六洞河巴王段治理工程堤型选择

刘荣阳

（贵州省水利水电工程咨询有限责任公司,贵州 贵阳 550081）

三穗县地处云贵高原向湘西丘陵过渡的斜坡地带,六洞河从西到东横穿三穗县,是三穗县的“母亲河”。随着经济、社会的发展,三穗县城区向南和向东拓进,城市规模不断扩大。与此不相协调的是,县城东部下游巴王段河道防洪建设不完善,防洪能力低。因此对于三穗县六洞河巴王段的河道治理,需要结合县城总体发展规划,以防洪工程为主,在保证行洪安全的前提下考虑与周围环境及生态景观相协调。本文以六洞河巴王段为例,研究探讨河道治理工程因地制宜各河段采用不同堤型断面形式[1],同时也可为类似工程设计提供参考。

1 工程概况

六洞河为清水江一级支流,全流域面积2070 km2,干流河长179 km,平均比降2.47‰。六洞河巴王段治理工程位于三穗县八弓镇,为县政府所在地。六洞河干流上游河段堤防已由县城防洪堤工程等项目完成修建,范围为长坡脚至污水处理厂下游150 m,工程等级为Ⅳ等,防洪标准20 年一遇。

本次工程治理起点与已建六洞河干流上游防洪堤相接,终点位于八弓镇巴王村,治理河道长度6.9 km。

2 河段防洪现状

治理河段两岸主要分布农田和村寨,由于河道比降平缓,河道蜿蜒崎岖,河道淤积河床逐年抬高,河道宣泄能力降低,洪水宣泄不畅,而两岸阶地较平缓,天然河堤高程较低,河道防洪建设不完善,河道行洪能力不足,防御洪水标准偏低,现状河段过流能力大部分不足5年一遇,部分河道两岸甚至常年被淹,严重威胁当地村民生活、生产安全。

3 河道断面设计

3.1 河道规模确定

根据县城总体规划,项目区上游河段H2+090上游为三穗县城区规划用地,本次治理河段桩号H2+090上游河段为城市防洪,桩号H2+090下游河段保护乡村及两岸耕地。根据保护对象的重要性,上游段防洪标准为20年一遇（与上游已建段一致）,下游段10年一遇。

3.2 河道断面设计原则

（1）与城镇发展规划相协调,上下游、左右岸应统筹兼顾。

（2）尽量维持河道自然风貌及原有形态,减少硬化、渠化河道,在保证行洪安全的前提下考虑与周围环境相协调。

（3）利用现有堤防及河流走向,合理布置,尽可能减少土地占压和拆迁,节省工程投资。

（4）河道断面形式因地制宜多样化,堤型变换处应做好连接处理。

3.3 河堤断面设计

河道断面形式根据不同地段、不同功能采用不同断面形式,通过比选,河段分别采用衡重式堤防、格宾石笼+生态袋堤、抛石护脚+生态袋堤、斜坡型生态护岸,左右两岸各河段选择堤型见表1。

表1 各段堤防堤型一览表（左岸Z、右岸Y，提取部分）

3.3.1 衡重式挡墙堤防

对于居民点较密集且距离河岸近的吉洞村老寨河段,考虑到乡村道路及房屋在河岸边,占地限制较大,比选后采用衡重式挡墙防洪堤,衡重式挡墙迎水侧坡度1∶0.05,背水侧坡度1∶0.3。衡重力挡墙修建后高于原河岸较高（高于岸边乡村公路2 m～3 m）,为避免影响附近居民及游客进入河道,同时减少衡重挡墙工程量,挡墙顶设防浪墙降低墙高,衡重式挡墙顶高程按洪水标准设计,墙背回填开挖土石弃渣压实回填,回填坡比1∶2,表面回填耕植土后植草,当地群众可通过回填坡至堤顶。堤背脚修建C15 砼截水沟。衡重式挡墙嵌入河床内的深度0.8 m大于冲刷深度。断面示意图见图1。

图1 衡重式挡墙堤防

3.3.2 斜坡型生态护岸

对于现有滩地大且植被较好或不宜修建明显堤防河段,采用斜坡型生态护岸,仅对地形局部加高,使河岸满足防洪,又可让河岸乔木等现有生态环境尽量保持现状。堤顶高程为设计洪水位加安全超高,堤顶宽3 m（部分根据地形顶宽0～2 m）,上下游坡比大于1∶2（与生态堤斜街段不陡于1∶1.5）,坡比不缓于1∶20,上下游坡度根据滩地范围进行放坡回填,护岸回填料可采用河道开挖弃料,上下游坡及顶部表面回填20 cm厚耕植土后植草。在常水位设置亲水平台置（P=50%）,亲水平台宽2 m,路面采用5 cm厚水泥砂浆镶φ30～40鹅卵石。防洪堤堤背根据实际地形修建C15 砼截水沟。岸脚采用抛石护脚埋深0.8 m。断面示意图见图2。

