巢湖市柘皋河防洪治理工程的河道設(shè)計研究

◎何沖

城市近些年發(fā)展的十分迅速，環(huán)保、生態(tài)等概念逐漸地映入到人們的眼簾，當(dāng)前對于河道的治理工程已經(jīng)跳出了初級化階段，一方面河道的建設(shè)要達到一定的防洪排澇功能，另一方面對于河流周圍的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)也要給予足夠的重視程度，將其打造成為城市發(fā)展的綠肺。

一、工程概況

柘皋河位于巢湖市境內(nèi)，全長約24km，流域總面積518.24km2垾。流經(jīng)柘皋鎮(zhèn)、中鎮(zhèn)、夏閣鎮(zhèn)至巢湖市匯入巢湖。這篇文章所舉的項目實例位置在安徽省巢湖市，主要河流為柘皋河支流金平河及金平河支流孔村支流。項目區(qū)金平河防洪能力低下、生態(tài)系統(tǒng)脆弱，亟需進行河道綜合整治。工程主要治理項目有：護坡護岸工程、河道疏浚工程、建筑物工程（堰壩、橋）等。為滿足本工程實施方案設(shè)計、招標及施工圖設(shè)計階段深度要求，需查明工程范圍內(nèi)的工程地質(zhì)及施工區(qū)域的地質(zhì)條件，找出該地區(qū)出現(xiàn)的地質(zhì)問題，從而為工程設(shè)計提供更加科學(xué)的資料。

二、工程總體布置

本次金平河河道治理工程實施的主要內(nèi)容為清淤、護岸護坡整治工程、堤防工程、防汛道路、涵閘工程、橋涵工程、泵站工程，適時地對河道進行清淤，可有效地保證過水?dāng)嗝?，降低洪水位。通過本項目的實施，為沿河地區(qū)城市建設(shè)和社會主義新農(nóng)村建設(shè)提供防洪排澇的安全保障，創(chuàng)造優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境提供有效支持。該實例工程主要包括的施工內(nèi)容有河道清障、岸坡整治等相關(guān)工程。

三、河道工程設(shè)計

1.河道岸線總體布置。

岸坡整治盡量保持河流的自然形態(tài)，充分利用現(xiàn)有護岸，現(xiàn)狀完好的予以保留，對護岸破損嚴重的予以修復(fù)，現(xiàn)狀無護岸的新建護岸，在部分地段栽種當(dāng)?shù)仄贩N的植物進行護岸；河道兩岸增加植物措施。在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾糜H水設(shè)施，方便群眾的生產(chǎn)、生活。本工程擬整治河道為柘皋河金平河段，各治理河段岸線應(yīng)結(jié)合河道現(xiàn)狀進行布置。

2.護岸型式選擇。

該工程所采用的護坡類型是混凝土砌塊模式，該模式主要適用于河流情況為中小水流。通過水流對其產(chǎn)生的作用，能夠保持良好的穩(wěn)定性；利用其所具有的高開孔率能夠使河水的流速得到有效的降低，使流體壓力得到一定程度的減少，從而更好的將排水能力進行提高，對于其開孔部分不僅能夠起到排水的作用，而且還能夠進一步的提升植被覆蓋面積，對環(huán)境產(chǎn)生一定的美化作用。結(jié)合本工程實際情況，本次設(shè)計擬采用的岸坡結(jié)構(gòu)型式主要為連鎖式混凝土砌塊護坡和草皮護坡。

3.岸坡設(shè)計。

本次設(shè)計擬采用的岸坡結(jié)構(gòu)型式主要為連鎖式混凝土砌塊護坡和草皮護坡。這種護坡通常情況下在河道迎流頂沖段應(yīng)用的比較廣泛，聯(lián)鎖式生態(tài)砌塊厚度120mm，混凝土強度等級為C20，壓頂、鎮(zhèn)腳混凝土強度等級為C20，護砌頂部高程平20年一遇洪水位。護岸結(jié)構(gòu)圖見下圖：

圖1 聯(lián)鎖式生態(tài)混凝土砌塊護坡+草皮護坡

4.護岸設(shè)計計算

（1）沖刷深度計算。

本工程項目區(qū)河道護岸沖刷深度最大在0.8m左右，護岸基礎(chǔ)進入土層的埋深應(yīng)不小于0.8m，本工程設(shè)計固腳尺寸0.8m*1.0m，滿足抗沖要求。

