商洛市丹江干流防洪堤防断面设计浅析

赵文亮 ，王开拓 ，王 成

（1.商洛市水电勘测设计院，陕西 商洛 726000；2.青海民族大学建筑工程学院，青海 西宁810007）

1 工程概况

丹江流域是汉江流域的一级支流流域，水源起点位于商洛境内的秦岭山脉凤凰山南麓，流经商洛市三县（区），在商南县月亮湾流出省界。全长443 km，其中在陕西省河道总长264 km，总流域面积16812 km2，陕西省内流域面积747 km2，陕西省内丹江平均比降3.27‰。

从20世纪50年代陆续开始建设丹江干流防洪工程；1973年，丹江上游二龙山水库及南秦水库建成蓄水拦洪，商州、丹凤两县在水库下游以改河造田为目的开展了丹江治理；2005年以后，陆续修建了商州城区、丹凤县城区段堤防20.8 km，但其它河段依然没有形成符合标准的防洪工程体系；2012年丹江干流沿岸实施12处重点段防洪工程，初步设计批复后将逐步完成建设治理。新的堤防工程的建设对稳定河势，防止洪水淹没及塌岸，保证两岸人民的生命财产安全起到了很大作用。

2 现状及问题

防洪堤防的安全与人们的生命、财产安全息息相关，历来对防洪堤防相关的研究都很重视[1～2]。目前对堤防工程的研究较为广泛[3～4]，但对结合实际工程现状与工程设计的研究尚缺乏，造成设计过程中存在诸多问题[5～6]。丹江流域内虽建成一定的防洪工程，但境内丹江流域较长，有些河段尚未形成统一的防洪规划，已建成的堤防工程也存在一些不足。

（1）防洪堤防工程缺乏总体统一的规划布置，尚不能形成上下连续的防洪封闭体系。现有岸线、堤坎大多都是因洪水灾害而布设，为临时、短期安排。

（2）河床下切严重，近多年来，丹江流域由于国家铁路、公路以及城镇建设规模日益扩大，建筑用砂石料的开采，进一步加剧了河道下切。

（3）有些河段的堤防堤线布局不合理，有些河段由于两岸人为因素、自然因素影响，河道宽度较窄。

（4）防汛预警预报系统落后，不完善，不能完全满足现今时代信息化防汛工作的要求。

3 堤防工程总体布置

堤防堤线布局应根据防洪总体规划，工程区的地形地貌，工程区地质构成情况，结合已有、拟建建（构）筑物的位置、结构形式，河道岸线演变，水文资料全面考虑工程区下伏层地质地层情况，通过经济、技术、适宜性等方面综合的分析评比后确定。依据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），建制镇段堤防工程级别为四级；自然村段堤防工程级别为五级。

该工程区涉及商州区黑龙口镇段、麻街镇段、梁铺段、张村白杨店段、夜村镇乐园高桥段、孝义镇高桥刘一段，共建设堤防（护岸）长53.974 km。丹江干流商州区段防洪堤防工程布局情况见表1。

4 堤防工程断面设计与分析

4.1 设计原则

防洪堤防工程的设计应符合下列原则要求：（1）设计堤线尽量与现状河岸线相一致，充分利用高地、老坎、石嘴和已有堤防堤线，并使得线型在平面形态顺适河势，避免突然转弯、回流等；（2）堤防线路布局应从总体出发，兼顾两岸及上下游，确保河道行洪顺畅；（3）每个单独的设防区建成一个封闭的防洪体系；（4）支流入汇口段，根据干流洪水确定支流进入水槽部分的水位，以确定堤防的顶高程和长度，并尽量减小支流汇入干流的入汇角。

