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      沁河河道治理工程設(shè)計(jì)概述

      2014-12-25 02:06:58關(guān)紅俊
      山西水利科技 2014年1期
      關(guān)鍵詞:鉛絲丁壩沁河

      關(guān)紅俊

      (山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 山西太原030024)

      1 工程概述

      沁河發(fā)源于長(zhǎng)治市沁源縣霍山東麓的二郎神溝,源頭分水嶺高程為2200 m左右。河流在太岳山崇山峻嶺間蜿蜒南下,穿越臨汾市安澤縣,在沁水縣官亭圪堆附近進(jìn)入晉城市,經(jīng)陽(yáng)城縣至澤州縣拴驢泉附近流入河南省,由河南省濟(jì)源市五龍口出太行山至武陟縣南賈村匯入黃河。

      沁河干流在山西省境內(nèi)均為山區(qū)型河道,河道縱坡較大,平均縱坡為0.38%,在孔家坡以上有赤石橋河、紫紅河兩個(gè)較大支流匯入,孔家坡至飛嶺之間有藺河匯入,其間干流建有和川引水樞紐;飛嶺至張峰區(qū)間有泗河、蘭河、龍渠河匯入,干流建有大(II)型的張峰水庫(kù);張峰至潤(rùn)城區(qū)間有沁水河、端氏河匯入;潤(rùn)城至五龍口有蘆葦河、獲澤河、長(zhǎng)河、西冶河匯入。

      本次沁河流域治理范圍內(nèi)涉及山西省長(zhǎng)治市沁源縣、臨汾市安澤縣和晉城市沁水縣、陽(yáng)城縣等4個(gè)縣。工程分為三段:沁源縣程壁鎮(zhèn)~閆寨村、安澤縣和川鎮(zhèn)~南灣村段及沁水縣張峰~陽(yáng)城縣潤(rùn)城鎮(zhèn)王家橋段。

      截至目前,沁河干流河道堤防僅建設(shè)40 km,近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,小城鎮(zhèn)的快速擴(kuò)張,尤其在沁水至陽(yáng)城一帶、沁源縣、安澤縣的防汛壓力大增,迫切需要修建堤防工程。

      2 任務(wù)及目標(biāo)

      根據(jù)水利部批復(fù)的《全國(guó)中小河流治理和中小水庫(kù)除險(xiǎn)加固專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》,全面推進(jìn)流域面積3000 km2以上有防洪任務(wù)的黃河主要支流的重點(diǎn)河段的防洪治理,使治理河段基本達(dá)到國(guó)家確定的防洪標(biāo)準(zhǔn)。本次治理河段涉及臨汾、沁源、晉城,保護(hù)范圍內(nèi)臨汾擁有農(nóng)業(yè)人口16684人,耕地5615hm2;沁源擁有農(nóng)業(yè)人口36939人,耕地4641hm2;晉城擁有農(nóng)業(yè)人口52122人,耕地3653hm2。

      本期沁河治理的主要任務(wù)為:以新建堤防、堤防加高加固、河道疏浚及河道整治工程為重點(diǎn),提高沁河治理河段防洪工程的抗洪能力。

      目標(biāo):通過(guò)本期建設(shè),使本次治理河段的堤防高度和寬度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn);規(guī)順河勢(shì),減緩河槽淤積,工程管理建設(shè)得到加強(qiáng),工程措施與工程管理有機(jī)結(jié)合,初步形成沁河防洪減淤體系,力保設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)洪水不決堤。本工程防護(hù)對(duì)象主要為兩岸的鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及周邊農(nóng)田、工礦企業(yè)。

      3 防洪標(biāo)準(zhǔn)和級(jí)別

      根據(jù)《山西省黃河流域重點(diǎn)支流治理專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃報(bào)告》、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB50201—94)及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)中的規(guī)定,確定沁河防洪標(biāo)準(zhǔn),沿線村莊的防洪標(biāo)準(zhǔn)按20年一遇設(shè)計(jì),兩岸堤防為4級(jí);沿線耕地的防洪標(biāo)準(zhǔn)按10年一遇設(shè)計(jì),兩岸堤防為5級(jí)。

