皂河入渭口段河床下切治理措施淺析

韓曉榮楊莉

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院陜西西安710001）

皂河入渭口段河床下切治理措施淺析

韓曉榮楊莉

（陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院陜西西安710001）

本文對皂河入渭口段河道下切原因進(jìn)行了分析，針對河床地層巖性為砂土軟基的實際情況，采用格賓石籠柔性護(hù)腳以適應(yīng)地基變形要求，在治理末端修建格賓石籠深齒墻與渭河南岸大堤基礎(chǔ)相接形成封閉屏障以阻止河床進(jìn)一步?jīng)_刷下切。實踐證明，此方案對河道起到了顯著的防護(hù)作用，可供后續(xù)類似工程設(shè)計參考。

皂河；河床下切；格賓石籠護(hù)腳；深齒墻；方案設(shè)計

1 工程概況

皂河發(fā)源于西安市長安區(qū)水寨村，流經(jīng)長安區(qū)申店、韋曲，在下塔坡入西安城市段，全長33.5km，流域面積331km2，河道平均比降1.4‰。西安市城區(qū)段長27.34km，接納城區(qū)約277km2面積的雨洪排水。

2001年西安市政府對皂河排洪工程進(jìn)行治理，于2004年12月底完成，運行幾年后，皂河入渭口段呈現(xiàn)淤積狀態(tài)，且日益嚴(yán)重，2007年進(jìn)行了河道清淤。2008年11月渭河西安城市段南岸堤防加固工程啟動，對原皂河入渭區(qū)域河道進(jìn)行了裁彎取直，皂河在渭河的匯流長度由原來的5.3km減少到2.266km，河道比降變陡，流速加大，西站皂河橋至入渭口段河底不斷受到淘刷下切，河道兩岸堤防的漿砌石、鉛絲石籠基礎(chǔ)不斷的出現(xiàn)跨塌、傾斜，致使河道堤身兩岸護(hù)坡局部也出現(xiàn)垮塌破損，2010年8月、2012年4月對新建皂河橋下河底高程進(jìn)行實測，淘刷深度分別為1.8m、3.0m，河床在嚴(yán)重下切；若不及時對河道進(jìn)行加固治理，堤防基礎(chǔ)及岸坡垮塌現(xiàn)象將日益加劇，危及堤防安全。

2 設(shè)計原則

本工程為加固工程，原堤防堤身完整性較好，可以加以利用，以減小工程投資，主要針對堤腳沖刷及河床下切問題進(jìn)行處理。處理措施應(yīng)本著經(jīng)濟合理、施工安全方便、工程效果顯著的原則，對各種可能實施的方案進(jìn)行比較。

3 設(shè)計方案選擇

2004年西安市政府已對本治理河段兩岸堤防修建完成，經(jīng)水力復(fù)核該堤防工程堤線、堤距滿足本次設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)要求，利用現(xiàn)有堤防具有工程量小、措施簡單、費用省、對兩岸擾動較小等優(yōu)點，因此本次河道治理基本維持現(xiàn)有堤線布置，設(shè)計主要任務(wù)為：堤防基礎(chǔ)加固、阻斷河床下切。

3.1 堤防基礎(chǔ)加固方案

（1）方案一：根據(jù)沖刷計算結(jié)果，堤防平順段、轉(zhuǎn)彎段基礎(chǔ)應(yīng)分別埋置于深泓以下0.8m、1.4m。順現(xiàn)狀堤防臨水側(cè)坡比1：1.5方向向河道下部挖深，至設(shè)計基底高程，修筑漿砌石護(hù)坡及基礎(chǔ)。此方案存在的問題是：因河床地基巖性為細(xì)砂和中粗砂，且因地下水位的影響，開挖過程中可能因流沙而使邊坡垮塌難以成型，施工難度非常大，導(dǎo)致施工臨時工程量劇增而工期延長，并影響堤防安全。經(jīng)分析論證，認(rèn)為對于砂土柔性地基，采用柔性材料對堤防基礎(chǔ)進(jìn)行水平防護(hù)，適應(yīng)地基變形能力較強且施工方便，特此提出方案二。

（2）方案二：對堤防基礎(chǔ)按現(xiàn)狀地面形式設(shè)置水平防護(hù)基礎(chǔ)，其寬度根據(jù)沖刷深度及達(dá)到最大沖刷深時形成的穩(wěn)定邊坡確定。由計算及地質(zhì)調(diào)查，平順段和斜沖段沖刷深度分別為0.8m、1.4m，穩(wěn)定邊坡1:2.5（細(xì)砂和中粗砂，水下），所需要的水平防護(hù)基礎(chǔ)寬度分別為2.0m和3.5m。

