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济河治理工程设计分析

1济河概况

济河发源于济源市济渎庙,流经济源、沁阳、温县、于武陟县董宋村东南入老蟒河,全长72.20km,流域面积261.75km2,是蟒河的重要支流。济河上游位于孔山南麓,中游经过广利灌区中部低洼地带,下游临近沁河南堤,担负着排涝、降低地下水位和拦截沁河渗水的作用。沿河地势西高东低,北高南低,地面高程在101.60~150.00m之间,地面纵坡在1/1000~1/2500之间。

2济河的治理

2.1基本情况及存在问题

1954年,对济河进行系统治理,疏通了干支排,下挖了河床,降低了河道水位,解除了一般性涝灾。1958年政府对广利灌区进行扩建改造,将济河29+100(4号跌水闸)以上河段规划为广利总干渠,承担灌溉、排水功能,为灌排合一渠段;29+100(4号跌水闸)以下河段仍规划为除涝防洪河道。

2.2工程建设的必要性和紧迫性

济河29+100~33+587河段于2008年和2010年进行了护砌治理,而33+587以下河段由于受资金不足的制约,多年来未得到系统治理,现状河道淤积严重,除涝能力不满足5a一遇要求;堤防高度不足、残缺不全,防洪能力不满足规范要求;局部河段岸坡冲刷坍塌,桥梁建设标准低,损毁严重。为解决河道的除涝防洪隐患,促进区域经济社可持续发展,亟需对河道进行系统治理。其中龙涧段上游从沁阳市城区穿过,下游两岸为基本农田。为保护沁阳市城区安全和粮食生产安全,促进区域经济社会可持续发展,对该段河道进行加固堤岸、清淤疏浚等防洪除涝的系统治理是十分必要和迫切的。

2.3水文气象

2.3.1气候特征

项目所在流域属北温带大陆性季风气候,四季分明,冬季在蒙古高压控制下,盛行西北风,气候干燥,天气寒冷,夏季西太平洋副热带高压增强,暖湿海洋气团从西南、东南方向侵入,冷暖空气交替频繁,促使降雨量特别集中。多年平均降雨量为599.60mm,年最大值(1954年)为1094.20mm,年最小值(1965年)为262.90mm,汛期6—9月份为721.60mm(1954年)和126.90mm(1965年),分别占全年降雨量的66.00%和48.30%,降雨极不均匀,多集中在夏秋两季之间,多年平均气温为14.74℃,一月份最冷,月平均为0.40℃,最低为-16.40℃,无霜期219d,年日照时数多年平均为2493.10h,多年平均风速为2.10m/s,最大为19.40m/s,多年平均水面蒸发量(20cm蒸发皿)为1774.80mm。

2.3.2工程地质

工程区位于黄、沁冲积平原,属平原河谷地貌,济河自西北流向东南。济河两岸筑有河堤,但经多年洪水冲刷,目前堤高约1~2m,堤宽约2~4m。河谷形态一般呈“U”型。河道顺直,局部河段弯曲,河道平均比降为1/3500,河滩平坦开阔,多为耕地。工程区地下水以第四系松散土类孔隙水为主,主要含水层为第①层重粉质壤土(alplQ4)。勘探期间,地下水位受河水影响,水位高程106.80~112.40m,埋深3.80~4.70m。地下水主要接受河水、大气降水及地下水侧向迳流补给,以侧向迳流形式向下游排泄。地下水动态类型为大气降水入渗-径流型。

3济河治理的工程设计

本次治理的原则是依河势演变规律因势利导,对河床进行整治,疏浚清淤,拆除阻水、挑水、侵河建筑物及占河道用地。根据本区域内防洪除涝的需要,技术可能和经济可能的原则,达到合理规划河道,促进生态平衡,充分发挥河道工程的防洪、除涝和灌溉等综合效益。

3.1河道工程设计

本次治理段依据实测河道纵横断面图及沁阳市城市总体规划对济河的规划要求,按照少占地,少拆迁、河道满足设计行洪为原则,治理以清淤扩挖主河槽为主,基本维持现状河道纵坡,并予以适当调整,以此确定河道设计河底纵坡和设计河底高程。本项目区城区段为治理始端(桩号33+587)至长济高速(桩号35+400)长度1.81km,以下为非城区段,以长济高速(桩号35+400)为控制断面,城区段河道治理标准采用20a一遇设计洪水加固堤防,非城区段采用5a一遇设计除涝标准。治理段断面采用初拟采用梯形断面和复式断面两种方案,从工程的可行性、工程投资和施工难度上进行比较,经比较城区段采用梯形+梯形的复式断面。城区段河道底宽拟定6m,河道水深4m,5a一遇除涝水位处设一宽1.50m的平台,平台以下采用现浇混凝土板进行护砌,以上采用预制宾格网生态护坡,堤顶超高1m,设计河底纵坡1/2000,二级边坡坡比采用1∶1.50;城区以外治理段采用单一梯形断面,桩号35+400-39+285河道底宽5m,桩号39+285-43+430河道底宽6m,设计河底纵坡1/2500;内边坡坡比采用1∶2。

