平原地區(qū)中小河流治理工程設(shè)計思路

鄭 芳

（江西省水利規(guī)劃設(shè)計院，江西南昌 330029）

我國中小河流眾多，分布廣，流域面積在200平方公里以上、有防洪任務(wù)的中小河流有9200多條。大部分中小河流的防洪設(shè)施標準低，河道淤積萎縮嚴重，堤防未得到過系統(tǒng)治理、險工險段較多，防洪保障體系不健全。因此，加快中小河流治理是保障和改善民生的必然要求，是完善防洪減災(zāi)體系的迫切需要；加快中小河流治理，提高防洪能力，保障人民群眾生命財產(chǎn)安全和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)中小河流治理規(guī)劃，在 2013年前全面需完成2209條中小河流重要河段的治理任務(wù)，2013～2015年要完成2800條左右中小河流的主要河段的治理。其中，平原地區(qū)的河流占了1/4以上，同時，平原地區(qū)的中小河流保護的區(qū)域具有人口集中、土地資源較豐富、地理位置優(yōu)越、交通便利等特點，因此，平原地區(qū)的中小河流治理尤為重要。

本文以豐城市秀富水左岸的鴉豐聯(lián)圩除險加固工程為例，介紹平原地區(qū)中小河流治理的工程設(shè)計的整體思路。

1 工程概況

秀富水是清豐山溪的一級支流，發(fā)源于豐城市秀市鎮(zhèn)源里村，自東南向西北流經(jīng)杰坪村、秀市鎮(zhèn)、小石下、汊口村，于右岸石灘鎮(zhèn)羅家咀匯入清豐山溪。流域面積520km2，主河道長82km，主河道平均比降0.278‰。

鴉豐聯(lián)圩隸屬豐城市管轄，位于秀富水的左岸，由原來萬畝以上圩堤鴉豐聯(lián)圩和陳埠圩合并而成，堤線總長30.50km。圩堤保護面積42.70km2，保護耕地4.14萬畝，保護人口3.05萬人。保護孫渡、劍南、榮塘、橋東4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、18個行政村，116個自然村的防洪安全，保護區(qū)內(nèi)有京九鐵路、豐洛鐵路、豐撫公路、豐樂公路等重要設(shè)施。鴉豐聯(lián)圩保護區(qū)內(nèi)地勢平坦，土地肥沃，水土資源豐富，盛產(chǎn)糧食及農(nóng)副產(chǎn)品，為豐城市重要商品糧基地，水路、陸路運輸較為方便。

2 工程地質(zhì)

秀富水河曲發(fā)育，地勢平坦開闊，鴉豐聯(lián)圩堤段主要為沖積平原地貌，沿河流發(fā)育漫灘。圩堤內(nèi)地表水系發(fā)育，淵塘密布，沿堤線內(nèi)側(cè)多見有長條狀溝渠。圩堤堤身土主要取自堤內(nèi)外兩側(cè)表土，主要為粘土、壤土，填筑質(zhì)量一般。堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要為單層結(jié)構(gòu)Ⅰ1亞類、雙層結(jié)構(gòu)Ⅱ1、Ⅱ2亞類及多層結(jié)構(gòu)Ⅲ1、Ⅲ2亞類堤基。根據(jù)歷史險情記錄與地質(zhì)勘察資料分析，該堤段存在的主要工程地質(zhì)問題為堤基滲透穩(wěn)定、岸坡穩(wěn)定問題及沉降變形穩(wěn)定問題。

3 工程存在的問題及主要任務(wù)

3.1 工程存在的問題

鴉豐聯(lián)圩保護區(qū)在該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展中占有較重要的地位，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展?jié)摿Υ螅篮橹卫砗?，將為該地區(qū)改變經(jīng)濟落后的面貌，促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)有防洪工程對防御洪澇災(zāi)害雖起一定的作用，但存在問題較多。

（1）河道坡降平緩，河床淤塞嚴重，相應(yīng)抬高了河道水位，防洪形勢日趨嚴峻。

（2）組成岸坡土層，抗沖性差，抗沖流速一般小于汛期河水流，特別是粘性土層之下的中、細砂層易于沖刷淘蝕，形成坍塌，迎流頂沖段破壞尤劇。局部堤段堤外無灘地，河床逼近堤防，危及堤防安全。

