小河沿子河防洪治理水工結(jié)構(gòu)設(shè)計

小河沿子河防洪治理水工結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要：工程區(qū)所在的小河沿子河是長春市城市防洪體系中的一個重要組成部分，治理河段位于小河沿子防洪工程的最上游段，屬極為重要的咽喉部位，如果該段河道不安全，將對下游已建成的河段造成威脅。同時，治理河段位于凈月水庫壩下溢洪道出口以下，屬凈月潭風(fēng)景區(qū)的延伸地帶，對景觀要求較高。城市河道建設(shè)中，在滿足防洪要求的前提下，景觀建設(shè)是另一個需要考慮的重要方面。橡膠壩具有起落方便，汛期塌壩后不占用河道行洪斷面，不影響河道的正常行洪的特點(diǎn)，而且具有美化城市環(huán)境，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境，增加城市景觀的作用。根據(jù)照規(guī)范要求，對壩體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面設(shè)計，包括地下水位、橡膠壩壩袋錨固、橡膠壩充氣及排氣設(shè)計、橡膠壩底板設(shè)計、防滲體設(shè)計和擋土墻設(shè)計。關(guān)鍵詞：小河沿子河；防洪治理；景觀；水工結(jié)構(gòu)；橡膠壩；防滲Abstract:themovementofthesmallriverbanksonriverchangchuncityfloodcontrolsystemisanimportantpartofmanagementinsmallriverbank,reachthesonoffloodcontrolworkstheupstreamsection,isaveryimportantpartofthethroat,iftheriverunsafefordownstreamhasbuiltathreatreach.Atthesametime,themanagementinnetreachonreservoirspillwaydamunderthemoonlakescenicspot,theexportofextensionarea,higherrequirementsonlandscape.Intheconstructionofurbanriver,inmeettherequirementsoffloodcontrol,underthepreconditionoflandscapeconstructionisanotherimportantaspecttoconsider.Rubberdamhasupsanddownsconvenient,flooddamcollapseafterdonottakeupriverfloodsection,donotaffectthenormalriverflooddischargecharacteristics,butalsocanbeautifytheurbanenvironment,improvetheregionalecologicalenvironment,increasetheroleofurbanlandscape.Accordingtothespecificationrequirementsaccordingtothestructureofoveralldesign,includingundergroundwaterlevel,rubberdamdambaganchorage,rubberdamairandexhaustdesign,rubberdambasedesign,imperviousbodydesignandretainingwalldesign.Keywords:smallriverbanksonriver;Floodcontrolmanagement;Landscape;Hydraulicstructure;Rubberdam;Seepagecontrol一、小河沿子河防洪治理工程概況小河沿子河為伊通河長春市城區(qū)段右側(cè)的一級支流，發(fā)源于凈月經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)農(nóng)林鄉(xiāng)孔家屯，流經(jīng)逯家灣、小河臺、凈月鎮(zhèn)、生物城，至南關(guān)區(qū)幸福鄉(xiāng)原南郊電灌站一號閘入伊通河。