婺源縣城區(qū)防洪治理工程設(shè)計(jì)

蔡方昕，王建峰(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 0029；2.江西省水工結(jié)構(gòu)工程技術(shù)中心,江西 南昌 0029；.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100)

婺源縣城區(qū)防洪治理工程設(shè)計(jì)

蔡方昕1,2，王建峰3
(1.江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院,江西 南昌 330029；2.江西省水工結(jié)構(gòu)工程技術(shù)中心,江西 南昌 330029；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西 楊凌 712100)

針對(duì)婺源縣城區(qū)防洪體系中防洪堤未封閉、澇區(qū)無(wú)擋洪排澇設(shè)施、防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低、無(wú)法抵御20年一遇洪水等問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)有防洪提現(xiàn)狀、防護(hù)對(duì)象等因素，設(shè)計(jì)采取有針對(duì)性的新建土堤、新建防洪墻和干砌石護(hù)岸等為一體的防護(hù)加固方案.經(jīng)抗滑和抗傾覆穩(wěn)定、滲流穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)應(yīng)力等分析，計(jì)算結(jié)果表明：防護(hù)加固建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、抗?jié)B性和應(yīng)力指標(biāo)均符合規(guī)范要求，防洪加固方案具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益.

城區(qū)防洪；土堤；防洪墻；干砌石護(hù)岸

1 工程概況

婺源縣位于樂(lè)安河上游，屬江南典型的丘陵山區(qū)縣，是江西省“對(duì)接長(zhǎng)三角、向東發(fā)展的橋頭堡”.目前，城區(qū)防洪設(shè)施未修建完整，各澇區(qū)未修建擋洪排澇設(shè)施，多數(shù)防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，現(xiàn)有的防洪治澇設(shè)施遠(yuǎn)不能滿足防洪治澇要求[1].根據(jù)婺源縣城區(qū)地形及樂(lè)安河水系分布情況，各堤段防洪標(biāo)準(zhǔn)按二十年一遇(P=5%)洪水設(shè)防，主要防護(hù)加固防洪堤有：武口防洪堤、城北防洪堤、老城區(qū)防洪堤、城南防洪堤和齊家岸防洪堤，堤線總長(zhǎng)14.11 km.

2 城區(qū)現(xiàn)有防洪提防現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

婺源縣為山區(qū)縣，城區(qū)的自然災(zāi)害主要是洪澇災(zāi)害.1996年汛期，城區(qū)淹沒(méi)范圍達(dá)1.5 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失約700萬(wàn)元.1997年汛期，城區(qū)淹沒(méi)范圍約2.5 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失約2 000萬(wàn)元.1998年汛期，城區(qū)淹沒(méi)范圍約2.0 km2，直接經(jīng)濟(jì)損失約3 100萬(wàn)元.自1956年以來(lái)歷年直接經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)近億元.城區(qū)地勢(shì)相對(duì)較高，現(xiàn)狀防洪設(shè)施也相對(duì)較少，現(xiàn)有防洪堤大多堤身低矮，老化失修，多數(shù)防洪堤未封閉，難以抵御較大洪水.2003—2010年，利用地方資金修建了城北防洪堤(樁號(hào)0+0 396+820)和武口防洪堤(樁號(hào)2+037～4+730)堤段.除以上兩段防洪堤能達(dá)到20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)外，其余老堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)均不足10年一遇.從現(xiàn)有防洪河道和防洪設(shè)施分析，該河段在抗御外洪上存在以下突出問(wèn)題：

(1)河兩岸臺(tái)地為砂壤土，使河道兩岸沖刷嚴(yán)重，兩岸臺(tái)地常被淘刷沖塌；

(2)城區(qū)內(nèi)現(xiàn)有防洪堤防少，標(biāo)準(zhǔn)低，且未能封閉，造成洪水期洪水泛濫入城；

(3)城區(qū)內(nèi)各澇區(qū)基本上無(wú)任何排澇設(shè)施.

現(xiàn)狀堤防迎流頂沖險(xiǎn)段堤段，共4段，長(zhǎng)4.04 km，需進(jìn)行干砌石護(hù)岸處理；新建土堤1處，長(zhǎng)0.550 km；新建防洪墻1處，長(zhǎng)1.320 km.城區(qū)防洪工程納入治理范圍現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)加固措施(見表1).