（2）科學(xué)的計算邊坡所具有的穩(wěn)定性。

根據(jù)相關(guān)工程的設(shè)計規(guī)范要求，計算堤坡的穩(wěn)定性分為兩個階段，一個是穩(wěn)定的滲流期，另一個是水位降落期，當(dāng)河水的水位處于驟降期，通過進行科學(xué)的計算得出，將可能出現(xiàn)的各種工況考慮進去后，計算下斷面所具有的抗滑穩(wěn)定系數(shù)全都超過了規(guī)定的最小穩(wěn)定系數(shù)，達到了相關(guān)規(guī)范的標準要求。

四、堤防工程

1.堤頂高程確定。

根據(jù)堤防所在河道斷面特征和河道灘地分布及本地的氣象資料等，通過科學(xué)的計算后，風(fēng)浪需要進行爬高為，由于風(fēng)壅增水的高度十分小，一般忽略不計。考慮到4級堤防的安全加高后，堤防安全超高需0.896m，所以這次對于安全堤防的設(shè)計超高需要達到1.0m，即堤頂設(shè)計的高程需要增加1.0m。

2.堤身加固設(shè)計。

根據(jù)堤防相關(guān)設(shè)計規(guī)定的要求，3級以下堤防頂端的寬度最好要超過3.0m。本次設(shè)計考慮到堤頂交通、汛期搶險等因素，確定堤防加固設(shè)計堤頂寬度為5.0m。根據(jù)類似工程經(jīng)驗、地質(zhì)條件及工程現(xiàn)狀，堤防內(nèi)、外側(cè)邊坡均選用1：2。由于擬進行堤防加固河段兩岸均無灘地，堤防加固不能減小河道的行洪斷面，另外，堤身內(nèi)培有利于堤防施工早期的穩(wěn)定，因此，采用內(nèi)培方式對堤身進行相應(yīng)的加高處理。堤身加培的標準斷面從迎水側(cè)最小的有效斷面外邊線向內(nèi)推定，并考慮到堤線的順直，超出的部分一般不削坡；堤頂欠高0.3m以下的一般不加高；設(shè)計堤頂高程處現(xiàn)狀堤寬大于5.0m的不予培厚。在對堤防進行加培的過程中必須要提前將結(jié)合面的雜物進行清理，將表面存在的浮土、草皮等相關(guān)雜物進行清理干凈，通常情況清理的厚度要達到0.3m，原則上清至原狀土。清基范圍應(yīng)超過邊線以外至少0.5m，清基面應(yīng)修成緩坡，再填筑新土，碾壓夯實。迎水側(cè)堤身加高加寬培厚所用土料通常使用的是粘土、壤土等；背水側(cè)堤身加高加寬培厚所用土料可采用砂壤土或輕粉質(zhì)壤土。填筑時均應(yīng)嚴格控制含水量，盡可能為最優(yōu)含水量，并分層碾壓密實。根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013），4級堤防要求堤身的壓實度不低于0.91。

五、穿堤涵閘工程

1.穿堤涵閘結(jié)構(gòu)設(shè)計。

這次堤防治理工程已經(jīng)對6座建筑物建立了相應(yīng)的穿堤，因為年久失修，結(jié)構(gòu)老化嚴重，普遍存在涵長偏短、滲漏等現(xiàn)象，本次工程擬對其進行拆除復(fù)堤，另外為滿足各圩區(qū)的排澇要求，沿治理段堤防需新建4座穿堤涵閘。設(shè)計穿堤建筑物所具備的防洪標準要達到4級。工程區(qū)內(nèi)各穿堤涵閘具體設(shè)計參數(shù)如下表所示。

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新建涵閘軸線應(yīng)與堤線正交，考慮到涵閘地基的地形地質(zhì)條件并節(jié)省工程量，利用已有的灌排渠系、盡量減少工程投資和挖壓占地面積，各涵閘在現(xiàn)規(guī)劃排區(qū)出水溝位置建設(shè)。利用規(guī)格為C25的鋼筋混凝土進行相應(yīng)的穿堤涵閘，底板所具備的高程由上下游渠溝條件及原底板高程綜合確定，洞徑由排澇流量及相應(yīng)的上下游水位差來確定。

2.穿堤涵洞結(jié)構(gòu)設(shè)計。

本工程共有一座穿堤涵洞，名稱為李坎穿堤涵洞，位于金平河主河道處，因金平河主河道與其支溝因新建堤防隔斷，所以在堤防中將穿堤涵洞進行相應(yīng)的埋設(shè)能夠使水流更便于進行流動。

