葉爾羌河霍熱斯坦防洪工程防護(hù)型式設(shè)計(jì)

董武斌，匡根林

（1.新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊 830000；2.湘潭市水利水電勘測設(shè)計(jì)院，湖南湘潭 411100）

葉爾羌河是一條洪水多發(fā)性河流，是新疆維吾爾自治區(qū)境內(nèi)洪峰流量最大的河流。由于其河源段大面積冰川的發(fā)育及冰川堰塞湖的存在，常有突發(fā)性洪水發(fā)生。對葉爾羌河的防洪治理，關(guān)系到沿河兩岸7 個(gè)縣市數(shù)百萬人的人身及財(cái)產(chǎn)安全。

1 工程概況

霍熱斯坦防洪工程位于新疆葉爾羌河干流左岸，行政區(qū)劃隸屬于新疆喀什地區(qū)莎車縣塔尕其鄉(xiāng)?；魺崴固狗篮楣こ倘L7.99 km，共分為兩段，上段長6.55 km，下段長1.44 km。堤防級別為4 級。

工程的主要任務(wù)是保護(hù)莎車縣塔尕其鄉(xiāng)、闊什艾日克鄉(xiāng)、艾里西湖鎮(zhèn)等3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)共20 個(gè)村3.5 萬居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，保護(hù)耕地6.3 萬畝，并減少洪水對色力勿衣水庫（庫容為5 200 萬m3）和卡爾扎克干渠（控制灌溉面積12 萬畝，引水流量9 m3/s）的威脅。

2 工程設(shè)計(jì)簡述

霍熱斯坦防洪工程上段堤防起點(diǎn)與擬建塔哈其堤防工程末端相連，堤防末點(diǎn)與已批復(fù)的霍熱斯坦防洪點(diǎn)（一期）起點(diǎn)銜接，下段堤防起點(diǎn)與霍熱斯坦防洪點(diǎn)（一期）末端銜接，下段堤防末點(diǎn)與擬建艾力西湖揚(yáng)水站防洪工程起點(diǎn)相連。

2.1 工程地質(zhì)

本河段處于葉爾羌河中游平原過渡區(qū)河段，地形較平坦，河道開闊。地層巖性為第四系全新統(tǒng)（Q4al+pl）沉積物。地層結(jié)構(gòu)由上至下分為粉土、中粗砂和細(xì)砂。主槽不穩(wěn)定，河段為典型的游蕩性河槽，汊流發(fā)育，河床沖淤變化情況復(fù)雜。

2.2 葉爾羌河近期防洪工程的主要型式

在2012 年前后曾對葉爾羌河部分洪水危害嚴(yán)重的河段進(jìn)行了治理，各防洪工程護(hù)坡和護(hù)腳型式方案較多。根據(jù)葉爾羌河霍熱斯坦防洪段河段沿岸地形、河勢、地層巖性、保護(hù)對象分布等，防洪工程主要選取的防護(hù)型式主要有以下幾種：

1）坡面漿砌石防護(hù)+坡前卵石鋼筋籠防沖刷方案。

2）坡面現(xiàn)澆混凝土板防護(hù)+坡前卵石鋼筋籠防沖刷方案。

3）坡面漿砌石+坡面現(xiàn)澆混凝土板防護(hù)，坡前卵石鋼筋籠防沖刷方案。

4）坡面卵石雷諾護(hù)坡，坡前采用格賓石籠+四面六邊混凝土透水框架群防沖刷方案。

5）坡面卵石雷諾護(hù)坡，坡前采用槽孔混凝土防滲墻+四面六邊混凝土透水框架群防沖刷方案。

2.3 護(hù)坡、護(hù)腳設(shè)計(jì)理念及思路

葉爾羌河中下游河段洪水對兩岸主要是沖切及沖刷破壞，并導(dǎo)致葉爾羌河中下游主流擺動(dòng)不定，河道寬度變化較大，霍熱斯坦防洪工程所處河段現(xiàn)狀河寬1 290～3 420 m。原河岸防洪現(xiàn)狀多以稍土石順壩丁壩相結(jié)合的防護(hù)型式，由于葉爾羌河中下游河道較寬，主流不穩(wěn)定，游蕩性較強(qiáng)，且稍石壩多為抗洪搶險(xiǎn)時(shí)修建的臨時(shí)性工程，壩料填筑質(zhì)量較差，料體松散，易被洪水沖掉散落。