原自然狀況全河流域面積96.71km2，河長28.92km，河道平均坡度2.3‰。該河上游有凈月潭中型水庫，集水面積78km2，占全河流域面積的79.1%，水庫壩址至河口段流域面積為18.71km2，河長14.4km河道平均坡度1.8‰。在長春市城市防洪規(guī)劃中，伊通河干流防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，支溝防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，因此小河沿子干流防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用50年，超標(biāo)準(zhǔn)洪水為100年。本次治理河段位于凈月水庫壩下溢洪道出口至三星渡假村段小河沿子河谷地帶，河道兩岸地勢陡峭，治理河道總長度613米?，F(xiàn)狀河道較順直，河道寬度20m～40m，深2～5m，河道比降較陡，局部河段不足1/100。凈月水庫壩下小河沿子河段行洪斷面較大，基本可以滿足河道行洪，但是由于該段河道比降較陡，多年來，河水對兩岸造成嚴(yán)重沖刷，使局部河岸形成險段，隨時有塌岸的危險，對下游的道路、農(nóng)田及居民的生命造成威脅。二、工程總體布置凈月潭國家森林公園是國家5A級旅游景區(qū)和國家文明風(fēng)景旅游區(qū)示范點(diǎn)，素有臺灣日月潭姊妹潭之稱，位于長春市區(qū)東南部，距市中心9.5公里，面積200平方公里，有水面4.3平方公里，風(fēng)景人工林80平方公里，森林覆蓋率達(dá)58.6%。被譽(yù)為”亞洲第一大人工林海”，景區(qū)，群山環(huán)繞、綠浪排天、碧波蕩漾、柏翠花紅，含有30多個樹種，堪稱“亞洲第一大人工森林”，景區(qū)潭水面積達(dá)4.3平方公里。工程區(qū)位于凈月水庫壩下溢洪道出口以下，屬凈月潭風(fēng)景區(qū)的延伸地帶，對景區(qū)的美化具有間接的影響。本次治理河段位于三星渡假村內(nèi)，該渡假村屬凈月經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的旅游渡假場所，一直以來游人眾多，可是由于該段河道多年來疏于治理，雜草遍布、臭味四溢，對周圍美麗的環(huán)境造成極為不利的負(fù)面影響，也間接影響了渡假村的經(jīng)濟(jì)效益。鑒于該段河道所處特殊的地理位置，為與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，考慮在河道上修建壅水建筑物，攔蓄河水形成觀賞水面。小河沿子河防洪治理工程設(shè)計包括防洪和景觀二部分。防洪工程主要采用護(hù)岸、護(hù)坡形式，包括河道漿砌石護(hù)岸、凈月水庫溢洪道鋼筋混凝土護(hù)岸及三維柔性生態(tài)護(hù)坡。景觀設(shè)計考慮修建橡膠壩，即可以充氣擋水，使上游形成一定的水面，美化環(huán)境，又可以塌壩過流，不影響凈月水庫溢洪道出口行洪，而且通過河道的治理能使汛期洪水通過溢洪道安全下泄，做到了河道治理與美化環(huán)境的有效結(jié)合。橡膠壩采用充氣加壓式，主要由動力設(shè)備和土建工程設(shè)計組成。動力設(shè)備部分包括管理房動力、照明工程設(shè)計、管理房自動控制設(shè)計；土建工程部分包括壩前護(hù)砌段、橡膠壩段、出口護(hù)砌及管理房。三、小河沿子河防洪治理中的水工結(jié)構(gòu)設(shè)計問題（一）合理確定地下水位水工構(gòu)筑物的設(shè)計與地下水位的標(biāo)高密切相關(guān)。由于地下水位未掌握好而引起結(jié)構(gòu)選型錯誤及抗浮不夠等工程事故也時有發(fā)生。地下水位不僅與土建設(shè)計有關(guān)，與水工設(shè)計也有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)行國家設(shè)計規(guī)范，地下水位應(yīng)根據(jù)地方水文資料，考慮可能出現(xiàn)的最高地下水位。