綜合考慮到施工拆模等因素，設(shè)置的涵洞尺寸規(guī)格如下：寬度與高度的規(guī)格為，長度達到21.96m，箱涵壁與底板厚度要達到0.4m，墊層采用的是混凝土。

（1）箱涵結(jié)構(gòu)計算。

為了保證頂板、邊墻等設(shè)施的厚度達到規(guī)范標準要求，而且還需要考慮到其經(jīng)濟性，這就需要適度的控制結(jié)構(gòu)配筋含鋼率的大小，科學(xué)的計算出涵洞的具體數(shù)值。在對其進行計算的過程中要充分的考慮到邊載所產(chǎn)生的影響，根據(jù)等效剛度原理適當(dāng)?shù)膶⑾虏拷Y(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的簡化處理。荷載的計算主要有：地基反力、外水壓力等。查《取水輸水建筑物叢書（涵洞）》中的有關(guān)內(nèi)容，對于李坎穿堤涵洞，按照土壓力計算側(cè)向所產(chǎn)生的水平土壓力。具體的計算公式為：

考慮防汛道路的通車要求，按四級公路考慮，設(shè)計荷載為公路Ⅱ級。從李坎穿堤涵洞內(nèi)力計算成果表結(jié)果可以看出，由于穿堤涵洞尺寸較小，控制截面含鋼率均是由最小配筋率控制，結(jié)構(gòu)強度滿足要求。

六、泵站工程設(shè)計

1.站址選擇。

金平站為抽排的站涵分離式泵站，根據(jù)站區(qū)地形、進出水、電源、交通布置等工程現(xiàn)狀，參照以往經(jīng)驗，在總體方案上確定采用較優(yōu)的正向進水布置型式。

金平站為堤內(nèi)排澇站，考慮到利用原有池塘，泵站選在K1+900樁號處建設(shè)。金平排澇站，排澇面積0.104萬畝，0.42m3/s。詳細的設(shè)計參數(shù)如表3所示

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2.總體布置。

金平站位于金平河左岸，泵站采用堤后干室型正向進水，正向向出水布置，布置有進水池、泵房、和出水U形槽等建筑物。下面將本次設(shè)計按軸線布置描述如下：

（1）進水池。

泵站進水池為現(xiàn)狀天然水塘，由于水塘多有淤積，現(xiàn)對水塘塘底進行清淤、塘邊進行C20混凝土護砌并在塘底臨近泵房位置做長為9.9m的C20混凝土護底，護底厚300mm。

（2）泵房。

泵室為堤后干室型鋼筋砼結(jié)構(gòu)，采用戶內(nèi)式結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用半埋式對泵站的廠房進行了相應(yīng)的設(shè)計，主要分成了兩層結(jié)構(gòu)，設(shè)計的平面尺寸達到了12.40m×9.00m，并且設(shè)計了11.50m的基礎(chǔ)水泵頂高程，同時設(shè)計了11.60m的室外地面高程，泵房為混凝土框架結(jié)構(gòu)。檢修層為梁板結(jié)構(gòu)，與墩墻整體澆筑，層面高程為12.77m，由4根0.35m×0.35m立柱支撐于泵房底板上，為安全及起見，于檢修層外沿設(shè)鋼欄桿，并在靠近泵房大門側(cè)設(shè)鋼爬梯由檢修層通向水泵層。

（3）U形槽。

水泵出水管穿過金平河左側(cè)堤防，順接C25鋼筋砼混凝土U形出水槽，出水槽底板厚0.5m，凈寬4.5m。金平站縱剖面見下圖5-4。

圖2 金平站縱剖面圖

七、結(jié)論

項目實施后除能產(chǎn)生防洪效益外，還將產(chǎn)生巨大的社會和生態(tài)效益，并具有潛在的經(jīng)濟效益。該工程施工完成后，能夠有效的抵御洪水的侵襲，降低該地區(qū)受到洪災(zāi)破壞的損失，從而更好的保障當(dāng)?shù)厝嗣裆畹陌捕ê椭C。同時，還能夠?qū)崿F(xiàn)對水生態(tài)環(huán)境的整體改善，使河流得以健康持續(xù)的流淌，從而更好的使水生態(tài)系統(tǒng)保持良性循環(huán)。