方山縣北川河河道治理工程堤防設(shè)計(jì)簡述

姚 穎

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030024）

1 概述

方山縣地處呂梁山中段西側(cè)，境內(nèi)梁峁起伏，溝壑縱橫，整體地勢由北向南傾斜，屬黃土丘陵溝壑區(qū)。三川河為黃河一級(jí)支流，地處山西省呂梁地區(qū)境內(nèi)，由東川河、南川河和北川河匯集而成，于柳林縣境內(nèi)石西鄉(xiāng)流入黃河。北川河是三川河的主流，發(fā)源于方山縣北邊的赤堅(jiān)嶺，自北向南縱貫方山縣全境。主流全長110 km，縱坡0.7%，流域面積1476 km2。

本次治理段處于北川河干流上游，方山縣城以北河段，為麻地會(huì)鄉(xiāng)韓家溝村至下游圪洞鎮(zhèn)津良莊村之間的河段。

2 堤防現(xiàn)狀及存在問題

2.1 堤防現(xiàn)狀

本次治理河道總長7.7 km，已建堤防堤身結(jié)構(gòu)為漿砌石重力式堤防和土堤。土堤壩基座落于原地面，坍塌嚴(yán)重；漿砌石堤身完整性較好，堤基埋深因地形不同差異較大，在地勢較低地段為1～2m。

2.2 存在問題

一是河道治理缺乏綜合規(guī)劃，河道工程形不成整體的防護(hù)開發(fā)效益。二是河道淤積嚴(yán)重，主槽萎縮，行洪能力降低，防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，大部分河道的行洪能力不足5年一遇。三是河道堤防工程少且不連續(xù)，防洪能力差。在7.70 km長的治理河段內(nèi)，現(xiàn)有漿砌石擋墻左堤長2724.6m，右堤長2326.4m，且大部分河壩為20世紀(jì)七八十年代所建，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，加之年久失修，毀壞十分嚴(yán)重。原堤防的漿砌石基礎(chǔ)埋設(shè)深度不夠，造成基礎(chǔ)裸露、坍塌。四是支流匯入口沒有工程設(shè)施，水流紊亂，破壞堤防。部分彎道過急，水流長期淘刷，造成護(hù)提損壞、坍塌。五是人為設(shè)障現(xiàn)象嚴(yán)重，河灘地種植侵占河道，建筑垃圾傾倒河道等現(xiàn)象造成河道窄小，行洪不暢，嚴(yán)重影響現(xiàn)有橋梁處河道的過流能力，對(duì)橋梁安全構(gòu)成威脅。六是河道內(nèi)隨意采砂現(xiàn)象嚴(yán)重，破壞了河道的生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致河流走勢不穩(wěn)，影響行洪安全。

3 工程等級(jí)和防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，結(jié)合該地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，確定北川河堤防等級(jí)為Ⅴ等5級(jí)，防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為10年。依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》，確定此工程建筑物抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。治理段河道兩側(cè)為一般鄉(xiāng)村，非農(nóng)業(yè)人口小于20萬人，防洪標(biāo)準(zhǔn)采用10年一遇設(shè)計(jì)洪水。

4 堤防布置

河道治導(dǎo)線確定應(yīng)因勢利導(dǎo)，按河床演變和河勢分析，根據(jù)設(shè)計(jì)洪水流量確定，在有堤防的河段應(yīng)以現(xiàn)有堤線作為洪水治導(dǎo)線，且上下游應(yīng)平順連接，并兼顧左右岸。本次北川河治理段兩岸堤防治導(dǎo)線比較明確，河道寬度基本保持現(xiàn)狀，局部可適當(dāng)拓寬。

該段河道主槽底高程起始端1245.50m，末端1158.10m，河道縱坡在3‰～15‰之間，平均11.4‰，河道主槽寬5～27m，設(shè)計(jì)河床寬度根據(jù)水力計(jì)算成果并結(jié)合現(xiàn)狀確定為50～60m。

5 堤防設(shè)計(jì)

5.1 堤型選擇

本次堤防工程應(yīng)盡可能不改變?cè)谭乐螌?dǎo)線與堤防形式，充分利用舊堤防，部分新建、改造的堤防護(hù)岸斷面形式均采用重力式堤防。

5.2 堤防縱斷設(shè)計(jì)

堤防縱段設(shè)計(jì)盡量維持原河道縱坡，減少工程開挖量。根據(jù)河道實(shí)際地形、凍土深度及水力學(xué)計(jì)算成果和河道沖刷深度，確定堤防基礎(chǔ)埋深為1.8～2.2m，以此確定堤防基礎(chǔ)開挖縱坡。

5.3 堤頂高程確定

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加相應(yīng)的波浪爬高、風(fēng)壅增高和安全加高確定。選取兩個(gè)代表性的斷面計(jì)算出堤頂超高分別為0.73m和0.75m，因此本工程的堤頂超高按0.8m計(jì)算。

治理段河道蜿蜒曲折，過水?dāng)嗝娌灰?guī)則，其水力因素十分復(fù)雜，設(shè)計(jì)水面線計(jì)算按明渠恒定非均勻流進(jìn)行，采用試算法推求天然河道的水面曲線。

5.4 堤防橫斷面設(shè)計(jì)

新建堤防工程包括現(xiàn)狀無堤防和拆舊建新兩類。新建堤防采用漿砌石重力式擋墻。

新建重力式防洪墻：本次設(shè)計(jì)擋墻堤頂寬0.5m；墻前迎水側(cè)邊坡1∶0.1，墻后背水側(cè)邊坡1∶0.3；墻趾寬0.2m，墻踵寬0.5m；擋墻高度2.11～5.99m，底寬1.64～3.2m，基礎(chǔ)厚1.0m，河道急彎段的凹岸擋墻基礎(chǔ)埋深為2.2m，其余擋墻基礎(chǔ)埋深均為1.8m。擋墻墻頂采用2 cm厚的M10水泥砂漿抹面。擋墻沿縱向每10m設(shè)一道伸縮縫，縫寬20 mm，縫內(nèi)填充高密度聚乙烯閉孔泡沫板。施工時(shí)建基面處若遇級(jí)配不良砂、低液限粉土等夾層時(shí)，應(yīng)全部挖除，回填卵石混合土或碎石并夯實(shí)，使其滿足設(shè)計(jì)要求。

舊堤加固改造：根據(jù)舊堤實(shí)際情況，采取加高、加厚等措施加固，在擋墻墻頂采用2 cm厚的M10水泥砂漿抹面。設(shè)計(jì)對(duì)需加高1.0m以下的舊擋墻，直接在其墻頂加高，并維持墻前坡比1∶0.1；對(duì)需要加高1.0m以上的舊擋墻，除在墻頂加高外，同時(shí)在墻背后加厚，并維持墻前坡比1∶0.1；墻背坡比1∶0.3。加固部分沿縱向設(shè)分縫，分縫位置與舊堤分縫一致。

5.5 堤防穩(wěn)定性計(jì)算

堤防穩(wěn)定計(jì)算考慮運(yùn)行期和施工期兩種工況。堤防抗滑、抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)不應(yīng)小于《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的數(shù)值。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)公式計(jì)算堤防抗滑和抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算，通過計(jì)算可知抗滑穩(wěn)定系數(shù)和抗傾穩(wěn)定系數(shù)均大于規(guī)范數(shù)值，滿足穩(wěn)定性要求，各種工況下的基底應(yīng)力均小于地基允許承載力，基底應(yīng)力不均勻系數(shù)滿足要求。