（3）現(xiàn)狀堤身單薄，堤頂高程不滿足防洪標準要求。

（4）部分堤段堤身填筑質(zhì)量一般，汛期外河水位較高作用下，堤身易產(chǎn)生滲漏及滲透破壞，甚至產(chǎn)生堤身塌坡、脫坡現(xiàn)象。在雨水的沖刷作用下，易產(chǎn)生水土流失，影響堤身邊坡的穩(wěn)定。

（5）穿堤建筑物普遍存在涵管管身破損、材料老化、局部坍塌及漏水嚴重等問題，已不能正常運行，嚴重威脅到大堤防洪安全。

3.2 工程建設(shè)的主要任務(wù)

根據(jù)河道、堤段存在的具體問題，分別采用河道疏浚清障、護坡護岸、堤身加高加固、堤身堤基防滲處理、建筑物加固以及重新鋪設(shè)堤頂防汛公路等防洪治理工程措施。逐步建設(shè)完善鴉豐聯(lián)圩工程，以達到增加河道行洪能力，提高防洪功能的目的。

4 工程布置及主要建筑物

根據(jù)《防洪標準》（GB50201-94）和《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-98）等有關(guān)規(guī)定，結(jié)合圩堤保護區(qū)社會經(jīng)濟 地位的重要性、人口規(guī)模等，確定本工程為5級堤防。防洪標準為抵御秀富水十年一遇的洪水。穿堤建筑物的級別根據(jù)其規(guī)模按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）確定，但不應(yīng)低于5級，建筑物的設(shè)計洪水位比所在堤段設(shè)計洪水位提高0.5m。

4.1 河道疏浚工程

根據(jù)現(xiàn)狀河勢及測量資料，對主河床范圍內(nèi)的洲地進行清淤整治，以平順河道縱坡，減少糙率。疏浚開挖料可以利用于堤后填塘，其他棄料運至指定棄渣場堆放，不得隨意堆放在河道內(nèi)。

4.2 堤防工程

通過根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-98），堤頂超高按下式計算：

式中：Y —堤頂超高（m）；

R —設(shè)計波浪爬高（m）；

e —設(shè)計風(fēng)壅增水高度（m）；

A —安全加高（m），A =0.5m。

通過計算，堤頂超高值為0.99，為此確定本段堤頂超高為1.0m。

根據(jù)現(xiàn)狀堤身斷面及堤身土質(zhì)情況，按照確定的堤頂高程及設(shè)計標準斷面進行加高培厚處理，并配合堤防滲流計算、堤身抗滑穩(wěn)定分析計算，確定堤防設(shè)計斷面為：堤頂寬4.0m，堤頂設(shè)寬3.5m的泥結(jié)碎石防汛路面，臨水坡坡比為 1:2.5，背水坡為1:2.5。

堤基土主要為雙層結(jié)構(gòu)，局部為單一砂性土結(jié)構(gòu)，或多層結(jié)構(gòu)。雙層結(jié)構(gòu)有上薄層粘性土、下伏砂性土結(jié)構(gòu)與上厚層粘性土，下伏砂性土結(jié)構(gòu)。外河水易通過砂性土形成的滲漏通道在堤內(nèi)蓋層缺失或薄弱處產(chǎn)生滲透破壞。堤基滲控措施按其作用可分為壓滲、排滲、截滲等，通過對臨水側(cè)防滲鋪蓋、垂直防滲、背水側(cè)壓滲蓋重、排水減壓井（溝）等措施的防滲效果、施工及適用條件分析，結(jié)合地形地質(zhì)情況和堤基滲流計算結(jié)果，確定對堤防沿線的坑、塘處采用填塘固基的防滲措施。

