水庫溢洪道災(zāi)后修復(fù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

李琦

（駐馬店市薄山水庫管理局，河南 駐馬店 463000）

1 溢洪道尾水渠水毀前情況

該水庫溢洪道泄洪閘20世紀(jì)50年代初建成后，一直未曾開閘泄洪，下游尾水渠長(zhǎng)期被老百姓耕田種地。從消力池末端漫水橋至入潁河口，長(zhǎng)1 585.30 m，地面高程由215.32 m 漸變?yōu)?87.13 m，地面縱坡約1/56，坡度較陡。樁號(hào)1+084以上在河道主河槽內(nèi)有多級(jí)臺(tái)地。溢洪道尾水渠主河槽寬度約50 m，河槽內(nèi)有大片樹林，白沙村至宣化鎮(zhèn)公路下游有部分垃圾，并有廢棄房屋、加工廠房和當(dāng)?shù)卮迕褡越B(yǎng)殖場(chǎng)等。

2 溢洪道尾水渠水毀情況

水庫流域汛期除了2021年汛期有2次大的降雨過程外，其他降雨強(qiáng)度不大。2021年7月19-21日，水庫流域內(nèi)普降暴雨，水庫水位超過汛限水位。下游河道正常泄水流量為500 m3/s，泄洪溢洪道最大流量200 m3/s，最小流量10 m3/s，其中200 m3/s泄洪流量持續(xù)61 h。溢洪道停止泄洪后，發(fā)現(xiàn)去年洪水后未進(jìn)行治理段尾水渠0+214.7～1+800 段下游沖刷嚴(yán)重，上游主河槽覆蓋層沖毀，下游主河槽嚴(yán)重淤積，過流能力受到嚴(yán)重影響。沖刷后現(xiàn)狀尾水渠0+214.70～0+964.70 段河底縱坡約1/40，0+964.70～1+800段河底縱坡約1/400。

3 溢洪道尾水渠修復(fù)原則

水毀修復(fù)的原則：按照“原標(biāo)準(zhǔn)、原規(guī)模、原功能”的原則進(jìn)行修復(fù)和加固處理，盡量挖填平衡，不增加永久用地，岸坡防護(hù)，巖石渠底單間整治平順?biāo)?，建筑物進(jìn)行適當(dāng)防護(hù)等。

4 溢洪道尾水渠過流計(jì)算

水面線推算采用明渠恒定非均勻流基本方程式，考慮為丘陵區(qū)向平原區(qū)過渡區(qū)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)。規(guī)劃修復(fù)工程治理后的河道糙率，依據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》中推薦的河道糙率n 值表，結(jié)合河道特點(diǎn)、治理形式和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地查勘選取。溢洪道尾水渠上游正常泄流段（0+000～0+214.70）主槽糙率選用2.50×10-2，邊灘4×10-2；塊石廣布的水毀段（0+264.70～0+864.70），綜合糙率選用0.075；匯入潁河段（0+914.70～1+800）沖淤嚴(yán)重，綜合糙率取用4.50×10-2，溢洪道尾水渠0+000樁號(hào)位于溢洪道泄洪閘閘室上游起端。

5 溢洪道尾水渠水毀修復(fù)設(shè)計(jì)

5.1 平面布置

2021 年特大洪水后，某水庫溢洪道泄洪閘海漫段末端為尾水渠水毀整治起點(diǎn)，尾水渠樁號(hào)0+214.70以上部分為溢洪道主體建筑物，為溢洪道進(jìn)口段、閘室段、消力池及海漫段等，結(jié)構(gòu)完好。水毀整治范圍為尾水渠樁號(hào)0+214.70～1+800段，長(zhǎng)1 585.30 m。尾水渠以洪水沖刷后的主河槽為中心線，以穩(wěn)定現(xiàn)有河勢(shì)并以規(guī)則平順為原則進(jìn)行整治。

5.2 縱橫斷面設(shè)計(jì)

尾水渠縱橫斷面設(shè)計(jì)結(jié)合水毀沖刷現(xiàn)狀、原尾水渠主河槽寬度、地質(zhì)情況以及規(guī)劃確定的設(shè)計(jì)流量等因素綜合確定。

