聯(lián)鎖式護坡方案在紫陽縣任河高灘鎮(zhèn)防洪工程中的應(yīng)用分析

馬亞峰，李 英

(陜西華海水利工程有限公司，陜西 西安 710000)

中小河流域治理歷來是水利工程中不可或缺的一部分，其中的防洪工程是流域治理的主要工程任務(wù)之一，其不僅是貫徹落實中央加大水利投資建設(shè)，改善水利薄弱環(huán)節(jié)的重要舉措，更是進一步保障居民生活和生命財產(chǎn)、推進城市建設(shè)及社會經(jīng)濟發(fā)展的需求。防洪工程的治理措施多樣，包含各類擋墻、護坡、格構(gòu)等，以陜西安康市紫陽縣任河高灘鎮(zhèn)防洪工程為例，對其防洪治理工程中所采用的聯(lián)鎖式護坡方案加以剖析，以期論證其在同類型工程中的特殊性和適用性。

1 流域水文氣象概況

1.1 降水量

任河為漢江右岸一級支流，發(fā)源于四川省境內(nèi)大巴山南麓大燕山，工程治理段河道比降2.4‰，河谷呈U型，水面寬度30～100 m，流量大，河道比降相對平緩，山勢相對平緩，階地較發(fā)育。任河徑流主要來源于降水補給，徑流年際變化大，據(jù)高灘站實測資料統(tǒng)計分析，多年平均徑流量35.3億 m3(多年平均流量為112 m3/s)，實測最大年平均流量232 m3/s(1983年)，實測最小年平均流量42.4 m3/s(1999年)，最大量是最小量的5.47倍，且年內(nèi)分配不均，汛期4-10月水量占全年水量85.6%，非汛期11-3月僅占14.4%，年最小流量多發(fā)生在1-2月份。

1.2 暴雨洪水特征

任河流域洪水主要由暴雨形成，暴雨出現(xiàn)的時間決定了洪水發(fā)生的時間，根據(jù)高灘水文站實測資料統(tǒng)計表明，4-10月(汛期)都有可能出現(xiàn)年最大洪水。其中4-5月出現(xiàn)年最大洪水頻次相對較少，量級稍低。6-7月隨西太平洋副熱帶高壓西伸北躍速度加快，與西北冷空氣交綏，流域會出現(xiàn)強度較大的降水過程，多雷陣暴雨，其基本特點是籠罩面積相對小，強度較大，持續(xù)時間較短，造成的洪水峰型比較尖瘦，陡漲陡落，歷時較短；8月受副熱帶高壓控制，出現(xiàn)伏旱，天氣悶熱，相對少雨；9-10月，隨著西北冷空氣加強，副熱帶高壓開始緩慢南撤東移使冷暖氣團交綏產(chǎn)生連陰雨過程，其間常伴有暴雨出現(xiàn)，其基本特點是籠罩面積大，降雨強度小，持續(xù)時間較長，造成的洪水峰型較胖，過程平緩，歷時較長，一次洪水過程歷時約5～7 d。

1.3 設(shè)計洪水

工程斷面處流域面積和高灘水文站控制面積相差小于5%，現(xiàn)工程斷面不同頻率設(shè)計洪水成果直接采用高灘水文站設(shè)計洪水頻率計算成果，見表1。

表1 工程斷面不同頻率設(shè)計洪水成果表 m3/s

2 防洪堤工程地質(zhì)條件分析

高灘鎮(zhèn)段防洪堤設(shè)計下游堤線位于河床漫灘后緣，根據(jù)實際調(diào)查，當?shù)孛裼媒ㄖA(chǔ)大部分開挖深度3.0～4.0 m，上部碎塊石來源于修路人工棄渣料，厚度3.0～6.0 m。下部巖性為河床漫灘堆積的砂卵礫石，層厚大于5.0 m。局部段為基巖斜坡。該段堤基按結(jié)構(gòu)分為兩類三段。

(1)地質(zhì)剖面水平距離0+000～0+285.0 m、0+380.0～0+552.0 m段，設(shè)計堤線位于河床漫灘，堤基表面覆蓋人工堆積(Q4S)碎塊石土層①，碎塊石一般粒徑20～60 cm，最大200 cm，有架空現(xiàn)象，孔隙充填物以碎石、砂礫石和砂為主，顆粒級配不良，松散～稍密，層厚3.0～10.0 m，碎塊石土來源于修路(省310)棄渣為主?？辈炱诘叵滤裆睢?.0 m，承載力特征值fak=150 Kpa，工程性能稍差，應(yīng)清除。下部為沖洪積的砂卵礫石④層，層厚大于5.0 m，天然密度ρ=2.13 g/cm3，相對密度Dr=0.50,中密，承載力特征值fak=230 Kpa，變形模量E0=16～18 Mpa，滲透系數(shù)K=30～35 m/d，允許水力比降i=0.12～0.15，允許不沖刷流速V=1.0～1.3 m/s，摩擦系數(shù)f=0.50～0.52。水上坡角32°，水下坡角31°，抗剪斷強度指標φ=32°，C′=0 Kpa。

