付新巍

(江西省贛西土木工程勘測設(shè)計院，江西 宜春 336000)

1 工程概況

1.1 項目背景

建山鎮(zhèn)位于高安市西南部，建山鎮(zhèn)(新橋～英嶺)肖江治理工程地處高安市建山鎮(zhèn)境內(nèi)，位于肖江支流三城河兩岸。工程防護面積為6.42 km2，保護耕地377.33 hm2，保護人口0.3萬人，保護建山鎮(zhèn)的新橋村、英嶺村、竹山村、北劉村、穎江村等村莊的防洪安全。工程起點為新橋村泉福閘上游約200 m處，終點為英嶺村謝家閘處，綜合整治河道長7.62 km。

高安市建山鎮(zhèn)(新橋～英嶺)肖江治理工程現(xiàn)有堤身斷面單薄，堤身多年出現(xiàn)決口險情，部分堤段迎水面迎流頂沖嚴(yán)重，穿堤箱涵年久失修。近年來，防護區(qū)內(nèi)由于受洪水影響的原因，災(zāi)害頻繁發(fā)生，不僅嚴(yán)重影響著當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人民生活民不聊生，也使得當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略遭受阻礙。

1.2 工程現(xiàn)狀及存在的主要問題

本工程范圍內(nèi)共有4條圩堤，分別為北劉堤、泉富堤、穎江堤及前港堤。堤身長3.0～4.0 km。堤頂高程范圍為32.0～37.5 m，堤高1.0～4.0 m，堤頂寬度一般為2.0～4.0 m?，F(xiàn)狀4條圩堤內(nèi)、外坡均無護坡；防洪堤堤外基本存在10～40 m 寬的灘地，部分臨水，堤內(nèi)主要為村莊及農(nóng)田。

4條圩堤全堤段堤身斷面單薄，填土土質(zhì)較均勻，結(jié)構(gòu)較松散，土質(zhì)抗沖能力差，高水位下，堤背水坡腳水塘、低洼地內(nèi)多出現(xiàn)過泡泉等險情。圩堤現(xiàn)有穿堤涵由于當(dāng)時建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低，大部分穿堤涵均已老化嚴(yán)重，部分穿堤涵存在破裂，無法滿足排澇要求。部分穿堤建筑物跨河建筑物老化嚴(yán)重，取水困難，無法滿足當(dāng)?shù)毓喔纫蟆８甙彩袑?條圩堤進行了應(yīng)急整治，對背水面堤背水坡腳水塘、低洼地等進行了壓浸處理，堤腳內(nèi)的險情基本得到解決，但未對堤防進行加固處理。

2 水文與地質(zhì)條件

2.1 水 文

本工程及其保護對象所處區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤氣候區(qū)，流域地形以低丘平原為主，流域內(nèi)水系發(fā)達。流域面積142 km2，主河道長24.4 km，河道比降1.37%。

肖江流域洪水頻發(fā)，建山鎮(zhèn)地處肖江中上游地區(qū)，地勢較平坦，一經(jīng)發(fā)生洪水，常泛濫成災(zāi)。據(jù)統(tǒng)計新中國成立以來肖江共發(fā)生過5次大洪水，尤其是2020年洪水，建山鎮(zhèn)鎮(zhèn)前港村等地受淹嚴(yán)重，村莊進水達1以上，農(nóng)田遭受洪澇災(zāi)害，給人民群眾的財產(chǎn)安全帶來較大損失。

2.2 地 質(zhì)

工程區(qū)位于高安市南部，區(qū)內(nèi)主要地貌類型為河流沖積階地及構(gòu)造剝蝕低山地貌。其中構(gòu)造、剝蝕低山地勢低矮，山坡較平緩，山坡呈波狀起伏，剝蝕嚴(yán)重。其中沖積階地主要分布于肖江兩岸，地面標(biāo)高大多為28～36 m，整體地勢較平坦，地形較開闊，由全新統(tǒng)沖洪積層組成。區(qū)內(nèi)肖江總體走向為北西-南東，區(qū)內(nèi)河道總體較順直，河寬10.00～43.00 m，河底高程為26.24～33.65 m。

本區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為第四系地層組成的堤岸崩塌，區(qū)內(nèi)未見其他明顯不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育。

3 防洪標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計水位

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》(SL 252—2017)、《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)及《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)，本次堤岸坡工程等別為Ⅴ等，防洪(治理)標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇(P=10%)。

施工洪水位計算了10月—次年2月P=20%(5 a一遇)的設(shè)計洪水位以及11月—次年1月P=20%(5 a一遇)的設(shè)計洪水位。

枯水期水位定為12月—次年2月的平均水位。

3.2 河道洪水水面線推求

3.2.1 設(shè)計洪水位

對該防洪工程所處河流進行設(shè)計洪水位分析計算，從而為防洪工程設(shè)計提供依據(jù)。本次設(shè)計通過試算使用能量方程推算河道設(shè)計水面線，作為防洪工程設(shè)計洪水位。

