新河鄠邑区段流域综合治理项目中堤防工程设计与施工

江 丹

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司东莞分公司,广东 东莞 523000）

0 引言

现代化水利项目的建设与发展,既促进了国民经济的发展,又使人民的生活条件得到了改善。而堤坝是一项具有抵御洪涝灾害能力的重大工程,它直接影响着整个水利工程的正常运转。要注重在河堤施工中的运用,从材料的选取和各施工阶段的角度,充分考虑工程的施工工艺,从而确保了整个河堤工程的水平与质量。十八大以来,中央对生态文明的建设给予了高度的重视,制定了一系列的顶层设计、制度安排和决策部署,将生态文明建设融入到“五位一体”和“四个全面”的战略布局之中。习近平总书记在治水问题上多次作了重大讲话,其中明确提出了“节约为主、平衡空间、系统管理、双管齐下”的治水方针。新河鄠邑区段流域综合治理项目的实施,进行河道堤防、清淤疏浚、生态防护林等一系列相关的综合整治内容,达到水环境、水生态、水安全的整治目标,优化生态环境,加快建设美丽西安,重现“八水绕长安”盛景。本文就项目中的堤防工程进行分析。

1 工程概况

新河是渭河右岸一级支流,发源于鄠邑区石井镇的曲峪河村秦岭西沟脑山东侧,自南向北流经西安市鄠邑区石井、余下、甘亭、五竹等镇街,于沣西新城钓台街东江渡村进去沣西新城,经曹家滩村、王道村后,于马家寨村汇入渭河。新河主河道长40 km（含潭峪河）,其中潭峪河段21.5 km,新河段18.5 km。流域面积约303.8 km2,河道平均比降8.5‰,上游由潭峪河、曲峪河、化羊峪、黄柏峪、乌桑沟、四岔沟和三岔沟等支流组成。新河流域山区、半山区面积51.4 km2,其余面积为平原地区。峪口以上大部分地区被森林覆盖,植被良好,河谷狭窄,山势险峻,河床比降大,水流湍急；峪口以下为相河川地,河谷相对开阔,土地肥沃,经济发达。支流潭峪河、黄柏峪和曲峪河三条支流在鄠邑区韩旗寨汇流后统称新河。本次河道治理共涉及新河流域三条支流,分别为潭峪河、黄柏河、许家河。其中潭峪河堤防治理段分为两段：第一段为潭峪口至潭峪河大桥上游1.1 km,山区流域面积为16.7 km2,河道长8.5 km。第二段为炉西村至八家庄3.13 km,该段上游流域面积为40.1 km2,其中山区流域面积为21.6 km2,河道长10.5 km。

2 堤型选择

2.1 断面比较

方案一：斜坡式（即倒梯形）断面

即采用放坡的梯形断面,分一级、两级或多级斜坡,采用1∶2～1∶2.5 的坡比,草皮护坡或生态砌块护坡。坡脚采用格宾石笼护角,梯形断面的优点是渠岸结构简单,单位渠段长造价较低,亲水性强,且显得自然、生态,景观效果好,但缺点是占地面积大。该方案适合于两岸场地宽阔,征地较容易的渠段。

方案二：直墙式矩形断面

即渠顶高程以下均采用直墙式断面。直墙渠型具有拆迁、占地少等优点,但渠岸结构高度大,墙基应力大,对地基承载力要求较高,单位渠段长造价较高,显得呆板、单调,过于工程。该方案适合于两岸场地狭窄,征地有困难的渠段。

方案三：直立式生态砖挡墙断面

即在经常性水位以下采用直立式生态砖挡墙断面,减少征地。过水断面较大,墙身单位m 渠段工程量及造价高,水生植物不易存活,墙基应力较直墙堤型小,堤岸结构亲水性较强,且生态砖上可植草作绿化,尽可能增大了绿化面积,既亲水又符合生态,适于城市居民休闲生活的需要和人们对水环境的心理要求等优点。

综合以上三种方案,根据其生态效果、耐久性、施工、征地、投资等进行比较,方案对比见表1。

表1 三种方案对比表

2.2 断面选择

（1）黄柏河

现状堤防为当地村民为保护本村农田或房屋自行填筑的土堤,沿河道两岸零星布置,现状堤高1.0 m～2.0 m。对于小型堤形的选择主要是土堤和石堤,宜优选土堤,再从本工程实际情况进行分析。现状土堤断断续续,为当地村民自行填筑,经过水文计算堤防高度约为1.5 m～2.0 m。如果选用土堤,则本身土方填筑量较大,且与原地面衔接自然,与周边自然环境融洽,而且施工简单,取材方便,工程造价低,但是占地面积较大。如果选用石堤,直立式生态砖挡墙,过水断面大,堤岸亲水性较强,尽可能的增大绿化面积,即亲水又符合生态,且可以减少征地,适合于城市居民休闲生活的需要和人们对水环境的心理要求。