根據(jù)調(diào)查任河該段河道現(xiàn)狀，河道寬70～80 m，左岸高程335.7～339.1 m為省道S310，路面寬6.0 m，路基基礎(chǔ)為基巖。公路內(nèi)側(cè)邊坡為基巖邊坡，自然邊坡坡角>60°，邊坡高>20 m，基本穩(wěn)定，公路外側(cè)建有居民住宅，層高2～5層不等，為磚混結(jié)構(gòu)。房屋基礎(chǔ)為半挖半填，漿砌石擋墻基礎(chǔ)大多置于碎塊石土層①，漿砌石擋墻基礎(chǔ)埋深3～4 m，底寬1～1.5 m，上部寬0.5～0.8,漿砌石擋墻高4.0～7.0 m不等，個別房屋延伸較長，延伸部分采用灌注樁，灌注樁基礎(chǔ)置于碎塊石土層①，挖深3.0～4.0 m向下注水泥砂漿，砌石墩上部為灌注樁。個別住戶房屋沿半挖半填部位產(chǎn)生裂縫，裂縫寬3 mm左右。堤線末端100 m范圍內(nèi)，根據(jù)鉆孔勘察，深度在15.0 m左右為基巖。

(2)地質(zhì)剖面水平距離0+285.0～0+380.0 m段，設(shè)計堤線位于基巖斜坡，基巖斜坡基本穩(wěn)定，巖性為灰質(zhì)板巖⑥層，地下水埋深≥1.5 m。巖體表面強風化帶厚度1.0～1.20 m。強風化巖體⑥承載力特征值fak=450 kPa，變形模量E0=1.0 GPa，抗剪斷強度指標φ=26.5°，C′=120 KPa，沖坑系數(shù)α=1.8～2.0。弱風化巖體⑥承載力特征值fak=800 kPa。

3 不同護坡設(shè)計方案的比選

經(jīng)地質(zhì)勘察分析，臨河側(cè)不宜進行大開挖與劇烈振搗，治理岸無地質(zhì)與地形條件實施防洪墻，本次著重考慮防沖，對臨水側(cè)碎石體坡進行砌護。根據(jù)材料的不沖流速，護坡可采用C25鋼筋混凝土、漿砌石、超強連鎖式護坡等形式。各種護坡的優(yōu)缺點對比見表2。因治理段碎石體松散，壓實度較差，剛性面板和現(xiàn)狀護坡不易連接，經(jīng)比較，本次護坡型式推薦選用超強連鎖式護坡。

表2 各種護坡經(jīng)濟技術(shù)對比分析表

4 聯(lián)鎖式護坡特點

4.1 坡面系統(tǒng)的濾水透水性

鋪面塊體有較好的透水性，滲透到濾水層內(nèi)的水很快排出來，減少了面層下的凈水壓強，從而避免發(fā)生過大的浮力，以保證鋪面系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.2 抗波浪爬高能力

波浪爬高的多少跟坡度和坡面材料的粗糙程度有直接的關(guān)系。聯(lián)鎖塊體拼完后表面凹凸不平與平直的塊體相比平均能減少5%～15%的爬高值，同時形成紊流，以便降低漲水時的波速和爬高。塊體孔洞可以把漲水時的流速分散到空隙中，形成漩渦，消耗波能，降低波浪爬高；塊體孔洞內(nèi)填充的級配碎石也可以有效地提高護坡的抗浪能力。

4.3 鋪面系統(tǒng)的穩(wěn)定性

聯(lián)鎖塊體依靠自身的重量和特殊的構(gòu)造幾何尺寸組成聯(lián)鎖效果以保證鋪面的穩(wěn)定，同時塊體之間的摩阻力也對整個鋪面系統(tǒng)有一定的幫助。

5 優(yōu)化方案的確定

根據(jù)以上分析，確定采用超強聯(lián)鎖式護坡，同時為加強結(jié)構(gòu)的抗沖性和整體性，設(shè)置鋼筋混凝土框格進行分塊，形成既具有一定變形能力又具備一定剛度的剛?cè)嵝越Y(jié)構(gòu)體系。具體工程措施如下：

6 結(jié)語

綜上所述，防洪工程中的護坡結(jié)構(gòu)型式多樣，具體采取何種型式受水文條件、地質(zhì)條件及現(xiàn)場工況等多種因素的制約。無論是針對設(shè)計還是施工階段，都要充分考慮現(xiàn)場實際，從合理性、經(jīng)濟性的角度出發(fā)，確定最終的結(jié)構(gòu)型式。本工程中所采用的剛?cè)嵝月?lián)鎖式護坡，有效地適應(yīng)了場地變形與沉降，又兼具一定剛度，滿足了防洪抗沖的要求；同時避免了大范圍開挖擾動地基對臨近建筑物的不利影響，規(guī)避了與當?shù)鼐用竦拿軟_突，推動了工程的順利開展。對于同類型或相似工程極具指導意義和參考價值。