      4 堤距的確定

      ①滿足安全、通暢泄洪的要求;

      ②適當(dāng)考慮河相關(guān)系,盡可能不改變河型;

      ③少占耕地或不占耕地,權(quán)衡工程量與防護(hù)效益,達(dá)到經(jīng)濟(jì)上的合理性,統(tǒng)籌考慮各河段及其上、下游的行洪要求。

      本工程河道屬于山區(qū)河道,堤線寬度和位置原則上根據(jù)20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算確定,堤距的最終確定除計(jì)算結(jié)果外還要結(jié)合實(shí)際地形和現(xiàn)有堤防工程進(jìn)行布置,對(duì)特殊狹窄河段進(jìn)行拓寬處理。通過(guò)水力學(xué)計(jì)算各斷面的水深、流速等參數(shù)。

      5 主要建筑物設(shè)計(jì)

      5.1 堤防設(shè)計(jì)

      河道橫斷面基本型式為梯形,根據(jù)現(xiàn)狀河道走向,堤防斷面防護(hù)型式采取以下三種型式:

      (1)重力式擋墻:主要布置在河床現(xiàn)狀較低的河段。采用M7.5漿砌塊石重力式擋土墻形式,頂寬500 mm,迎水坡1:0.3,擋土墻高度在5m以下時(shí),背水坡為1:0.2,擋土墻高度在5~6m時(shí),背水坡為1:0.25,墻后回填基礎(chǔ)或河道疏浚開(kāi)挖料,填土高度根據(jù)土方開(kāi)挖平衡確定,當(dāng)?shù)谭栏叨却笥?.0 m時(shí),填土高度填至距堤頂2.0 m的高度,當(dāng)?shù)谭栏叨刃∮?.0 m時(shí),填土高度填至堤頂。根據(jù)沖刷深度計(jì)算,堤防基礎(chǔ)埋深按1.5m考慮。每10 m設(shè)置一條伸縮縫,縫內(nèi)用中密度閉孔泡沫板填充。墻后按梅花形設(shè)置排水孔,排水管采用DN100PVC管。

      (2)仰斜式擋墻:在原土堤處設(shè)置仰斜式擋墻,采用M7.5漿砌塊石,漿砌塊石頂寬600 mm,迎水坡1:0.7,背水坡1:0.4,根據(jù)沖刷深度計(jì)算,基礎(chǔ)埋深按1.5m考慮。

      (3)土堤:主要布置在現(xiàn)狀高程較高,需加高堤防高度小于1.5m的河段。堤頂寬3000 mm,迎水坡1:2.5,背水坡1:2,土堤高度范圍0~1.5m,為防雨水沖刷,在土堤的迎水側(cè)采用草皮護(hù)坡。

      堤岸沖刷深度的計(jì)算采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)中的計(jì)算公式。

      1)水流斜沖順壩防護(hù)岸坡,產(chǎn)生的沖刷按下式計(jì)算:

      式中:△hp——從河底算起的局部沖深,m;

      α——水流流向與岸坡交角(°),按 α=20°~40°;

      m——防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù),m=0.3;

      d——坡角處土壤計(jì)算粒徑,cm,d取0.05cm;

      Vj——水流的局部沖刷流速,m/s,Vj=1.6~2.5m/s。

      2)水流平行于岸坡,堤防產(chǎn)生的沖刷可按下式計(jì)算:

      式中:hB——局部沖刷深度,m,從河底算起;

      hp——沖刷處的水深,m;

      Vcp——平均流速,m/s,取Vcp=2.17~5.62m/s;

      V允——河床面上允許不沖流速,m/s,查《水力計(jì)算手冊(cè)》中,砂卵石河床的允許不沖流速取2.0 m/s;

      n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān),一般取0.25。

      3)彎道沖刷深度計(jì)算:

      彎道水流對(duì)凹岸形成沖刷,其沖刷深度采用《水力計(jì)算手冊(cè)》中的與曲率半徑有關(guān)的沖刷公式計(jì)算。

      式中:Hmax——最大沖深值;

