山西水利
高列波
（阳泉市水务局，
山西阳泉
045000）
［摘要］堤防工程是保护国家和人民生命财产的生命线工程，堤防工程的布置及设计必须进行全面考虑、统筹安排。阳泉市南川河苇池段右岸主要为农田，在对河道堤坝工程布置及设计进行探讨基础上，阐述了防洪排涝工程中防洪堤的设计思路，给出了有关的设计要点。工程治理完成后，可使河势进一步稳定，有利于保护沿河农业生产，扩大土地垦殖面积，提高种植地的安全度和保证率，使水土流失得到有效的治理。［关键词］河道堤坝；堤坝设计；苇池村［中图分类号］TV64 ［文献标识码］C
［文章编号］1004-7042（2018）05-0037-02
除铁剂1项目概况
平定县冶西镇苇池村位于原坪水库大坝上游，南
川河横穿苇池村，河道右岸为耕地，
左岸堤防紧邻聂潘线公路。目前河道右岸的耕地，无任何保护措施，一旦发生大洪水，将淹没冲毁耕地及农作物。
故河道工程为新建苇池村南川河右岸河道堤坝、
疏浚河道，以保护苇池村河道右岸的耕地。南川河苇池段河道治理工程起点位于苇池1号桥（桩号0+000），终点位于聂潘线大桥（桩号0+800），治理段全长800m 。主要建设内容，新建堤防累计单线长690m ，河道清淤长度800m 。
根据《防洪标准》（GB 50201-2014）规定，
治理段为乡村段，且考虑到两岸保护范围、对象的实际情况，确定本工程防洪标准为10年一遇洪水标准。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2017）规定，相应堤防等级为Ⅴ等5级。2
水文情况2.1河段洪水特性
河段以上的流域面积是24.3km 2，年均降雨量为
500mm 左右，洪水主要由暴雨形成，具有雨时短、强度大、时空分布不均等特点。
暴雨多出现在汛期6~9月份，洪水主要集中在7月至9月上旬。洪水过程具有上遇罗锦
涨快、历时短、流量变幅大的特点。2.2
设计洪水
工程位于原坪水库上游苇池村河段，水库坝的
上、下游均未设置水文测站，无实测洪水资料，本次设计洪水计算主要依据《山西省水文计算手册》（2011年3月版）（下简称《手册》），按无资料地区考虑。工程段主河道长7.67km ，控制流域面积24.3km 2，流域纵坡28.5‰。
河道洪水计算采用《手册》中“综合瞬时单位线法”进行。设计洪水计算主要有设计暴雨，
产流计算和汇流计算三部分。经计算，
本次治理河段10年一遇洪水标准的设计洪峰流量为128.3m 3/s 。3工程布置及建筑物设计
3.1
堤线布置及断面方案选择
南川河苇池段右岸堤防新建工程，从苇池1号桥
（0+000）开始至聂潘线大桥（0+800）止，其间0+040到0+150因为现有山体不需防护，故新建堤防全长690m ，
河道清淤疏浚800m 。堤防尽量顺河势而建，因上游河道宽度为15m ，新建段堤防堤距基本维持原宽度，堤
距仍为15m 。新建堤坝要与现有的浆砌石堤防匹配，故决定本次治理的新建堤防采用浆砌石重力式堤防。
3.2
堤防设计
3.2.1
设计河段洪水水面线推算
南川河苇池段河道治理工程段全长800m ，比降
为13‰。本次计算的横断面共有9个，河道宽度为15m 。参考《水力计算手册》中天然河道洪水糙率系数拟定河道的糙率为0.03。由于南川河苇池段河底为砂砾和
卵石组成，底坡尚均匀，床面不平整，所以本工程选定河床糙率为0.03。
根据治理段的实测河道纵、
横断面和河道设计洪峰流量及选定的河道糙率，运用明渠非均匀渐变流公式对治理段河道水面线进行了推算。
实测河底高程为808~818.60m ，经计算，治理段内水面线对应结果为
809.99~820.31m 。
设计与施工·2018年第5期
SHANXI WATER RESOURCES
3.2.2
堤防高度设计
设计堤顶高程按《堤防工程设计规范》
（GB 50286-2013）的要求确定，堤顶高程为设计洪水位加堤顶超高。
堤顶超高计算。
堤顶超高由波浪爬高、风壅高度和安全加高三部分构成：
Y=R+e+A
式中：R ———设计波浪爬高，
m ；Y ———堤顶超高，m ；
e ———计算风壅高度，