一般設(shè)計均取用水文資料的最高地下水位，在50年設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)，一般水工構(gòu)筑物地下水可變作用的取用按“工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”原則確定，并不考慮罕遇洪水的偶然作用。設(shè)計人員應(yīng)詳實(shí)了解工程所在地的水文情況，未滿足設(shè)計要求的地質(zhì)勘察報告要求予以補(bǔ)充。要求考慮當(dāng)?shù)赜袩o暴雨、臺風(fēng)影響，會否出現(xiàn)由于地表水不能及時排除而引起的地下水位抬高。根據(jù)小河沿子河凈月水庫壩址以下的洪水組成，本次設(shè)計洪水計算：區(qū)間洪水由暴雨推求，區(qū)間洪水和凈月水庫同頻率洪水的泄流量相組合的洪峰流量為工程處的設(shè)計流量。本次設(shè)計采用由設(shè)計暴雨徑流成果，采用水科所法、羅氏法、吉林模型法計算區(qū)間設(shè)計洪峰流量。以上三種方法計算成果比較接近，采用適用于本地區(qū)的羅氏法成果合理。設(shè)計正常高水位為221.20m，設(shè)計水位（p=2%）220.91m，設(shè)計流量（p=2%）為Q=41.6m3/s。（二）橡膠壩壩袋錨固設(shè)計本次設(shè)計，由于壩頂有溢流要求，因此工作壩袋錨固方式采用雙點(diǎn)錨固。錨固結(jié)構(gòu)采用穿孔錨固式，螺栓直徑及長度計算：計算公式：Qo=k1*To/n式中：Qo—每根螺栓承受的荷載，kN/m；To—單位長度螺栓計算荷載，To=T*K；T—壩袋徑向拉力；K—安全系數(shù)，取4；k1—栓緊力和轉(zhuǎn)力的影響系數(shù)，取1.75；n—1m長度內(nèi)螺栓根數(shù)；d—螺栓直徑，mm；「σ」—螺栓允許拉應(yīng)力，取23.5kN/cm2；計算結(jié)果：對于螺栓長度可根據(jù)經(jīng)驗確定，一般螺栓埋深可取（20～25）倍螺栓直徑。設(shè)計穿孔錨固式錨固槽深0.15m、槽底寬為0.2m，槽頂寬為0.40m，槽內(nèi)預(yù)埋直徑φ27mm，工作壩袋預(yù)埋螺栓長度為0.78m，檢修壩袋預(yù)埋螺栓長度為0.55m，螺栓間距為0.2m。槽底預(yù)埋寬度0.2m、厚度0.01m的墊板，墊板頂面兩側(cè)邊緣沿槽長方向焊接φ16mm鋼筋，鋼筋頂放置寬度0.14m，厚度0.05m的壓板，以螺栓固定并澆筑二期混凝土。（三）橡膠壩充氣、排氣設(shè)計1、充氣設(shè)備的選擇橡膠壩壩袋容積為70.1m3，設(shè)計內(nèi)外壓力比為1.2，橡膠壩高為2.0m，設(shè)計壓力為2.4m，采用2臺L30×20LD-1羅茨鼓風(fēng)機(jī)，配Y160L-6電動機(jī)，功率為11kW，（鼓風(fēng)機(jī)出口靜升壓力為3.5m，進(jìn)口流量為8.5m3/min，）設(shè)計充氣時間10.22min，充氣通過鼓風(fēng)機(jī)自動充氣，排氣通過電動閥門排氣。2、充氣、排氣管路設(shè)計橡膠壩充氣管直徑為159×4.5mm無縫鋼管，與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣管直徑相同，進(jìn)氣口設(shè)在管理房外，離地面高度大于1.5m，排氣管直徑為150mm，與鼓風(fēng)機(jī)出氣管直徑相同，進(jìn)入干管，再進(jìn)入壩袋充氣管，壩袋充氣管直徑均為150mm，充氣管兼排氣管用，在廠內(nèi)開始埋于地下凍層以下。工作壩袋及檢修壩袋均在壩底板內(nèi)設(shè)1個充氣孔，兼排氣孔。排氣閥設(shè)在充排氣管上，安裝在閥井內(nèi)的管路最低點(diǎn)處，電動控制。（四）橡膠壩底板設(shè)計橡膠壩壩址處河道寬20m，考慮到橡膠壩邊墻與上下游護(hù)岸的連接及泄流能力的影響，橡膠壩凈跨度取20m，為單跨結(jié)構(gòu)。