5.2.1 地質(zhì)情況

左岸0+664.70～0+950、右岸0+664.70～0+950 段邊坡主要由兩岸上部分布的第四紀(jì)全新統(tǒng)輕粉質(zhì)壤土及晚更新統(tǒng)黃土狀粉質(zhì)壤土組成，底部為二疊系上統(tǒng)石千峰組泥巖、砂巖強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化巖體，建議按開挖坡比建議值開挖。

兩岸地表主要為第四紀(jì)全新統(tǒng)沖積層（Q4apl）輕粉質(zhì)壤土，厚度一般小于2 m，下部主要為第四紀(jì)晚更新統(tǒng)沖積層（Q3apl）卵石，最大厚度約6 m，部分地段于卵石層之上分布有第四紀(jì)晚更新統(tǒng)沖積層（Q3apl）黃土狀粉質(zhì)壤土，厚度一般小于2 m。地基多為卵石等松散土體，抗沖刷流速一般為0.70～1 m/s，建議將地基置于最大沖刷深度以下并對(duì)地基部位進(jìn)行封閉保護(hù)，避免洪水沖刷導(dǎo)致地基破壞。開挖邊坡高度不大，邊坡主要由兩岸上部分布的第四紀(jì)全新統(tǒng)輕粉質(zhì)壤土及晚更新統(tǒng)黃土狀粉質(zhì)壤土組成，底部為卵石，總體上開挖邊坡物質(zhì)組成較差，按開挖坡比建議值開挖或加強(qiáng)支護(hù)。該段河道及兩岸下部分布有卵石，透水性較強(qiáng)，地下水位埋深較淺，施工開挖可能遭遇地下水，且水量較大，建議做好截排水及降水措施。

5.2.2 斷面設(shè)計(jì)

樁號(hào)0+214.70～0+415.43段長(zhǎng)200.73 m，為新北干渠涵洞防護(hù)段；樁號(hào)0+415.43～0+650段長(zhǎng)243.57 m，現(xiàn)狀河底高程為（203.98～193.24），現(xiàn)狀縱向坡比約1/20，該段河底巖石已裸露，為寬淺型河道，最大河口寬度約110 m，流速最大3.38 m/s，僅對(duì)該段邊坡按1∶2進(jìn)行整理。

樁號(hào)0+650～0+950段長(zhǎng)300m，現(xiàn)狀河底高程為（193.24～187.61），現(xiàn)狀縱向坡比約1/20，該段河底巖石已裸露，形成深窄型河道，流速最大5.50 m/s，同時(shí)考慮現(xiàn)狀兩岸存在的建筑物拆遷和占地問題等影響因素，結(jié)合管理部門意見，暫時(shí)不整理河道斷面，僅對(duì)該部分河道兩岸進(jìn)行安全防護(hù)。

樁號(hào)0+950～1+800段850 m長(zhǎng)度范圍內(nèi)現(xiàn)狀河底高程為（187.61～187.12），該段河底受上游沖積物影響，現(xiàn)狀淤堵比較嚴(yán)重，河底縱坡約1/1950，對(duì)該段進(jìn)行清淤設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)河底高程為（188.24～184.06）河道設(shè)計(jì)縱坡1/200，底寬45 m。

5.3 堤防工程設(shè)計(jì)

5.3.1 堤頂高程計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，工程堤防堤頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加堤頂超高確定。堤頂超高按下公式計(jì)算復(fù)核：

式（1）中：Y—堤頂超高；R—設(shè)計(jì)波浪爬高，按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C計(jì)算；e—設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度，按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C計(jì)算；A—安全加高，m；4級(jí)堤防取0.60 m。

根據(jù)氣象站統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算，汛期多年平均最大風(fēng)速為19 m/s，風(fēng)向與堤軸線夾角為90°。根據(jù)規(guī)范，采用多年平均最大風(fēng)速的1.50 倍計(jì)算，最大風(fēng)速為28.50 m/s。風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度取堤防間距90 m。根據(jù)各斷面灘面高程和設(shè)防水位，堤前平均水深按4 m計(jì)算。設(shè)計(jì)波浪爬高值應(yīng)按不允許越浪堤防，采用累積頻率為2%的爬高值。