m ；A ——
—安全加高，m 。根据《堤防工程设计规范》查得5级堤防A 取0.5m 。经计算堤顶超高为0.64048m ，综合考虑确定重力式堤防堤顶超高为0.7m ，见表1。
表1
护岸超高计算表
河道水流计算。
由于治理段有河道弯道，
因此需对河道凹凸岸水位差进行计算。计算公式采用《水力计算手册》（第二版）中的相关公式：
Δh =v 2
g B r 0
α0
式中:Δh ———弯道横断面水位差；
v ———断面平均速度；
B ———弯道水面宽度，B=r 2—r 1，；
r 1、r 2———弯道凸岸和凹岸的曲率半径；r 0———弯道水流轴线曲率半径；g ———重力加速度，m/s 2；
α0———流速分布系数，α0=1+5.75g c
2；
C ———谢才系数。
经计算得，弯道段单侧水位差均小于0.2m ，由于本工程浆砌石堤防安全超高取0.7m ，故堤顶高度不考虑横向水位差影响。
根据计算可知10年一遇的设计洪水位加堤顶超高0.7m 来确定设计堤顶高程。
冲刷深度计算。
苇池村所处南川河河段虽然河势比较稳定，但随着河道流量的变化，沿岸顶冲位置亦在变动，对平顺河段影响更明显。因此，不但要重视顶冲护段堤脚工程的深度和宽度，也要重视平顺河段的堤脚工程设计。
考虑水流平行于岸坡的冲刷深度计算，引用《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）中公式：
h s =H 0
U cp U C
()n
-1
[]
式中：h s ———冲刷深度，m ；
H 0———冲刷处水深，
m ；U cp ———近岸垂线平均流速，m/s ；U C ——
—泥沙起动流速，m/s ；n ———指数与防护岸坡在平面上的形状有关，取
n =1/4~1/6。
近岸垂线平均流速U cp 计算公式：
U cp =U 2η
1+η
式中：U ———形近流速，m/s ；硬度换算
η———水流流速不均匀系数，
根据水流流向与岸坡夹角α查表求得。
泥沙起动流速U c 计算公式：U c =1.08
gd 50γs -γ
γ
√
H
d 50()
1
7
式中：g ———重力加速度，m/s 2；
d 50———床沙的中值粒径，m ；
γs 、γ———泥沙与水的容重，kN/m 3。
经计算，治理段冲刷深度为0.885~1.026m 之间，见表2。
表2
冲刷计算成果表
根据《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007），
挡土墙墙趾埋深宜为计算冲刷深度以下0.5~1.0m 。结合实地查勘时洪水冲刷的痕迹，本段冲刷较为严重，为安全起见，本段堤防埋深为1.5m 。
（下转第41页）
护岸
型式迎水面边坡系数/m 波浪爬高R/m 风壅高度/m 安全加高A/m 堤顶超高
Y/m
重力式堤防
0.3
0.14
0.00048
0.5
0.64048
桩号冲刷处
水深H 0/m 行近
流速U /（m/s ）近岸垂线平均流速U cp /（m/s ）泥沙启动
流速U c /（m ·s -1）冲刷
深度h s /m 0+000171 4.83 4.830.9060.8890+100 1.63 5.09 6.340.900 1.0260+200 1.69 4.89 4.890.9040.8870+300 1.68 4.91 4.910.9030.8850+400 1.72 4.81 4.810.9060.8910+500 1.73 4.77 4.770.9070.8900+600 1.75 4.71 4.710.9090.8900+700 1.79 4.61 4.610.9120.8940+800
1.79
4.62
4.62
0.912
0.896
山西水利
水闸，利用进水闸，将洪水引入调蓄水区，
蓄滞洪水，利用下游退水闸再退入河道。
为最大限度的回补地下水，在汛期通过拦截末端洪水引入堤外调蓄水工程，以增补地下水。滞洪水位高程结合汾河干流核心区正常蓄水位及堤外调蓄水工程的实际，确定滞洪水位和正常蓄水位采用同一水位736.0m ，最大滞洪量为30.0万m 3。