4.3 護坡、護岸工程

4.3.1 護坡工程

硬化護坡堤段的選擇主要依據(jù)以下原則：首先對河道彎曲，主河道直接為迎流頂沖堤段和高水位時形成的迎流頂沖、主流直接逼近堤腳的堤段進行重點防護；其次對急流傍岸且堤外側(cè)無灘地，水流常年累月對堤坡、堤腳沖刷，已造成或?qū)⒁斐傻掏馄滤碌潭?，均進行硬化護坡防護處理。硬化護坡有干砌塊石、漿砌塊石、預(yù)制混凝土及現(xiàn)澆混凝土護坡等型式，根據(jù)本工程實際情況分析，預(yù)制混凝土護坡造價較為經(jīng)濟，且防風(fēng)浪效果好，施工簡單，進度快，較為美觀，施工質(zhì)量容易控制，因此推薦采用混凝土預(yù)制塊護坡。

混凝土預(yù)制塊護坡厚度以混凝土塊在波浪壓力和浮力作用下，滿足整體穩(wěn)定要求確定，按《水工設(shè)計手冊》式（18-10-21）計算：

式中：t —混凝土護坡厚度，m；

k —安全系數(shù)，本圩為5級堤防，取k =1.10；

2h —設(shè)計波高（m），取H10%；

γc—混凝土的容重，取2.4t/m3；

w—水的容重，取1.0t/m3；

b—沿堤坡向板長（m），b=0.52m；

α—壩坡與水平線的夾角，m =1:2.5，

α =21.8°。

通過計算，可得混凝土預(yù)制塊護坡厚度為8.5mm，本次設(shè)計取10.0mm。

本次設(shè)計對河道迎流頂沖、砂性土堤段7處共1.2km長的堤防迎水坡進行了厚10mm的混凝土預(yù)制塊護坡，其余堤段迎水坡和背水坡均采用草皮護坡。

4.3.2 護岸工程

按照不影響上、下游、左右岸地區(qū)和有利于行洪原則，主要采取平順護岸固腳形式進行處理，以穩(wěn)定岸坡。平順護岸采用水下拋石固腳。水下固腳工程結(jié)構(gòu)型式常用的有拋石、塑料織物土枕、軟體排、鉸鏈混凝土排、柴排等。根據(jù)對以上幾種型式的比較，拋石護岸有施工簡單，護岸效果好等優(yōu)點，本次護岸工程設(shè)計采用水下拋石護岸?？紤]抗沖、級配及石料來源等影響因素，塊石粒徑按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄D.3.4.1推薦公式計算：

式中：d —折算直徑（m）按球折算；

V —水流速度（m/s）取0.87m/s；

g —重力加速度；

C —石塊運動的穩(wěn)定系數(shù)；水平底坡取 0.9，傾斜底坡取1.2；

rs—石塊的重率，取26.5kN/m3；

r —水的重率，取10kN/m3。

通過計算，傾斜坡上塊石最小粒徑d =0.16m，平緩底坡上塊石最小粒徑為 0.29m，為保證拋石的整體性，水平底坡和斜坡上拋石粒徑取不小于0.30m。拋石厚度一般不小于塊石粒徑的 2倍，厚0.6m。

拋石設(shè)計斷面為：拋石體頂高程為設(shè)計枯水位以上0.5m。岸坡陡于1:2的，按邊坡1:2拋護，拋石體頂寬1.5m，再外拋厚0.6m，寬4m的水平護腳。坡度緩于1:2的陡岸，按原坡拋護，斜坡上拋石厚度按0.6m控制，拋到緩于1:3平緩處或河深泓。

4.4 穿堤建筑物設(shè)計

穿堤建筑物主要存在的問題是涵管管身破損、混凝土老化、管徑過小及漏水嚴重，已不能正常運行，嚴重威脅到圩堤防洪安全。涵閘處理布局基本維持現(xiàn)狀不變，在對現(xiàn)有建筑物進行調(diào)查、分析后因地制宜地采取拆除重建、新建等方式。對強度、耐久性無問題的涵閘予以保留。對隱患嚴重的、已不能正常工作，影響大堤安全的，一律拆除，按圩堤加高加固方式回填，能合并重建的一律合并重建。

5 結(jié) 語

中小河流治理是水利部“十二五”規(guī)劃中的重點工作之一，中小河流治理任務(wù)繁重，這就需要我們設(shè)計人員更好的做好前期工作，總結(jié)出更多的設(shè)計經(jīng)驗，少走一些彎路，給地方政府提供更加科學(xué)合理的設(shè)計成果，為中小河流治理項目盡快實施發(fā)揮效益盡一份力量。