河道防洪整治工程设计探讨

河道防洪整治工程设计探讨

赵若鼎

中水北方勘测设计研究有限责任公司

摘要：本文结合某河道防洪整治工程,研究河道防洪工程设计。为满足河道防洪排涝的作用，需要对现有河道进行加宽处理，需要清理违规占用河道护岸的设施，该河道整治工程涉及的水利工程设施主要包括：节制闸、倒虹、涵洞以及河道岸坡堤防工程。本文从河道防护堤堤型选择和结构设计两方面进行河道整治的堤防工程设计。可为类似河道防洪整治工程提供参考。 

关键词：河道；防洪整治；设计；堤型

1工程概述

城镇河道主要承担防洪、排涝、供水、美化环境的任务。对河道进行整治，有助于其更好地发挥自身作用。某河道现有河道断面为梯形，底宽8.5m，顶宽17.5m，水深为2.0m，河床纵坡降为0.599%，水流量63.4m³/s，河道具有排洪作用，与山洪沟洪水汇合后，流量为96m³/s。河水具有含沙量高、流速快、冲刷力强的特征。现有河道仅有910m长的采用浆砌石进行处理，其余为岸坡段为土坝。在洪水泛滥季节，现有河道难以满足防洪排涝的作用，将出现漫堤，因此需要对河道进行拓宽整治。

2堤防工程设计

2.1堤型选择

2.1.1常用堤型

堤防工程的形式可以分为直立型和斜坡型两种。斜坡型断面一般为梯形断面，采用块石或者混凝土进行砌筑。斜坡型防护堤具有结构简单，施工难度低，防护堤稳定性较高的作用，适用性较广，可就地获取修筑材料，破坏后易于修复。但同时也存在以下缺点：耗费大量材料，在水深较浅的河道治理中较为适用。直立型防护堤一般断面外侧为直立型式。与斜坡式防护堤相比，在水深较大时可以有效节约砌筑材料的用量，水深越大与斜坡型结构相比越节省材料。但直立型防护堤的缺点也较为明显：对于不均匀沉降较为敏感，在地基条件较好的情况下较为适用。

2.1.2堤型比选

工程区内，洪水暴发将会携带体积较大的块石，块石将会对防护堤造成较大的冲击力，这对于直立型防护堤的稳定是极为不利的，同时，工程区内地基强度较低，软弱地基厚度较大，直立型防护堤将易产生不均匀沉降。同时，使用斜坡型防护堤时，周围材料充足、工期短、施工工艺简单。因此，综合考虑采用斜坡型防护堤作为防护堤设计的堤型。

2.2堤防断面

2.2.1堤防宽度设计

准确获取河道的稳定宽度，可以提高河道整治的安全性，同时对河道进行合理的拓宽，有助于降低水流速度，根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，稳定河宽计算公式为：

D=A×Q^0.5/J^0.2（1）

式中：D为稳定河段水面宽度（m）；Q为造床流量，32.6m³/s；J为河床比降，0.599%；A为系数，一般取A=1.5。通过计算设计河道堤防断面为顶宽23.0m，高3.0m，底宽14.0m的梯形。

2.2.2堤防高度设计

堤防高度设计一般需要预留安全高度，计算公式为：

Y=R+e+H（2）

式中：Y为堤顶超高，m；R为设计波浪爬高，为0.3m；e为设计风壅增水高度，为0.15m；H为安全加高，取0.5m。通过计算设计堤高为3.0m。

2.2.3堤防断面

通过2.2.1~2.2.2的计算，考虑堤防稳定性，结合当地其他工程经验，设计边坡系数为1∶1.5。

2.3堤防结构设计

堤防工程可以选择柔性结构（铅丝笼+块石+柴草）和刚性结构（C20混凝土）两种结构。不同结构类型比选见表1。通过两种方案比选，选择柔性结构即方案一作为此次堤防结构的设计。

表1堤防结构比选

2.4稳定性验算

2.4.1抗冲刷设计

该河道河床比降较大，水流速度较快，河道宽度较窄。因此，水流流速v=3.4m/s是决定防护堤规模和块石粒径的主要因素。根据下式计算抗冲粒径d。

d= （3）

式中:C表示块石稳定系数，取1.3；γs、γ分别表示块石和水的容重，分别为2.2g/cm³、1g/cm³；g为重力加速度，9.8m/s²。通过计算块体粒径为0.32m。块石粒径相对较小，在实际工程施工过程中难度较低。

2.4.2抗滑、抗倾覆设计

通过计算7个断面处的安全系数结果见表2。通过7个断面的计算，使用方案一作为堤防时，抗滑、抗倾覆安全系数均能满足相关规范要求。使用铅丝网要求块石具有相对较大的体积，块石具有相对完整的结构，防护堤内部具备较好的稳定性。

表2抗滑、抗倾覆安全系数

3结语

综上所述，通过堤型比选，斜坡型堤型与直立型相比具有稳定性高、施工简便的特点；结合防洪设计计算堤防工程断面，底宽14.0m，高3.0m，顶宽23.0m的梯形断面可以满足要求。通过结构比选，选择铅丝笼+块石+柴草的柔性结构进行河道整治，具有花费低、施工简便的优点，同时进行稳定性验算，可以满足工程安全要求和防冲刷要求。

参考文献

[1]江西新干县防洪工程防洪堤线设计与分析[J].刘庆安.陕西水利.2020(10)

[2]沙河河道防洪防护设计探讨[J].郝国红.水科学与工程技术.2020(04)