兩岸堤防設(shè)置水平防護(hù)基礎(chǔ)后，對河道中間無砌護(hù)河床寬度較小河段，會形成一個沖刷薄弱帶，為盡可能減小沖刷，設(shè)計對此段河道河底均進(jìn)行襯護(hù)。對河底寬度稍寬河段，堤防基礎(chǔ)水平防護(hù)后，河道中間無砌護(hù)寬度較大，最初擬對河底不進(jìn)行襯護(hù)，但考慮到：①河床巖性為細(xì)砂和中粗砂，抗沖能力較小，遇較大流速則沖起懸浮于水中，隨水流沖走，造成河床進(jìn)一步淘刷下切，為提高河道抗沖能力、穩(wěn)定河床，對此段河底進(jìn)行襯護(hù)是必要的；②本段河道長度不大，在上游河底已經(jīng)襯護(hù)的情況下，單留此一小段沖刷薄弱段而危及堤防基礎(chǔ)安全不甚合理；③河底襯護(hù)后可增加平整度，防止水草生長，提高河道過流能力。所以經(jīng)綜合分析，對此段河道河底進(jìn)行襯護(hù)。

3）防護(hù)材料選擇：堤防基礎(chǔ)采用漿砌石、砼和格賓石籠三種砌護(hù)型式進(jìn)行比較，前兩種均為剛性結(jié)構(gòu)，適應(yīng)地基（細(xì)砂、中粗砂）變形的能力差，地基發(fā)生不均勻沉陷易產(chǎn)生剪切破壞，且工程量和投資較大，據(jù)調(diào)查西站皂河橋上游河底在2004年綜合治理時采用漿砌石砌護(hù)，局部因河底不均勻沉降已產(chǎn)生破壞；格賓石籠為柔性結(jié)構(gòu)，適應(yīng)地基變形能力強，施工方便，投資省，對現(xiàn)狀河底稍做修整，鋪筑0.5m厚格賓石籠即可。推薦采用格賓石籠水平防護(hù)方案。

（4）加固河床：要從根本上解決堤腳淘刷破壞問題，關(guān)鍵是要阻止河床進(jìn)一步?jīng)_刷下切，最初提出在工程末端（新皂河大橋下游）河床設(shè)置旋噴砼墻方案截斷河床沖刷下切，隨著設(shè)計工作的深入，與工程各方的溝通探討，認(rèn)為此方案對施工機械要求高、施工難度大且工期長、費用高。根據(jù)2009年開始西安渭浐河城市段管理中心每年對新皂河大橋處河底高程測量結(jié)果，4年內(nèi)河道沖刷下切已余3m，而近兩年下切緩慢，趨于平衡，結(jié)合工程實際，設(shè)計改為在皂河出口河床開挖溝槽設(shè)置一定深度齒墻方案。齒墻布置如下：在本工程末端河床設(shè)置格賓石籠深齒墻，兩端與渭河南岸大堤基礎(chǔ)相銜接，形成封閉的阻止河床進(jìn)一步?jīng)_刷下切的屏障，齒墻深3.0m，長度116.64m，頂面高程370.5m，底面高程367.5m，此處渭河大堤基礎(chǔ)高程約為372.2m，齒墻較渭河大堤基礎(chǔ)高程低4.7m，兩端采用斜坡型式與渭河大堤基礎(chǔ)相接。

齒墻與原過水堰上游坡相重合，將重合部分堰體拆除修筑齒墻，下游利用原堰體拋石體作為海漫，將原堰體369.50m高程以上部分拆除，沿整個堰面鋪筑一層1.0m厚格賓石籠防止沖刷。

3.2 滾水壩設(shè)計方案

圖1 齒墻布置剖面圖

圖2A-A剖面圖

為穩(wěn)定河床，防止河床進(jìn)一步下切，在新皂河大橋下游10m處修建一座寬頂堰式滾水壩，以使壩上游河道形成淤積態(tài)勢，堤防垮塌破壞基礎(chǔ)埋置于淤積面以下，可不進(jìn)行加固處理。設(shè)計堰頂高程372.91m，與原2004年皂河綜合治理此處設(shè)計河底高程相同，而較現(xiàn)狀下切河床高2.91m。堰頂長度165m，寬度6.68m，從堰頂以1:4的斜坡與下游護(hù)坦相接，堰基寬度18.32m，高程366.0m，置于深泓線以下4.0m中粗砂地基上，堰高6.91m，堰身采用漿砌石砌筑。堰下游設(shè)置長10m、厚1m的漿砌石護(hù)坦，護(hù)坦后設(shè)置長20m、厚1m的格賓石籠海漫，防止水流對堰基的沖刷。滾水壩剖面設(shè)計見圖3。