3.2堤防工程设计

3.2.1堤顶高程的确定

堤顶高程应为设计洪水位加上堤顶超高。堤顶超高根据《堤防工程设计规范》GB50286-98,为设计波浪爬高、设计风壅水面增高和安全加高之和。经计算城区段20a一遇堤顶超高取1m,城区以外河道5a一遇取0.80m。

3.2.2堤岸防护设计

堤身防护设计采用了三种方案对其形式和护砌材料从投资等方面进行了比较,经过比较确定桩号33+587~35+400城区段,为考虑与周围美化环境协调,迎水坡护砌河底至5a一遇水位之间采用C20现浇混凝土板护砌,以上采用生态护岸;河道顶冲段、易塌方段及穿村护砌段迎水坡护砌河底至除涝水位以上80cm采用C20现浇混凝土。其余河段不再进行护砌。

3.2.3堤顶及防汛道路设计

堤顶宽度根据《堤防工程设计规范》4级堤防≥3m,堤顶无交通要求,堤顶宽定为3m,其上增设0.20m厚泥结碎石路面,作为防汛道路。

3.2.4堤防填筑设计

大堤填筑前应进行清基处理,彻底清除表层垃圾、树根、腐殖土等杂物。筑堤材料采用河槽开挖的土料填筑,禁止采用淤泥、冻土块、膨胀土及分散性土。填筑料应分层碾压密实,填筑标准,粘性土的压实度≥0.91。

3.2.5岸坡稳定计算

岸坡稳定计算采用瑞典圆弧滑动法进行计算,依据地质勘察报告提供的地质参数,分别计算正常情况和非常情况下岸坡的稳定性,经过计算,岸坡稳定系数均满足规范要求。

3.3建筑物设计

3.3.1龙涧节制闸加固工程

龙涧节制闸位于济河桩号39+285处,设计为3孔,孔宽3.40m,中墩厚1.10m,边墩厚0.80m,闸墩高4.70m,闸墩为浆砌石结构,闸底板为钢筋混凝土结构,长8m,设胸墙,闸孔高3.20m,上部为启闭闸房,柱子支撑,闸门为钢闸门,螺杆启闭机,闸门尺寸为3.40m×3.20m,现状节制闸上下游连接段,均为浆砌石结构,上游原扭曲面长12m,护坡长6m,底部采用浆砌石结构,下游消力池长12m,池宽12.40m,池深0.90m,护坦厚0.50m,海漫长20m,防冲槽长6m,由于上下游连接段损毁、出现裂缝,消力池历经多年运行出现冲坑及局部淘刷严重,闸门启闭不灵活,螺杆弯曲,启闭机年久失修,闸房局部破损等。本次加固对其上下游连接段、消力池拆除重建,更换闸门及启闭设备,维修闸房等工程。

3.3.2生产桥设计

本次治理段由于清淤扩挖主河槽,导致部分桥梁建筑物不能满足交通要求,需拆除重建生产桥7座。桥梁的设计荷载标准按照现状道路的标准确定,生产桥为公路Ⅱ级。桥面净宽为4.50m,桥梁单孔跨径为8m、孔数为3孔。桥梁上部结构根据道路情况、桥梁的设计荷载标准、桥梁跨径、施工条件等,按照国家交通部门出版的公路桥涵标准图集来选用合适的结构,下部结构采用钻孔灌注桩。

3.3.3排涝涵闸工程

本次设计拆除重建和新建排涝涵闸10座,排涝涵闸根据其排涝面积计算排涝流量确定涵闸结构尺寸,设计标准采用5a一遇除涝标准,涵闸由上游连接段、箱涵段、闸室段和下游连接段组成。

3.3.4排水涵管工程

治理段现状共有排水涵管4处,为附近村庄居民生活排水口,均为较简易的排水涵洞,无控制设施,涵管尺寸直径为0.60m,本次设计对其进行拆除重建,并新建村民生活排水涵管6处,涵洞洞径结构尺寸统一按照0.80m进行设计,出口设简易闸门进行控制,采用钢筋混凝土涵管结构型式,出口设手动螺杆启闭机。

4总结

对济河进行治理,在设计标准情况下,保证保护区内居民生命财产安全;在超标准情况下,尽量减少洪涝灾害。

作者:郜俊霞 单位:焦作市广利灌区管理局

参考文献:

[1]张毅.乡宁县鄂河河道治理工程设计[J].水利规划与设计,2013(7).

[2]吴桐.白登河阳高县王官屯段河道治理工程设计[J].山西水利,2013(6).

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[4]左艳军,赵明,张祥振.谈对中小河流治理工程设计的建议[J].河南水利与南水北调,2012(18).

[5]王永生.乌河水库工程设计简述[J].山西水利,2016(1).

[6]蒋师.安徽省界首市界南河治理工程设计[J].中国水运(下半月),2014(10).

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