表1 城區(qū)防洪工程納入治理范圍現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)加固措施

河名及部位堤名起止樁號(hào)堤長(zhǎng)/km堤(地)頂現(xiàn)狀高程/m設(shè)計(jì)水位/m(P=5%)存在問(wèn)題或險(xiǎn)情加固措施樂(lè)安河左岸片區(qū)城北防洪堤0+000～2+1102.11072.25～77.9773.15～72.48迎流頂沖、塌坡、崩岸干砌石護(hù)岸城南防洪堤0+000～1+0001.00068.45～79.1269.49～69.03迎流頂沖、塌坡、崩岸干砌石護(hù)岸樂(lè)安河右岸片區(qū)武口防洪堤0+000～0+5500.55060.31～68.2172.47～72.29地勢(shì)低洼、無(wú)堤防防護(hù)新建土堤,干砌石護(hù)岸老城區(qū)防洪堤0+000～1+3201.32066.44～68.5270.22～69.43已建防洪墻,高度不足新建防洪墻齊家岸區(qū)齊家岸防洪堤0+000～0+3800.38072.33～71.3468.69～68.61迎流頂沖、塌坡、崩岸干砌石護(hù)岸

3 防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)

3.1 新建土堤設(shè)計(jì)

新建武口防洪堤(樁號(hào)武口堤0+000～0+550)位于樂(lè)安河右岸，從香坑口外河山嘴至文公大橋上游約200 m處,保護(hù)范圍為右岸居民區(qū).堤線沿現(xiàn)有岸線布置，按20年一遇洪水設(shè)防，工程級(jí)別為4級(jí)[2].

(1)堤頂超高計(jì)算及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)斷面

選取武口堤0+200作為典型斷面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算風(fēng)速12.6 m/s，吹程500 m，計(jì)算成果表明：波浪爬高R為0.58 m，壅水高e為0.002 6 m，安全加高A為0.6 m，堤頂超高Y=R+e+A為1.182 6 m，參照工程區(qū)已建防洪堤[3]，設(shè)計(jì)堤頂超高取1.2 m.

根據(jù)計(jì)算成果，堤頂超高采用1.2 m，設(shè)計(jì)堤頂寬為6.0 m；臨、背水邊坡均為1 ∶2.5.堤頂設(shè)5 m寬混凝土防汛路面，樁號(hào)0+000～0+550，長(zhǎng)0.550 km，面層為0.25 m厚C25混凝土.

(2)堤身滲流穩(wěn)定分析

新建土堤堤線處堤基為Ⅱ2結(jié)構(gòu)，上部為粘性土，厚3.0～5.9 m；下部為砂礫卵石，下伏中元古界雙橋山群上亞群千枚巖，工程地質(zhì)條件較好.設(shè)計(jì)選取堤身填筑較高(5.29 m)，擋水高度較大(3.09 m)的武口堤0+400段作為典型斷面進(jìn)行分析.堤身填筑粘土滲透系數(shù)為6.15×10-6，允許滲透坡降為0.42；堤基粘性土和砂礫卵石，滲透系數(shù)為8.00×10-5和2.50×10-2，允許滲透坡降為0.46和0.20.堤身最大滲透坡降Jmax計(jì)算成果(見表2).

表2 堤身最大滲透坡降Jmax計(jì)算成果表(注：計(jì)算坡降為背水側(cè)滲流出逸比降)

斷面樁號(hào)計(jì)算條件計(jì)算值Jmax允許值J允結(jié)論0+400設(shè)計(jì)土堤斷面(粘土)0.250.42滿足要求

計(jì)算結(jié)果表明，武口堤0+400新建土堤斷面Jmax為0.25，在規(guī)范允許的0.42技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)，堤身整體穩(wěn)定性及抗?jié)B性較好，無(wú)需進(jìn)行專門的防滲處理[4].

(3)堤身抗滑穩(wěn)定計(jì)算

選取武口堤0+400作為典型斷面進(jìn)行分析，其計(jì)算簡(jiǎn)圖(見圖1和圖2).

圖1 設(shè)計(jì)斷面背水坡穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

圖2 設(shè)計(jì)斷面臨水坡穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

武口堤0+400計(jì)算斷面，各土層物理力學(xué)參數(shù)(見表3).

表3 邊坡穩(wěn)定計(jì)算各土層力學(xué)參數(shù)取值

土層情況飽和快剪指標(biāo)摩擦角/(°)凝聚力c/kPa濕容重/(g/cm3)飽和容重/(g/cm3)堤身粘土16231.651.92堤基粘性土15.522.01.681.95砂礫卵石0301.882.03

選用設(shè)計(jì)洪水位和洪水期驟降兩種工況，按照?qǐng)A弧滑動(dòng)法中的有效應(yīng)力法進(jìn)行堤坡抗滑穩(wěn)定分析，計(jì)算成果(見表4).