      R——河彎中心曲率半徑。

      經(jīng)計(jì)算,平行于岸坡的沖刷深度按1.5m計(jì)算,斜沖岸坡和彎道處的沖刷深度按5m計(jì)算。

      基礎(chǔ)埋深根據(jù)沖刷計(jì)算結(jié)果確定,由上面的沖刷計(jì)算知,基礎(chǔ)最大沖刷深度為5m,根據(jù)地基條件參照相關(guān)規(guī)范及類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn),確定基礎(chǔ)埋深為1.5m,對(duì)沖刷深度大于1.5m的堤段采用鉛絲石籠進(jìn)行水平防護(hù),防護(hù)長(zhǎng)度在3~5m。

      5.2 防護(hù)工程

      (1)護(hù)坡工程。護(hù)坡采用漿砌石貼坡防護(hù),主要布置在已建砌石堤防,但堤防高度與設(shè)計(jì)堤頂相差較多段,下部采用M7.5漿砌塊石,護(hù)坡坡度1:2,厚度500 mm,護(hù)至現(xiàn)狀高度,護(hù)岸底部設(shè)基礎(chǔ),采用M7.5漿砌塊石,矩形斷面,埋深1.5m,上部采用重力式擋墻,結(jié)構(gòu)形式同重力式擋墻。

      (2)護(hù)腳工程。主要布置在水流流速大、河道凹岸等可能發(fā)生沖刷破壞的河段。護(hù)腳材料采用鉛絲石籠,厚500 mm,長(zhǎng)度根據(jù)沖刷深度計(jì)算采用3~5m。

      5.3 護(hù)灘工程

      護(hù)灘工程主要布置在有大片耕地且易受水流沖刷的位置。

      1)沁源縣程壁村~閻寨村段、安澤縣和川~南灣村段護(hù)灘工程型式采用鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸,邊坡與現(xiàn)狀大致相同,范圍1:2~1:4,由河底鋪設(shè)至與灘地齊平的高程,在堤腳處設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳,長(zhǎng)5m,厚500 mm。

      本段護(hù)灘工程型式采用鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸,邊坡與現(xiàn)狀大致相同,范圍1:2~1:4,由河底鋪設(shè)至與灘地齊平的高程,在堤腳處設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳,長(zhǎng)5m,厚500 mm。

      2)張峰橋~王家莊橋段護(hù)灘工程主要有二種型式

      ①鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸。采用鉛絲石籠斜坡式護(hù)岸,邊坡與現(xiàn)狀大致相同,范圍1:2~1:4,由河底鋪設(shè)至與灘地齊平的高程,在堤腳處設(shè)置鉛絲石籠護(hù)腳,長(zhǎng)5m,厚500 mm。

      ②重力式擋墻護(hù)岸。主要布置邊坡較陡的河段。采用重力式擋土墻型式,M7.5漿砌塊石,墻頂寬500 mm,迎水坡1:0.2,背水坡1:0.3,墻后填土。根據(jù)沖刷深度計(jì)算,擋土墻基礎(chǔ)埋深按下挖1.5m深考慮。每10 m設(shè)置一條伸縮縫,縫內(nèi)用中密度閉孔泡沫板填充。墻后按梅花形設(shè)置排水孔,排水管采用DN100PVC管。

      另外在原有重力式護(hù)灘堤防基礎(chǔ)埋深不夠可能發(fā)生沖刷破壞的地段。采用鉛絲石籠護(hù)腳工程,厚500 mm,防護(hù)寬度根據(jù)沖刷深度計(jì)算采用3~5m。

      5.4 支流入河口工程

      沁河流域治理段沿線支流的匯入,對(duì)入河口對(duì)岸的堤防及村莊構(gòu)成嚴(yán)重威脅,另外支流入河口沒(méi)有堤防或堤防向上游延伸較短,造成河水在支流入河口附近“抄后路”沖毀農(nóng)田和堤防。采用的工程措施一方面將入河口處堤防向支流上游延伸,與公路堤或現(xiàn)有支流堤防相連,杜絕洪水抄后路。另一方面在支流入河口對(duì)岸布置控導(dǎo)工程,防止毀壞對(duì)岸堤防。堤防結(jié)構(gòu)斷面尺寸與主河道堤防結(jié)構(gòu)尺寸一致,墻高依地形而變,基礎(chǔ)埋置深度1.5m。