霍熱斯坦防洪工程設(shè)計(jì)應(yīng)考慮洪水漫頂及護(hù)坡、護(hù)腳部位防護(hù)。對于堤防工程的護(hù)坡護(hù)腳防護(hù)要保證能抵御洪水對岸坡的沖刷及壩體的穩(wěn)定，還要考慮洪水對堤腳部位的沖刷。

根據(jù)《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50286-2013 順壩及平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式

式中 hs——局部沖刷深度（m），從地面起算；

H0——沖刷處的水深（m）；

Ucp——近岸垂線平均流速（m/s）；

Uc——泥沙啟動(dòng)流速（m/s）；

U——行進(jìn)流速（m/s）；

N——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取1/4～1/6。

由式（1）可以看出，沖刷深度與沖刷處水深、泥沙啟動(dòng)流速及近岸垂線平均流速等有關(guān)。其中，沖刷處水深，經(jīng)過修建防洪工程后將對原位置水深產(chǎn)生影響；泥沙啟動(dòng)流速與泥沙顆粒大小及重量相關(guān)，河床現(xiàn)狀泥沙大小及重量難以控制，近岸垂線平均流速與行進(jìn)流速有關(guān)，根據(jù)式（1），降低行進(jìn)流速將有利于減小局部沖刷深度。行進(jìn)流速可采用多種方式進(jìn)行控制。

2.4 防護(hù)型式及材料選擇

本工程采用加大河岸附近糙率的方式，來降低岸邊洪水行進(jìn)流速，以達(dá)到“降速落淤，保本固灘”目的，保證岸坡的安全。

霍熱斯坦防洪工程的堤身附近均為粉土、中粗砂和細(xì)砂，抗沖刷能力差，應(yīng)選取抗沖刷能力較強(qiáng)的材料對其防護(hù)。對于地層巖性為粉土及砂的河段，堤身及坡腳的地形受洪水沖刷影響大，應(yīng)選擇能較好適用其變化的柔性的防護(hù)材料，既能起到防沖作用，又能很好適應(yīng)堤身及坡腳的變形。

根據(jù)以上分析及近年來葉爾羌河上各類防洪工程實(shí)施效果比較，邊坡選取雷諾護(hù)墊護(hù)坡結(jié)構(gòu)、坡腳采用格賓石籠防護(hù)，比較符合本防洪工程對防護(hù)型式及材料的要求（圖1、圖2）。

圖1 一般防護(hù)段堤防橫剖面圖

圖2 重點(diǎn)防護(hù)段堤防橫剖面圖

用于制造格賓籠及雷洛護(hù)墊的鋼絲進(jìn)行鍍高爾凡（鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層）防腐處理，籠組的間隔網(wǎng)與網(wǎng)身間每間隔10～15 cm 綁扎一道。石籠組間連接綁扎，以求連成一體。填充物采用卵石，石料粒徑100～150 mm，填充空隙率不超過20%。

為進(jìn)一步降低近河岸附近洪水行進(jìn)流速。在水平格賓石籠最上層一般防護(hù)段擺放1 層四面六邊透水框架，重點(diǎn)防護(hù)段擺放2 層四面六邊透水框架，四面六邊透水框架六條邊采用10 cm×10 cm 長度1 m 的預(yù)制混凝土，內(nèi)插直徑Φ10 鋼筋，長度1.4 m，框架各頂點(diǎn)處焊接牢固（圖3）。

圖3 四面六邊透水框架大樣圖

3 結(jié)論

葉爾羌河霍熱斯坦防洪工程自2015 年實(shí)施完成至今，通過近幾年的運(yùn)行效果來看，近河岸處河水夾雜的草、木、樹根等由于石籠及四面六邊透水框架的阻擋存留下來，使近河岸處的綜合糙率進(jìn)一步加大，水流速度減小，泥沙在防洪堤附近淤積，多數(shù)河岸段已形成了比較穩(wěn)定的岸灘，并且岸灘附近草、木開始生長，達(dá)到了防洪工程建設(shè)的目的。

本工程從降低河岸附近洪水行進(jìn)流速，以達(dá)到減小沖刷深度的思路出發(fā)，選擇合適的防護(hù)型式及材料對護(hù)坡及護(hù)腳進(jìn)行保護(hù)，很好地解決了細(xì)粒土地層河段防洪工程邊坡及坡腳的沖刷破壞問題，并達(dá)到了防止水土流失、生態(tài)保護(hù)的目的。