表1 丹江（商州区段）防洪工程布置统计表

4.2 堤距的确定

结合当前河段的实际地形条件，对堤距进行多方案计算分析，综合各种因素确定商州城区段南秦河口以上段设计最小堤距为60 m，南秦河口以下段最小设计堤距100 m。

4.3 横断面型式

根据上述堤线布局原则和确定的河道堤距，结合现状堤线、高坎和现有防洪建筑物状况，并结合实际地形，根据各个项目段不同的情况，因地制宜地选用不同断面形式。经过经济、技术、适宜性等多方面的比选，最终确定其形式。

4.4 丹江干流各工程段横断面设计

横断面的设计以商州区梁铺段、孝义镇高桥刘一段、黑龙口镇段、张村白杨店段为例，对每个工程部分的典型断面进行比较和分析，并给出比选方案。

4.4.1 梁铺段

本段堤防位于丹江左岸，分成二段。第一段自梁铺村处已成堤防开始即河道桩号9+820.20处，止支沟刘家河河口右岸即河道桩号11+700.83处，本段堤防长1922 m；第二段堤防为沙河子镇水渠子村处河道桩号14+489.33～14+774.23河段之间堤防，本段堤防长323.88 m。采用两种方案进行比选。

方案1：为M7.5浆砌石重力式挡土墙复式断面，堤防基础顶高程与河道深泓线高程基本一致，靠近河道侧，挡墙坡面采用直立式，另一侧坡比为1∶0.5，底宽2.70 m，顶宽0.60 m。接堤防基础顶，向上按1∶2.0放坡至设计洪水位，设3.0 m宽亲水平台。接平台末端，向上按1∶2.0放坡至堤顶设计高程。平台以上斜坡采用2.0 m×2.0 m×0.30 mC25混凝土框格，回填熟土种植草皮，平台及以下至堤防基础段用浆砌石砌筑，砌筑砂浆为M7.5水泥砂浆，6.00 m宽堤顶道路。断面见图1、图2。

图1 梁铺段方案1横截面

方案2：形式与河道对岸现有堤防一致。堤身临水侧坡比1∶2.0，下厚60 cm，堤顶端厚30 cm。堤防基础底宽2.30 m，堤防基础临河道侧坡比1∶0.2，基础背河道侧直立，堤防背河道侧1∶2.0，堤顶6.00 m宽泥结石路面。

图2 梁铺段方案2横截面

方案1与方案2各有各的特点，但是从城市规划要求并结合建设生态堤防方面考虑，方案1更能满足该地实际需要，与现状已建堤防形式相近。故本文推荐方案1。

4.4.2 孝义镇高桥刘一段

该段新建堤防6773 m，起点为高桥，终点为雷家坡大桥，保护对象为耕地及村庄，耕地及村庄位置较高，该段冲刷深度在2.5 m左右，为了防止冲刷，该段采用两种方案进行比较，斜坡重力式护岸和斜坡式护岸，断面见图3、图4。

方案1为仰斜重力式护岸，底宽2.99 m～3.26 m，基础倒角为7°，挡墙顶宽0.60 m，迎水坡坡比1∶0.45，背水坡坡比1∶0.1，基础埋深3.00 m左右。墙前回填砂砾石，墙后填筑砂砾石。

方案2为斜坡式护岸，护坡临河道侧坡比1∶20，背河道侧坡比1∶1.70，堤防底宽2.10 m，基础临河道侧坡比1∶0.3，墙前基础回填砂砾石，墙后填筑砂砾石，堤顶为3.00 m宽泥结石路面。

图3 孝义镇高桥刘一段方案1横截面

图4 孝义镇高桥刘一段方案2横截面

对以上两种设计方案进行经济比较，方案2的横断面形式，其主要工程量小，工程造价小，相对经济合理，但占用土地面积大；方案1，主要工程量大，工程造价大，但占用土地面积比前者小。丹江为山区性河流，两岸为村庄及经济农田，加之该地段用地十分紧张，征地难度大，故采用方案1。