經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)波浪爬高0.74 m，設(shè)計(jì)風(fēng)壅增水高度3.00×10-3m，根據(jù)規(guī)范，4級(jí)堤防安全加高為0.60 m，計(jì)算堤頂超高為1.34 m。因此，堤頂設(shè)計(jì)高程按20年一遇防洪水位加1.34 m確定。

經(jīng)分析，尾水渠樁號(hào)0+950～1+800 段，兩岸堤防總長(zhǎng)2×850 m，該段地面高程高于20年一遇洪水位-0.14～1.70 m，僅有200 m左右地面高程不滿足超高0.50 m的要求，考慮到該段現(xiàn)狀堤防距離均大于100 m，渠道兩側(cè)預(yù)留有部分河道用地，結(jié)合兩岸群眾的生產(chǎn)生活方便，尾水渠清淤后開挖料就近堆砌1.50～3 m高的防護(hù)堤，堤寬5 m，在防護(hù)堤內(nèi)側(cè)坡頂設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)。

5.3.2 堤頂寬度

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，4級(jí)堤防設(shè)計(jì)堤頂寬度不宜小于3 m，考慮到交通需要，堤頂寬度取5 m，臨背坡比均為1：2.50。

5.3.3 滲流計(jì)算某水庫溢洪道災(zāi)后水毀工程堤防為防護(hù)堤，堤基均高于防洪水位，不再進(jìn)行滲流分析。

5.3.4 加培方式

堤身采用尾水渠清淤后開挖料就近堆砌1.50～3 m高的防護(hù)堤，堤頂設(shè)計(jì)高程均高于按20 年一遇防洪水位加1.34 m。堤防加培施工前應(yīng)進(jìn)行清基清坡，清基清坡深度暫按0.30 m，根據(jù)具體情況，清基深度可進(jìn)行調(diào)整，滿足清基要求。加培范圍內(nèi)如有坑塘，要將坑塘內(nèi)的水草等雜物清除干凈；加培范圍內(nèi)如有樹木，需將樹木挖除。

5.4 防護(hù)工程設(shè)計(jì)

5.4.1 河道沖刷計(jì)算

某水庫溢洪道災(zāi)后水毀工程尾水渠上段河道較陡，流速大，主河床沖刷嚴(yán)重，最大沖切深度約7 m，現(xiàn)狀河底沖刷嚴(yán)重，覆蓋層破壞，露出巖底，河底及坡腳受水流沖刷較嚴(yán)重。下游河道坡度較緩，河底淤積嚴(yán)重，砂卵石及碎石為主，淤積厚度約2～3 m，根據(jù)河道分段加固的地形、地質(zhì)條件，選擇典型斷面進(jìn)行河床和護(hù)岸沖刷深度計(jì)算。

0+950 以上河道，底部為二疊系上統(tǒng)石千峰組泥巖、砂巖強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化巖體，抗沖流速為4～6 m/s，該段河道流速為1.45～5.25 m/s，河底不再進(jìn)行防護(hù)。

0+950以下河道，河道兩岸地表主要為輕粉質(zhì)壤土，現(xiàn)狀河底為卵石土，卵石粒徑較小，抗沖刷流速一般為0.70～1 m/s，該段河道流速為1.54～3.38 m/s，經(jīng)計(jì)算水流平順岸坡時(shí)的沖刷深度為1.10 m，水流斜沖護(hù)岸時(shí)沖刷深度1.10～1.50 m，護(hù)坡坡腳需采取防沖措施。0+950附近河底沖刷深度3.20 m，建議該處河道應(yīng)進(jìn)行底部防沖防護(hù)。

6 結(jié)語

溢洪道災(zāi)后水毀工程設(shè)計(jì)根據(jù)原始地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)調(diào)整、工程設(shè)計(jì)變更，水毀修復(fù)計(jì)算均滿足規(guī)范規(guī)程要求，保證了整個(gè)水庫安全度汛及功能正常發(fā)揮，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)溢洪道工程設(shè)計(jì)具有一定的借鑒價(jià)值。