滾水壩的修建，使上游河道形成淤積，最終使壩址以上河底高程恢復(fù)到原設(shè)計高程，可維持上游河道河床穩(wěn)定，阻止河床進(jìn)一步下切，保證堤防基礎(chǔ)安全。但滾水壩抬高了工程末端現(xiàn)狀河床的高度，水流能量積聚于此，下游消能難度增加，沖刷劇烈，使壩基淘刷破壞，工程措施失效。

3.3 方案比選

兩方案各有優(yōu)缺點。滾水壩方案上游堤防基礎(chǔ)不進(jìn)行加固，總工程量相對較小，但壩基處理工程量大，壩下游消能難度大，沖刷嚴(yán)重，且皂河排放的是西安市工業(yè)和生活污水，由于壩的攔擋作用，污物易堆積于河道內(nèi)，對周邊生態(tài)環(huán)境及附近居民健康造成極大影響，與現(xiàn)有西安經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、六村堡工業(yè)園區(qū)及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)區(qū)的大環(huán)境不相適應(yīng)，對招商引資造成不利影響。堤防基礎(chǔ)加固方案雖格賓石籠襯護(hù)方量較大，但污物不會堆積于河道，對周圍環(huán)境不會造成影響，格賓石籠為柔性結(jié)構(gòu)，適應(yīng)地基變形能力強，防護(hù)性能好，施工方便，對于軟土地基是一種適應(yīng)性較強的堤防基礎(chǔ)加固方式，綜合比較后采用加固堤防基礎(chǔ)、加固河床末端方案。

4 技術(shù)難點及處理措施

河床地基巖性為細(xì)砂和中粗砂，地質(zhì)建議開挖坡比細(xì)砂水上1：1.25，水下1:2，中粗砂1:2，穩(wěn)定開挖坡比較緩。深齒墻施工時，兩岸灘地段現(xiàn)狀地面較高約為375.15m，而齒墻基底高程367.50m，開挖高度達(dá)7.65m，若按1：2穩(wěn)定邊坡開挖，開挖范圍大，可能對齒墻上游新皂河大橋基礎(chǔ)造成破壞，影響大橋安全，另一方面開挖工程量較大。施工單位在施工過程中采用1：1較陡邊坡開挖而加強邊坡臨時支護(hù)型式，但在開挖過程中因河道水位過高為369.5m左右，齒墻基礎(chǔ)高程為367.5m，高差2m左右，水位以下基槽開挖流砂量大，邊坡邊挖邊塌，難以成型，基坑中積水排泄不及，導(dǎo)致無法施工，經(jīng)研究，提出如下解決措施：將齒墻底層1m厚格賓石籠改為水下拋石，減小施工難度，推進(jìn)項目進(jìn)展。方案調(diào)整后，齒墻施工順利完成。

圖3 滾水壩縱剖面圖

5 洪水檢驗

工程于2014年8月竣工，經(jīng)過2014年、2015年兩個洪水季節(jié)過洪考驗，治理段河道河床無下切淘刷現(xiàn)象，下游水流出流平穩(wěn)順暢，堤防堤腳及深齒墻結(jié)構(gòu)完好無損，證明工程所采取治理措施安全有效。

6 結(jié)語

一般加固工程受到原工程各種條件的制約影響，給設(shè)計、施工造成一定的難度，需從原工程根本出發(fā)，盡量加以利用，以節(jié)約投資。在加固原工程不能達(dá)到應(yīng)有的作用時，在有條件且經(jīng)濟合理的情況下，可增加局部新建工程措施。工程設(shè)計時，應(yīng)放眼工程項目長遠(yuǎn)效益，綜合考慮工程投資、施工條件，運行管理等各種因素，使設(shè)計方案達(dá)到最優(yōu)。

皂河入渭口段河道治理工程設(shè)計中幾個值得借鑒之處：有效利用原堤防節(jié)省工程投資；吸取上游河道治理經(jīng)驗教訓(xùn)，采用柔性護(hù)腳材料以適應(yīng)軟土地基變形要求；河道下游設(shè)置深齒墻有效解決了河床進(jìn)一步下切問題。陜西水利

[1]堤防工程設(shè)計規(guī)范GB 50286-2013［S］.中國計劃出版社，2013.

（責(zé)任編輯：暢妮）

TV143

B