表4 堤坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

計(jì)算斷面設(shè)計(jì)工況圓弧滑動(dòng)法計(jì)算值圓弧滑動(dòng)法規(guī)范值備注武口堤0+400設(shè)計(jì)洪水位2.4051.15背水坡、有效應(yīng)力法洪水期驟降3.1061.15迎水坡、有效應(yīng)力法

計(jì)算成果表明：堤身在設(shè)計(jì)洪水位和洪水期驟降工況下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為2.405和3.106，均大于規(guī)范規(guī)定的1.15指標(biāo)，抗滑穩(wěn)定滿足要求.

3.2 防洪墻設(shè)計(jì)

老城區(qū)防洪堤樁號(hào)0+000～1+320段，考慮到城區(qū)建設(shè)及加載對(duì)原有擋墻安全穩(wěn)定的影響，設(shè)計(jì)采用加設(shè)較小C25混凝土懸臂式防洪墻.

防洪墻頂高程采用設(shè)計(jì)洪水位加超高，超高值與土堤超高值相同為1.2 m.防洪墻斷面根據(jù)地形、地質(zhì)資料、穩(wěn)定應(yīng)力要求和使用要求確定[5]，防洪墻墻高為4.10～5.10 m，頂寬為0.5 m，臨水面坡度采用鉛直墻，背水面坡度為1 ∶0.1，防洪墻上游面距原有擋墻外邊線4.50～36.00 m，墻前設(shè)0.62 m寬墻趾,底板厚0.50 m，在底板下設(shè)截水槽.堤后采用粘性土回填，回填平臺(tái)高程與墻外設(shè)計(jì)洪水位齊平，寬度為6.0 m，內(nèi)坡1 ∶2.0.

根據(jù)地質(zhì)資料，選取墻體高度較大的老城區(qū)堤1+000作為典型斷面進(jìn)行計(jì)算.墻基礎(chǔ)為壤土，摩擦系數(shù)為0.28.防洪墻穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算成果(見表5).

計(jì)算結(jié)果表明：Kc>[Kc]，Ko>[Ko]，抗滑和抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好.地基承載力小于基礎(chǔ)允許承載力180 kPa，滿足規(guī)范要求.

表5 防洪墻穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算成果表

堤名墻型計(jì)算斷面工況抗滑安全系數(shù)Kc抗傾安全系數(shù)K0地基應(yīng)力/kPaσmaxσmin應(yīng)力比η地基允許承載力/kPa備注老城區(qū)堤懸臂式1+000完建工況設(shè)計(jì)洪水工況3.051.813.6215.01121.3109.286.1782.761.4071.319180滿足要求

3.3 干砌石護(hù)岸設(shè)計(jì)

(1)護(hù)岸范圍

城北防洪堤樁號(hào)0+000～2+110段、武口防洪堤樁號(hào)0+000～0+550段、城南防洪堤樁號(hào)0+000～1+000段和齊家岸防洪堤樁號(hào)0+000～0+380段,共4段長(zhǎng)4.040 km，現(xiàn)狀堤段無(wú)外灘，處于迎流頂沖險(xiǎn)段，河水直接沖刷堤岸，坡腳掏蝕速度相對(duì)較快，崩岸塌坡易發(fā)生，需進(jìn)行護(hù)岸處理.

(2)護(hù)岸型式選擇

護(hù)岸設(shè)計(jì)依據(jù)《長(zhǎng)江中下游護(hù)岸工程技術(shù)要求》、《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—98)和實(shí)測(cè)地形圖進(jìn)行.根據(jù)類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)枯水位以上部位采用水上護(hù)岸處理，設(shè)計(jì)枯水位以下采用水下固腳處理.對(duì)于設(shè)計(jì)枯水位以上部位，當(dāng)陡岸靠近堤腳時(shí)，結(jié)合堤身設(shè)計(jì)斷面，按1 ∶2.0設(shè)計(jì)邊坡進(jìn)行削坡處理，并對(duì)岸坡進(jìn)行襯砌.由于岸坡遭受水流沖刷產(chǎn)生塌坡等變形時(shí)，干砌石作為散體結(jié)構(gòu)，更能適應(yīng)岸坡變形，故水上護(hù)岸采用干砌塊石.

(3)護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①護(hù)岸厚度

選擇城北防洪堤1+400堤段，按干砌石在波浪壓力和浮力作用下，滿足整體穩(wěn)定要求進(jìn)行分析，計(jì)算成果表明：波高0.211 m，波長(zhǎng)6.474 m，計(jì)算風(fēng)速12.6 m/s，吹程500 m，計(jì)算護(hù)坡厚度為14 cm，根據(jù)工程區(qū)類似工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)護(hù)岸干砌石厚度為30 cm.

②基礎(chǔ)沖刷深度

根據(jù)實(shí)際地形，城北防洪堤1+400堤段堤基上部土層主要為粗砂，其V允=0.7 m/s，計(jì)算得堤岸沖刷深度成果(見表6).