根据实际情况,上游345 乡道段右岸为345 乡道,采用方案一格宾石笼生态护坡。结合现状,对河道进行拓宽,采用石笼护脚梯形生态护坡,河道底宽8 m,护脚采用两层格宾石笼护脚,护坡坡比1∶1.5,采用加筋麦克垫。

（2）潭峪河

潭峪河现状属无堤段,堤线沿自然岸坎布设,为新修堤防段。经水文计算堤防高度不满足三十年一遇洪水位,现状河道较宽,施工较容易,两岸基本为荒地和农田。现状下游八家庄堤防整治为梯形断面,综合考虑,根据本工程实际情况,从经济方面考虑,优先选用一级斜坡式（即倒梯形）断面方案,从表中可知,方案一自然、生态,景观效果好,且经济实惠。故本次加固采用方案一。

结合现状,采用石笼护脚梯形生态护坡,河道底宽20 米,护脚采用两层格宾石笼护脚,护脚格宾石笼2 m 一联,宽1.5 m、高1.0 m,护脚土石笼2 m 一联,宽度、高度均为1 m。河底宽度不宜小于15 m,河道深度不宜小于3 m；河道迎水坡结合景观要求变化,但坡比不得陡于1∶1.5,采用蜂巢约束,背水坡坡比为1∶2；堤顶宽度为3 m～5.0 m,可结合景观步道设置。

（3）惠丰渠

现状惠丰渠为土渠,无明显岸坡,河底宽1 m～2 m,河道高度为1 m～2 m,两岸均为农田、灌木。根据现场实际情况,惠丰渠承担城防段排洪通道,需要对现状惠丰渠进行加高拓宽,现状惠丰渠左岸为铁路保护范围,右岸为基本农田,空间位置限制,如果选用土堤,则本身土方填筑量较大,且与原地面衔接自然,与周边自然环境融洽,适合于城市居民休闲生活的需要和人们对水环境的心理要求。故在惠丰渠采用占地面积少的方案三。

根据实际情况,采用生态砌块直立挡墙,左右岸砌块高3.2 m,砌块下部为混凝土基础高0.6 m,混凝土基础下部为碎石垫层找平层,厚度为0.3 m。河道上口宽7.70 m,砌块迎水面坡比1∶0.24,两岸堤顶宽度为3 m,满足通行要求。

2.3 堤顶高程计算

（1）风浪要素

平均波高采用莆田公式计算：

平均波周期按下式计算：

风浪达到稳定状态的最小风时按下式计算：

式中：H 为平均波高,m；T 为平均波周期,s；V 为计算风速,m/s；F 为风区长度,m；d 为水域的平均水深,m；g 为重力加速度,9.81 m/s2；tmin为风浪达到稳定状态的最小风时,s。

（2）波浪爬高

在风直接作用下,正向来波在单一斜坡上的波浪爬高可按下列方法确定：

（3）堤顶高程的确定

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286－2013）,堤顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定,具体见表2。

表2 设计堤顶高程统计表

2.4 堤顶宽度

堤顶路作为防汛救灾的主要交通要道,同时也是人们休闲散步、亲水观赏的主要场所。堤顶宽度按《堤防工程管理设计规范》和《堤防工程设计规范》的相关规定,结合我国城市建设发展需要,确定堤顶宽度。按照《堤防工程设计规范》规定,一级堤坝的最大宽度不能低于8 m,2 级不能低于6 m,3级不能低于3 m。具体见表3。

表3 堤顶宽度统计表

2.5 冲刷计算

河道底部及护岸局部冲刷参考《堤防工程设计规范》按下式计算：

式中：hs为局部冲刷深度,m；H0为冲刷出的水深,m；Ucp为近岸垂线平均流速,m/s；Uc为泥沙启动流速,m/s；n 为与防护岸坡在平面上的形状有关的参数,取n=1/4。φ为水流流速不均匀系数。

分别选取黄柏河断面,潭峪河断面,惠丰渠断面进行冲刷计算,计算结果见表4。

表4 河道冲刷深度计算表

3 结语

河道综合整治是降低洪灾损失、改善两岸生态环境的主要工程措施,其主要工程措施是建设防洪堤,在选取防洪堤的结构形式时,要充分考虑河床的冲刷变形对河道的影响,根据公式和实测资料,确定最佳的断面形式。通过对新河鄠邑区综合整治工程的堤防设计和施工,此次治理的潭峪河、黄柏河和许家河为新河一级支流,是鄠邑区防洪、排涝的主要河流。因此,新河流域的治理对于改善区域防洪、排涝系统、增强区域综合防灾能力具有重要意义,确保了本地区水资源的安全。