4.4.3 黑龙口镇段

黑龙口镇段拟建8段堤防，合计11390 m。由于各段落相距较近，且地形地貌基本一致，经过综合考虑，采用一致的横断面形式。设计考虑了两种横截面样式，断面见图5、图6。

方案1，为仰斜式挡土墙，顶宽0.70 m，浆砌石砌筑，砌筑砂浆采用M7.5水泥砂浆，临河道侧挡墙墙面坡比为1∶0.4，背河道侧挡墙坡面采用1∶0.1，基础埋深为1.50 m，3.00 m宽堤顶路。

图5 黑龙口镇段方案1横截面

方案2：为衡重式挡土墙，顶宽0.70 m，浆砌石砌筑，砌筑砂浆采用M7.5水泥砂浆，临河道侧挡墙墙面坡比为1∶0.25，背河道侧挡墙坡面采用1∶0.2，基础埋深为1.50 m，3.00 m宽堤顶路。

图6 黑龙口镇段方案2横截面

对以上两种设计方案进行经济比较，方案1，主要工程量较小，工程造价小，占用土地面积比方案2稍小。方案2，主要工程量较大，工程造价大；黑龙口镇段项目段落多，距离长，在占用土地差别不大的情况下，综合分析方案1和方案2，最终选择更加经济合理的方案1作为选择方案。

4.4.4 张村白杨店段

张村白杨店段为原丹江干流重点段批复外的零星段落，包括2段，总长度2830 m。丹江一级支流王山沟入汇口，右岸842.2 m，保护对象为入汇口村庄及耕地；唐寨子段，起点接唐寨子小学沟口，终点为沪陕高速跨南沟河桥台，长度1987.6 m。经过综合考虑。设计考虑两种横截面形式进行比选，断面见图7、图 8。

方案1，仰斜式浆砌石挡土墙，其靠自身重量平衡外力，以达到稳定。其体积、重量较大，对地基承载力要求较高。高的重力式挡土墙由于断面大，材料耗费较多，亦不经济，但高度在5 m以下较为经济。由于本工程堤防高度大多在4.50 m左右，地基持力层为比较坚实的砂卵石层，且断面构造简单，施工方便，占地面积小，经济效果较好。

图7 张村白杨店段方案一横截面

方案2，为坡式生态堤防，避免河道人为形成渠道化，不影响自然径流、可适当调节地表径流。但拟建工程多位于自然村段，大部分是砂土坎，植物护岸措施相对较少，容易产生滑坡现象。采用坡式堤防占用土地相对较大，后期植物养护、管理运行成本高。

图8 张村白杨店段方案2横截面

近年来，随着“商丹一体化”的发展，全方位建设“关天经济区次核心城市”，加快了城镇化建设的步伐。对丹江沿岸防洪要求越来越高，建设新型坡式生态堤防比较适合建设发展趋势，但由于张村镇境内土地肥沃，对发展种植业和养殖业有着得天独厚的优势，土地十分紧张，寸土寸金，“一乡一业一村一品”发展中，张村镇党委采取多种措施加大支持力度，积极鼓励农民发展无公害反季节蔬菜，努力在商州区建造蔬菜基地。项目所在河段河道宽度狭窄，且河道两岸道路和温室大棚靠近河岸，可利用空间有限。采用坡式生态堤防断面占地面积过大，土地征收难度大。而采用挡墙式断面，可以增加过水面积，降低洪水位，不占用土地，加之该工程投资以防洪保安为重要前提，对每段投资有限。综合分析比较，选用方案1。

5 结语

综上所述，从商洛市丹江流域综合治理丹江干流防洪工程的设计可以看出，防洪堤防的横断面设计应充分考虑工程区的地形地貌、河道特性、施工环境等因素，因地制宜地设计出经济合理的堤防横断面。在资金限制、地形限制、环境限制等因素的基础上实现预期的工程建设目标，确保区域防洪安全及沿河群众生命财产安全，促进区域经济快速稳定的发展。