采用天然河道非均勻流推算時，利用布置的河道橫斷面，依據(jù)分析確定的糙率、比降、水力要素、設(shè)計流量，從下游向上游推求河道設(shè)計水面線[1-5]。

河道水面線推算利用一維恒定流運動方程并考慮河道局部水頭損失后，沿河道方向進行差分離散如式(1)：

(1)

式中：Zu、Zd為上、下游斷面水位，m；ξ為局部水頭損失，對漸變流，ξ=1或ξ=0；Δs為上、下游斷面間距，m；Au、Ad為上、下游斷面過水面積，m2；Ku、Kd為上、下游斷面流量模數(shù)，m3/s；g為重力加速度，取9.81 m/s2；Q為斷面流量，m3/s。

本次水面線計算采用水利部四川省水利水電勘測設(shè)計研究院開發(fā)的SWS軟件進行計算。

(1)基本資料。以設(shè)計洪水成果與實測三城河建山段縱橫斷面資料推求設(shè)計水面線。

(2)邊界條件。推求河道設(shè)計洪水水面線的邊界條件主要包括：各控制斷面的設(shè)計洪峰流量、下游控制斷面起算水位、河道綜合糙率等。現(xiàn)就以上邊界條件分述如下：

①設(shè)計洪水。 下游控制斷面10 a一遇水位，謝家陂32.12 m、前港閘壩32.53 m、穎江陂壩32.89 m、泉富閘36.21 m。以各控制斷面洪水位由下游向上游逐段推求河道水面線。

②河道綜合糙率。 本次設(shè)計我院對三城河建山段進行了洪水水面線調(diào)查，主要調(diào)查到2020年洪水洪痕。從而推算出各斷面的河道綜合糙率在0.03～0.04之間。

(3)設(shè)計水面線。確定工程河段設(shè)計洪峰流量、河道綜合糙率與下游控制斷面起算水位之后，可依據(jù)實測縱橫斷面確定該河段的現(xiàn)狀水面線[6]。按推求河道水面線方法推求河道設(shè)計水面線?，F(xiàn)狀水面線成果見圖1。

對工程河段加固后的水面線推求，按河道整治后的斷面資料、糙率、下游控制斷面起算水位按同樣的方法計算求得，結(jié)果詳見圖1。

本次對設(shè)計河段調(diào)查到了2020年的洪痕水位。2020年洪水發(fā)生在7月9日，降雨集中，上午開始下雨，下午六點左右即形成洪峰。根據(jù)贛江下游水文水資源監(jiān)測中心分析，該次洪水重現(xiàn)期約20 a。調(diào)查到的三城河洪痕點如圖1所示。可以看出，P=10%設(shè)計洪水位與調(diào)查洪水的洪痕比較相應(yīng)，表明本次設(shè)計洪水水面線成果基本合理。

3.2.2 施工期設(shè)計水位

本工程施工期為10月—次年2月，根據(jù)水位流量關(guān)系查算的各控制斷面施工洪水位為：謝家陂(累計間距0 m)28.82 m，前港閘壩(累計間距1205 m)29.50 m，穎江陂壩(累計間距2493 m)30.52 m，泉富閘壩(累計間距7264 m)34.35 m。依據(jù)控制斷面水位，逐段推算工程河段施工洪水位，成果見圖1。

3.2.3 設(shè)計枯水位

由于設(shè)計需要，需進行設(shè)計枯水位的分析計算。根據(jù)水位流量關(guān)系查算的各控制斷面枯水位為：謝家陂27.71 m，前港閘壩28.36 m，穎江陂壩29.86 m，泉富閘壩33.50 m。依據(jù)控制斷面水位，逐段推算工程河段枯水位，成果見圖1。

4 工程總體布置

4.1 工程等級與設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

工程區(qū)現(xiàn)有圩堤堤身不達標(biāo)，局部河岸迎流頂沖、塌岸嚴(yán)重、建筑物老化、破損等。采取對部分堤防迎水面進行防護，保證堤防不受洪水沖刷，對建筑物進行加固處理的加固防洪措施。

根據(jù)《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計規(guī)范》(SL 654—2014)，確定本工程合理使用年限為30 a；本工程主要建筑物為4條千畝圩堤，主要建筑物級別為5級，主要建筑物合理使用年限為20 a。

4.2 工程布置原則

根據(jù)我國和我省鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪工程建設(shè)實踐經(jīng)驗，充分結(jié)合河流特點進行工程布置。

以局部護岸固腳為主，盡量不建或少建堤防。 結(jié)合河段的特點，根據(jù)現(xiàn)狀兼顧考慮居住、飲水、交通與環(huán)境、景觀工程等因素的影響，充分保護水生態(tài)。