根據(jù)《橡膠壩技術(shù)規(guī)范》要求，壩頂高程宜高于上游正常高水位0.1～0.2m，本次設(shè)計確定壩頂設(shè)計高程為221.40m，高出正常高水位0.2m，壩高為2.0m。為了不使河床中泥砂淤積在橡膠壩底板上，確保橡膠壩安全可靠運(yùn)行，壩底板頂高程為219.40m，高于河床0.2m。底板采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總長23.8m，順?biāo)鞣较蜷L為6m，考慮到管路布置及結(jié)構(gòu)需要，底板厚度取值為0.8m，根據(jù)地質(zhì)資料，底板開挖后遇淤泥質(zhì)覆蓋層，要全部開挖換填二灰土夯實(shí)以提高地基承載力、減少地基沉降。壩袋采用堵頭式連接，考慮到防止壩袋在兩岸邊墻連接部位產(chǎn)生塌肩現(xiàn)象，在底板靠近邊墻處2m范圍內(nèi)處理成0.1m厚斜坡。兩側(cè)邊墩與底板呈整體式布置。底板內(nèi)鋪設(shè)充排氣管路，底板下鋪設(shè)0.1cmC15素砼墊層。工作壩袋采用雙錨結(jié)構(gòu)。（五）防滲體設(shè)計小河沿子河橡膠壩底板下為淤泥質(zhì)，不適宜作橡膠壩基礎(chǔ)，所以需換基處理，應(yīng)全部開挖換填中粗砂。為有效的增加防滲段長度，加大滲徑，防止河床被淘刷，在底板上游設(shè)鋼筋混凝土鋪蓋，鋪蓋段長6m，厚度為0.8m。為增加滲徑，壩底板前后設(shè)有齒墻，齒深1.0m，滿足橡膠壩的防滲要求。壩基滿足防滲設(shè)計要求的滲徑長度利用萊因法估算，即L=L垂直+1/3L水平>C△H，式中C為萊因系數(shù)，查表可知地基為中粗砂時，萊因系數(shù)C=5，為上下游水位差，計算壩基滲徑總長度L為7.46m，大于C=3m，因此壩基滲徑長度滿足要求。壩基滲徑長度確定后，進(jìn)行地下輪廓布置。橡膠壩底板上下游側(cè)設(shè)置齒墻，齒墻深1.5m，齒墻底厚為0.5m，底板長6m，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，下游賓格結(jié)構(gòu)具有透水性，滿足防滲排水要求。（六）擋土墻的設(shè)計懸臂式鋼筋混凝土擋土墻投資雖然相對較高，但其表面平整，抗凍和抗沖刷能力強(qiáng)，特別在洪水期墻頂過水情況下，耐久性好。本段護(hù)岸長度較短，設(shè)計推薦懸臂式鋼筋混凝土擋土墻方案。鋼筋混凝土擋墻護(hù)岸頂高程為221.70m，河底高程沿河道變化。擋土墻埋置深度為1.7m，滿足抗凍要求。擋墻頂寬30cm，迎水面垂直面，墻后回填中粗砂。距河底以上50cm處每隔2m設(shè)排水孔，排水孔為D50塑料管，一側(cè)為礫卵石外包無紡布。鋼筋混凝土護(hù)岸設(shè)計斷面：擋土墻的高度是逐漸變化的，因此選擇0+023、0+100、0+183三個標(biāo)準(zhǔn)護(hù)岸剖面進(jìn)行擋土墻的抗滑穩(wěn)定、抗傾穩(wěn)定和地基承載力的驗算。1）計算公式：a）抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：KC=（f×ΣG）/ΣE式中：f－基礎(chǔ)與地基間的磨擦系數(shù)ΣG－垂直力之和ΣＥ－水平力之和b）抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)：ＫＯ＝Ｍy/ＭA式中：ＭＹ－抗傾力矩ＭＡ－傾覆力矩計算結(jié)果：鋼筋混凝土擋墻穩(wěn)定計算成果參照《擋土墻設(shè)計規(guī)范》4級建筑物，基本荷載組合抗滑安全系數(shù)查得［ＫＣ］＝1.20，抗傾安全系數(shù)［Ｋ］＝1.5；特殊荷載組合［ＫＣ］＝1.05，抗傾安全系數(shù)［Ｋ］＝1.4；地基允許應(yīng)力比為2；由計算結(jié)果可知鋼筋混凝土護(hù)岸擋墻穩(wěn)定滿足要求。結(jié)語工程的建設(shè)任務(wù)是通過對河道兩側(cè)河岸的加固措施，增加河道防洪的安全性，同時凈化水質(zhì)、美化周圍環(huán)境，為當(dāng)?shù)厝罕姷?/p>