冲刷深度计算结果及堤基地质资料分析，综合确定各断面基础埋置深度，河道平直段基础埋置深度一般为1.0～1.5m，河道转弯段埋置深度为1.5～2.0m。

3.6 堤型选择

堤型按结构分有土堤、防洪墙或石堤，本次从防护对象、地质条件、设计洪水水面线影响和地形条件、工程占地、工程投资等方面，来考虑治理河段是否按同一堤型，或需分段采用不同的堤型。方案选择护堤型式设计选择主要遵循“因地制宜、就地取材、安全经济、美观适用、生态治理”的原则来考虑，一般情况下可选择梯形土堤或浆砌石、混凝土及钢筋混凝土重力墙等结构[3]。考虑当地石材的应用广泛，设计采用两种方案进行比选。

1）方案一：混凝土六角块护坡+浆砌石护脚土堤

堤身为梯形断面，迎水面坡比为1:1.5，背水面坡比为1:1.5，路堤结合，顶宽3.5m，堤顶设泥结石路面厚0.15m；护坡5年一遇洪水位以上采用预制C20混凝土六角块框格，格内回填种植土，5年一遇洪水位以下采用30cm浆砌块石护脚。坡脚采用重力式浆块石护脚，顶宽0.5m，底宽1.25m，平均高3.0m，见图1。

图1 方案一

2）方案二：格宾石笼挡墙护坡

格宾石笼挡墙护坡坡比1:0.5，错台布置，基础埋至坡脚开挖高程；挡墙后设运行管理道路，路面高程低于重力墙顶高0.5m，路面宽3.5m，设泥结石路面厚0.15m，见图2。

图2 方案二

经计算，从投资上看，方案二每延米投资2300元较方案一每延米投资2600元较省。从施工角度比较，方案一施工速度快，方案二格宾挡墙所需石料工程量大，施工时需一层一层施工，人工堆砌施工速度较慢。从适用性比较，方案一和方案二均为柔性结构，具有较强的抵御水流冲刷破坏能力，可以承受较大的变形。从生态环境方面比较，方案一和方案二石笼缝隙间的淤泥有利于植物和微生物生长，可与周围自然环境融为一体。从工程占地方案比较，方案一（见图1）为梯形断面，占地较大，方案二（见图2）较小。

综合以上因素，大勐统河两岸多为农田耕地，且多数河段两岸地形较为开阔，少数河段沿线均有交通道路，在选择堤型时，考虑尽可能利用现状道路，减少填筑量，减少工程投资，同时在地形较为开阔的河段，尽量结合生态环境选择适宜断面。因此，本次设计堤型方案分段确定如下：河道0+000～6+150和11+250～12+800两岸堤型选用方案一：混凝土六角块护坡+格宾网护脚土堤，投资较少，生态环境适应强；河道6+150～11+250段采用方案二：格宾挡墙护坡，投资最省，同时可利用现有道路，结合集镇发展布置，占地面积较小，生态环境力强。

方案设计见图1、图2。

4.建议

（1）工程的防洪标准应根据被保护区人口、耕地面积、经济规模并结合相关规划报告予以确定。

（2）河道整治工程中治导线是布置河堤的主要依据，需要从河流的河势、水流、演变规律、地形、地质条件、结合现有建筑物的位置、施工条件进行综合考虑分析。设计中治导线要以现状河道走向为依据，在满足行洪能力的情况下，堤线及堤距应尽量维持现状，不宜进行大范围的调整，只在局部对河流归槽束窄河段进行扩宽开挖，对于散乱不规则河流，进行河道归槽。