因地制宜，根據(jù)河道現(xiàn)狀設(shè)計河道縱橫斷面，需盡量維持河道的天然形態(tài)，做到挖填平衡，減少工程占壓。

工程措施的布置需充分考慮環(huán)境、景觀要求及運行管理等因素[6-8]。

本次加固仍維持原河岸線不變，加固前后行洪能力基本一致。

4.3 肖江治理工程加固措施

高安市建山鎮(zhèn)肖江治理工程綜合整治河道長7.62 km，土堤培厚14.981 km，干砌石護岸長310 m，堤頂?shù)缆?.58 km，恢復(fù)現(xiàn)有溝渠1983 m。異址拆除重建前港閘壩，拆除重建北劉堤排水涵等10座排水涵管，接長北劉堤排水涵等18座排水涵管，拆除重建前港堤灌溉涵。新建前港堤灌溉涵、穎江堤灌溉涵。拆除重建北劉堤機耕橋，新建北劉堤機耕橋等7座機耕橋，泉富閘消力池加固等。

工程具體加固措施見表1。

4.4 堤防加固工程

本工程堤防加固范圍為：北劉堤(左樁號0+000.0～4+440.0)4.440 km、泉富堤(右樁號0+000.0～3+570.0)3.57 km、穎江堤(左樁號4+490.0～7+603)3.113 km、前港堤(右樁號3+750.0～7+608)3.858 km，總長14.981 km，堤防加固培厚處理，對現(xiàn)有坡進行削坡整坡處理，土堤采用黏土填筑，設(shè)計壓實度≥0.91，迎水面坡比為1∶2.5，背水坡坡比1∶2.0，堤頂寬4.0 m，堤頂設(shè)置3.0 m寬泥結(jié)石路面。

4.5 護岸設(shè)計

防洪工程迎水岸坡在支流入河口段迎流頂沖，因受水流長期沖刷的作用，逐步形成緊靠堤腳的深泓河槽，水流淘空堤腳產(chǎn)生崩岸塌坡現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅大堤的安全；二是風(fēng)浪沖擊河岸，汛期洪水來臨，水面寬廣水深增大，風(fēng)急浪高，直接破壞大堤岸坡，故本次設(shè)計擬對迎流頂沖和嚴(yán)重風(fēng)浪淘刷圩堤險段進行護坡、護岸處理。

為防止洪水沖刷堤坡，對左樁號1+360～1+430、右樁號2+880～3+028段長310 m堤防迎水面采用干砌塊石護坡，采用人工塊體或經(jīng)過分選的塊石作為斜坡堤的護坡面層且斜坡坡率為1.5～5.0，波浪作用下單個塊體、護面層厚度及塊石的質(zhì)量Q，如式(2)、式(3)[9-10]：

(2)

(3)

式中：t為塊體或塊石護面層厚度，m；Q為主要護面層的護面塊體、塊石個體質(zhì)量，t；KD為穩(wěn)定系數(shù)；γb為人工塊體或塊石的容重，kN/m3；γ為水的容重，kN/m3；H為計算波高，m；n為護面塊體或塊石的層數(shù)；c為系數(shù)，無量綱。

計算得面坡1∶2時，最小塊石重量Q=5.6 kg，厚度t=0.268 m，考慮到工程實際施工條件及其他堤防工程經(jīng)驗，塊石重量≥15 kg，砌石厚度≥0.4 m。

干砌石護岸設(shè)置0.55 m×0.40 m(寬×深)干砌石壓頂，坡比為1∶2，干砌石護岸厚0.40 m，下設(shè)0.15 m厚砂卵石墊層，干砌石護岸頂為岸頂高程，護岸底為河床底高程并設(shè)置2.1 m×1.0 m(寬×深)干砌石固腳。

干砌石護岸應(yīng)確保砌筑質(zhì)量，塊石要求穩(wěn)固，無松動、架空現(xiàn)象。所用石料必須質(zhì)地堅硬、新鮮完整，無裂縫，且不易風(fēng)化，不允許使用風(fēng)化料，石塊形狀要大致整齊，鋒邊尖角應(yīng)敲去，表面的泥垢、青苔、油質(zhì)等應(yīng)沖刷干凈；塊石平均粒徑不宜<30 cm，塊石密度≥2.5 g/cm3，抗壓強度R≥40 MPa，軟化系數(shù)≥0.75。

5 總 結(jié)

高安市建山鎮(zhèn)(新橋～英嶺)肖江治理工程防護區(qū)內(nèi)受洪水影響，洪澇災(zāi)害頻繁發(fā)生，給當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來較大損失，也使得當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略遭受阻礙。

設(shè)計采取了有效、經(jīng)濟、安全的治理措施，能達到除險加固、提高工程防洪能力的目的。該項目實施后，可改善河道水體環(huán)境，提高區(qū)內(nèi)人民群眾的生活品質(zhì)，達到“河暢、水清、岸綠、景美”和人水和諧的目標(biāo)，同時產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。