      5.5 控導(dǎo)工程設(shè)計(jì)

      控導(dǎo)工程是穩(wěn)定中小水流路,控導(dǎo)河勢(shì),防止堤防和灘岸被沖刷而采取的工程措施。根據(jù)本工程情況,設(shè)計(jì)采用丁壩的型式。

      丁壩重點(diǎn)布置在彎道及頂沖點(diǎn)的下游側(cè),以主流頂沖點(diǎn)為界。為使丁壩下游主流不再頂沖堤防,最后幾道丁壩長(zhǎng)度根據(jù)挑移范圍大小,可適當(dāng)加長(zhǎng),將主流挑離堤防達(dá)到保護(hù)堤防的目的。根據(jù)河道情況,在沁源縣程壁~閻寨河道樁號(hào)7+145.7(東川河入河口)處、10+579.2(東河入河口)處、20+580(交口河入河口)處彎道較大,遭遇洪水時(shí)對(duì)岸容易受到?jīng)_擊,規(guī)劃在此3處布置丁壩控導(dǎo)工程。

      丁壩平面位置:丁壩的平面布置根據(jù)整治線布置、水流流勢(shì)、河岸沖刷情況和已建同類(lèi)工程的經(jīng)驗(yàn)確定,依堤而設(shè),采用下挑、非淹沒(méi)式。每處布置10條,每條長(zhǎng)度10.0 m,間距取15m。軸線與水流方向夾角一般采用30°,第一道丁壩和最后幾道丁壩根據(jù)水流條件適當(dāng)加長(zhǎng),夾角采用30°~60°。

      丁壩選用能適應(yīng)河床下沉變形而自身又比較穩(wěn)定的鉛絲石籠丁壩,斷面型式為3層臺(tái)階式梯形斷面,層高0.8m,頂層寬2.0 m,中層寬3.6m,底層為適應(yīng)沖刷塌落,保護(hù)丁壩主體,上下游側(cè)、壩頭加寬部分長(zhǎng)度均按河床沖刷深度的1.5倍考慮,取5m。丁壩后端與堤防的漿砌石護(hù)岸相連接。

      5.6 排水涵洞工程

      為保證鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活用水和田地中的雨水順利排出,河道兩岸需要設(shè)置排水口,分別布置在沁河的兩岸。排水口采用DN800的混凝土管從大堤下穿過(guò),管道坡度為0.3%,管底設(shè)340 mm厚C15混凝土管座;混凝土管出大堤后,以現(xiàn)狀緩坡接1m厚、10 m長(zhǎng)的格賓石籠防沖帶。

      6 結(jié)語(yǔ)

      長(zhǎng)期以來(lái),糧食是關(guān)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展全局的重要戰(zhàn)略物資,保護(hù)和提高糧食綜合生產(chǎn)能力,對(duì)于維護(hù)國(guó)家糧食安全,增加農(nóng)民收入,促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有十分重要的意義。近幾年來(lái),受糧食生產(chǎn)效益比較低、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和自然災(zāi)害等因素的影響,特別是由于投入不足,河道防洪體系不完善,功能退化,長(zhǎng)期制約著當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此,搞好沁河河道治理工程建設(shè),充分發(fā)揮河道工程的防洪保安作用,最大程度地減少農(nóng)業(yè)災(zāi)害損失,徹底解決溫飽問(wèn)題,是非常必要而又十分緊迫的,也是項(xiàng)目區(qū)今后一段時(shí)間內(nèi)水利發(fā)展、“三農(nóng)”發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)的一個(gè)重要方向。

      隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會(huì)的不斷進(jìn)步,兩岸人民群眾對(duì)提高河流防御洪澇災(zāi)害的能力和享有防洪保障的要求不斷提高。因此對(duì)河道進(jìn)行全面治理,不僅直接關(guān)系著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,而且直接保護(hù)著沁河兩岸人民生命財(cái)產(chǎn)的安全,同時(shí)對(duì)保護(hù)下游的生態(tài)安全和用水安全具有特殊作用。

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