表6 堤岸沖刷深度計(jì)算成果表

流速/(m/s)水流與岸坡交角/(°)計(jì)算粒徑/m沖刷坑深度/cm2.17353x10-20.39

注：斷面為城北防洪堤1+400

表6表明水流平順段最大沖刷坑深度為0.39 m，干砌石護(hù)腳埋深0.6 m，其埋深大于最大沖刷坑深度，滿足堤腳抗沖刷要求[6].

③護(hù)岸結(jié)構(gòu)

根據(jù)實(shí)測(cè)地形資料，城北防洪堤樁號(hào)0+000～2+110段、武口防洪堤樁號(hào)0+000～0+550段、城南防洪堤樁號(hào)0+000～1+000段和齊家岸防洪堤樁號(hào)0+000～0+380段陡岸，均位于設(shè)計(jì)枯水位以上，設(shè)計(jì)將陡于1 ∶2的岸坡削坡至1 ∶2，并用干砌塊石進(jìn)行岸坡防護(hù)，干砌塊石厚30 cm，下鋪10 cm厚的砂礫石墊層.干砌石護(hù)岸上設(shè)壓頂，下設(shè)齒槽，齒槽埋深0.6 m、底寬0.6 m，開挖邊坡1 ∶1.

4 結(jié) 語(yǔ)

婺源縣城區(qū)防洪工程，由于防洪設(shè)施未修建完整、無(wú)擋洪排澇設(shè)施、多數(shù)防洪堤防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低等原因，加上城區(qū)發(fā)展擴(kuò)大增大了防洪范圍，現(xiàn)有防洪設(shè)施遠(yuǎn)不能滿足防洪要求.為較好地解決城區(qū)存在的外洪內(nèi)澇問(wèn)題，提高城區(qū)防洪標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)婺源縣城市防洪規(guī)劃、城區(qū)地形地貌及樂(lè)安河水系分布情況，結(jié)合城區(qū)洪情分析及防洪體系建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，提出疏浚清障河道、加大河道行洪能力、加高加固城區(qū)各防洪堤、封閉各堤段的綜合性防洪治理方案.

(1)現(xiàn)狀武口防洪堤、城北防洪堤、城南防洪堤和齊家岸防洪堤，共4處長(zhǎng)4.040 km的迎流頂沖險(xiǎn)段堤段，設(shè)計(jì)采用30 cm厚干砌塊石進(jìn)行“水上護(hù)岸、水下固腳”加固處理.干砌石護(hù)腳埋深0.6 m，大于0.39 m的最大沖刷坑深度，護(hù)岸結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和堤腳抗沖刷性較好.

(2)樂(lè)安河右岸片區(qū)，按20年一遇的洪水標(biāo)準(zhǔn)，新建1處長(zhǎng)0.550 km的土堤.堤頂超高采用1.2 m，堤頂寬6 m，臨、背水邊坡均為1 ∶2.5.堤身最大滲透坡降和邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均在規(guī)范允許指標(biāo)范圍.

(3)老城區(qū)防洪堤樁號(hào)0+000～1+320段，設(shè)計(jì)采用在原防洪墻上加設(shè)較小C25混凝土懸臂式防洪墻，長(zhǎng)1.320 km.防洪墻頂寬為0.5 m，臨水面坡度采用鉛直墻，背水面坡度為1 ∶0.1.地基承載力小于基礎(chǔ)的允許承載力，防洪墻抗滑和抗傾覆穩(wěn)定及應(yīng)力滿足要求.

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Engineering Design of Urban Flood Control Embankment in Wuyua

CAI Fang-xin1,2, WANG Jian-feng3

(1.Jiangxi Water Conservancy Planning and Designing Institute, Nanchang 330029, China;2.Jiangxi Hydraulic Structures Engineering and Technology Center, Nanchang 330029, China;3.Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China)

The present situations in Wuyuan urban flood control system make it impossible to resist the flood of 20-year frequency because of the low flood control standards, such as unblocked flood protection levee and non-blocking flood drainage facilities in water-logging area. According to the overall planning of urban flood control, the distribution of Le’an River, and the flood control standard of the planning years, combined with the existing flood control facilities, protection object and other factors, the integrated protection and reinforcement scheme including new embankment, new flood wall and dry masonry revetment has been design and adopted. The analysis results on anti-sliding and anti-overturning stability, seepage stability and structural stress show that the overall stability, permeability and stress indicators of the protection and reinforcement structure conform to the standard requirement totally. The flood prevention and strengthening scheme has good technical and economic benefits.

urban flood control; embankment; flood wall; dry masonry revetment

2016-03-16

蔡方昕(1982-)，男，江西南昌人，工程師，主要從事水工建筑物設(shè)計(jì)工作.

TV873+3

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1008-536X(2016)08-0044-04