3.5
调蓄水区绿化设计
北辛武蓄水区绿化采用自然形式，
以植物绿化造景为主。围堤绿化应用植物生态学原理，
从生态的角度考虑植物配植，从而构建和谐的生态环境。整体的造景以乔木、灌木及草本植物相结合，
即便在寒冷的冬季也能观赏到常绿的树。
围堤堤顶路两侧各设置一排行道树，栽植油松、紫叶李、西府海棠、胶东卫毛球等。油松间距5m ，油松高度采用2.5m ，冠径不小于2m ，共栽植油松890株；紫叶李间距10m ，冠径1.5m ，共栽植445株；西府海棠间距10m ，冠径不小于2.5m ，共栽植445株；胶东卫毛球间距5m ，高度不小于1m ，共栽植890株；其余裸露地面种植狗牙根，种植面积为4449m 2。浅水区域沿围堤宽度3m 范围内栽植水生植物芦苇等，栽植面积为
7088m 2。4
结语
本工程的实施，是贯彻习近平总书记视察山西时
的特别嘱托：“要高度重视汾河的生态环境保护，要让汾河水量丰起来、水质好起来、
风光美起来”的重要举措。严格落实省委、省政府决策部署，对于改善介休市当地的生态环境，推动当地旅游的发展起着重要的作用。
［作者简介］张柴蕾（1990-），女，2014年毕业于太原理工大学水利水电工程专业，
助理工程师。［收稿日期］2018-03-18；［修回日期］2018-04-27
3.2.3
堤防结构设计
新建重力式堤防断面采用梯形断面，顶宽0.5m ，迎水面边坡为1∶0.3，背水面边坡为1∶0.1，基底放大脚宽0.5m ，基底水平，基础埋置深度1.5m ，堤顶采用C20素混凝土压顶，
厚0.1m 。堤防每隔15m 设一道横向伸缩缝，缝内填塞2cm 厚高密度聚乙烯闭孔泡沫板
（120kg/m 3），用M12.5水泥砂浆封口，墙体设一排排水孔，孔距2.0m ，高出设计河底1.0m ，在排水孔进口处外包无纺布（300g/m 2）并设置砂砾料反滤体，沿墙后通长布置。3.2.4
稳定分析计算
堤防形式均采用浆砌石重力式堤防，堤防稳定计
算取最大断面作计算单元。
堤防工程级别为5级，在正常运用条件下，堤防在土基上的抗滑稳定安全系数的
允许值为1.20，抗倾覆安全系数的允许值为1.40。本工
程处于7度地震区，所以需要进行抗震设计；地基性质为土堤，挡土墙底面与地基之间的摩擦系数取f =
0.4。
浆砌石堤防的抗滑稳定安全系数计算，
采用公式：k C =f
·∑ω∑p
式中：k C ———抗滑稳定安全系数;
∑ω———作用于墙体上的全部垂直力的总和，kN ；∑p ———作用于墙体上的全部水平力的总和，kN ；
f ———底板与堤基之间的摩擦系数。
浆砌石堤防的抗倾安全系数计算，
采用公式：k 0=∑M V ∑M H
crt
式中：k 0———抗倾安全系数;
∑M V ———抗倾覆力矩，kN ·m ；
∑M H ———倾覆力矩，
kN ·m 。浆砌石堤防基底压应力计算，采用公式：
σmin ·nax =∑G A +∑M
∑W
式中：σmin ·nax ———基底的最大最小应压力，kPa ；
∑G ———垂直载荷，kN ；
A ———底板面积，m 2；∑M ———荷载对底板形心轴的力矩，kN ；
∑W ———底板截面系数。计算结果。
亲子沟通培训师
取在最不利状况下堤防的最大断面计算，根据计算结果可知，堤防稳定计算系数均满足规范要求。
4
结论
河道多年未进行清淤，淤积严重，
河道行洪断面严重不足。疏浚工程将河道内200m 3建筑、生活垃圾全迅驰技术
部外运，综合考虑选定弃渣场，土方外运距离2km ；河道疏浚产生土方主要用于堤后回填，
多余的运至弃渣场。工程建设后将彻底解决当地防洪安全问题，同时，可切实改善沿线居民的生产、
生活条件，提升整体形象和改善投资环境，社会效益良好，
环保效益明显。［作者简介］高列波（1972-），男，2011年毕业于河海大学水利水电工程专业，
工程师。［收稿日期］2018-03-21；［修回日期］2018-04-28
（上接第38页）设计与施工·2018年第5期
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