图2 斜坡型生态护岸

3.3.3 抛石护脚+生态袋堤防

对于部分河岸为土堤,岸坡乔木、竹林植被生长较好不宜破坏河段,选择抛石护脚,岸坡植被可抗冲刷,植被以下抛石抗冲刷。

堤顶高程为设计洪水位加安全超高,堤顶道路3 m宽,路面采用C20彩色透水砼15 cm,常水位P=50%以上为生态长袋坡段,为土工布袋体内装耕植土及草籽,坡比为1∶1.5；堤身背水面回填坡比为1∶1.5,回填耕植土后植草。防洪堤堤背根据实际地形修建C15砼截水沟,底坡按与堤防设计纵坡一致。堤身为开挖土石弃渣压实回填。

亲水平台置于常水位（P=50%）或根据地形略高于常水位,亲水平台宽2 m,路面采用水泥砂浆镶φ30～40鹅卵石。亲水平台靠河岸侧保留现有河岸植被生态,岸脚采用抛石护脚,抛石基础埋深0.8 m,护脚从底部到顶部高2.0 m（不破坏现有植被,可适当调整）。断面示意图见图3。

图3 抛石护脚+生态袋堤防

3.3.4 格宾石笼+生态袋堤防

对于河岸为土堤河段,堤顶高程为设计洪水位加安全超高,堤顶及两侧边坡结构与抛石护脚+生态袋河堤的一致,河床护脚采用格宾石笼挡墙,格宾石笼挡墙亲水平台置于常水位（P=50%）以下,顶宽1m,基础埋深0.6 m～1.2 m,迎水面呈梯步砌筑,梯步从底部开始按0.5 m×1.0 m（宽×高）逐步收梯至常水位。格宾挡墙背水面垂直,墙后采用聚酯长纤无纺布进行反滤。断面示意图见图4。

图4 格宾石笼+生态袋堤防

3.4 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）进行计算,结果见表2。

表2 冲刷深度计算成果表

根据表2计算结果,并结合各段堤型,抛石护脚埋深取0.8 m,衡重式挡墙埋深取0.8 m。格宾石笼顶按常年水位（P=50%）设置,实际埋深根据格宾石笼尺寸为0.6 m～1.2 m。

3.5 岸坡抗滑稳定分析

衡重式堤防稳定计算包括抗滑稳定及抗倾覆稳定计算,斜坡型生态护坡、抛石护脚+生态袋堤防、格宾挡墙+生态袋堤防包括边坡稳定计算,稳定计算方法为瑞典圆弧法。本次以衡重式计算为例。

衡重式堤防挡墙稳定安全系数按下式：

式中：Kc为抗滑稳定安全系数； ∑W为作用于墙体上的全部垂直力的总和,kN；∑P为作用于墙体上的全部水平力的总和,kN；f为底板与地基之间的摩擦系数,取0.45。

衡重式堤防挡墙抗倾稳定性按下式计算：

式中：K0为抗倾稳定安全系数；∑MV为抗倾覆力矩,kN·m；∑MH为倾覆力矩,kN·m。

计算结果如下：

（1）滑动稳定性验算。滑移力= 44.785 kN,抗滑力=107.257 kN,滑移验算满足：Kc=2.395＞1.300。

（2）倾覆稳定性验算。安全系数最不利为：倾覆力矩=109.601 kN·m,抗倾覆力矩= 310.003 kN·m。

倾覆验算满足：K0=2.828＞1.500

从上述计算可以看出,堤防稳定满足规范要求。

4 结语

本工程从县城规划、工程占地、生态环境以及防洪的衔接等条件出发,经综合比选并结合项目区实际条件,各河段分别采用衡重式堤防、格宾石笼+生态袋堤防、抛石护脚+生态袋堤防、斜坡型生态护岸多种堤型相集合,使本工程做到防洪与生态相结合,河道上下游连接形成封闭防洪体系,提高河道防洪标准,确保汛期沿河居民生命财产安全。本文所述工程案例可为相似工程的设计提供参考。