白河縣白石河宋家鎮(zhèn)段防洪工程堤防型式選擇

李 歧

（西安景天水利水電勘測設(shè)計咨詢有限公司,陜西 西安 710014）

堤防工程設(shè)計中堤防型式應(yīng)按照因地制宜、就地取材的原則,根據(jù)堤段所在的地理位置、重要程度、堤基地質(zhì)、筑堤材料、水流及風(fēng)浪特性、施工條件、運用和管理要求、工程造價等因素綜合確定。宜與自然和諧,除必須采用硬護坡的河段外,可采用柔性護坡型式。對崩岸、塌岸、迎流頂沖、淘刷嚴(yán)重河段,應(yīng)采取必要的護岸措施。堤防工程的結(jié)構(gòu)、材料應(yīng)堅固耐久、抗沖刷性能強；適應(yīng)河床變形；應(yīng)便于施工、修復(fù)、加固；應(yīng)就地取材,并應(yīng)經(jīng)濟合理。

1 坡式堤防比較

按照筑堤材料、水流及風(fēng)浪特性、施工條件、運用和管理要求、環(huán)境景觀、工程造價等等要求,對不同的坡式堤防進行比較,選取技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的護坡型式。

（1）植草固土護坡

植草固土護坡是比較傳統(tǒng)且最為常見的生態(tài)護坡型式。植草固土護坡既滿足河道護坡功能,又有利于恢復(fù)河道護坡系統(tǒng)生態(tài)平衡的系統(tǒng)工程。植草固土護坡主要通過植被根系的力學(xué)效應(yīng)（深根錨固和淺根加筋）和水文效應(yīng)（降低孔壓、消弱濺蝕和控制徑流）來固土、防止水土流失,在滿足生態(tài)環(huán)境需要的同時,還可以進行景觀造景。

（2）植被型生態(tài)混凝土護坡

生態(tài)混凝土為多孔混凝土,由粗骨料、水泥、適量的摻合料組合而成,孔隙率一般＞40%,表面孔徑為3 cm,孔隙自構(gòu)件頂表面通至底面。孔隙內(nèi)填充適于植物生長所需的材料,混凝土表面建植被時,根系沿著填充物孔隙穿透混凝土。在護岸護坡工程中,受水位驟降的影響較小；在季節(jié)性寒冷地區(qū),有利于排出和降低被保護土內(nèi)含水量,減少凍害破壞。

（3）連鎖式生態(tài)磚護坡

連鎖式生態(tài)磚護坡是專門為受低中型波浪作用的變坡提供有效、耐久的防止沖刷、護坡的作用。獨特的鎖型設(shè)計使每一個連鎖式生態(tài)護坡塊被相鄰的連鎖體鎖住,這樣保證每一塊的位置準(zhǔn)確,避免發(fā)生側(cè)向移動。連鎖式生態(tài)磚護坡鋪面塊是一個穩(wěn)定、柔性和透水性的坡面保護層。連鎖式生態(tài)護坡磚在混凝土中添加了醋酸纖維等高分子物質(zhì),使連鎖式生態(tài)護坡混凝土連鎖塊在強度不變的情況下更有利于植物的生長。連鎖式生態(tài)護坡混凝土塊的形狀與大小都適合人工鋪設(shè),施工簡單快捷方便。連鎖式生態(tài)磚塊體與塊體中間的孔隙內(nèi)可以填土植草,花草生根后提高塊體與基土之間的連接力,同時美化景觀?？赏ㄟ^鍍鋅鋼絞線進一步加固連接,連接更牢固,抵御洪水沖擊能力更強,不易發(fā)生局部破壞而引起坡面塌陷。

（4）生態(tài)賓格網(wǎng)護坡

生態(tài)賓格網(wǎng)采用以機編六邊形低碳鋼絲網(wǎng)面制成的網(wǎng)墊,在網(wǎng)墊內(nèi)填充合乎一定要求的石頭共同構(gòu)成的防護結(jié)構(gòu),鋼絲表面處理采用10%鋁鋅合金鋼絲鍍層或者其它合金,使用壽命可到普通結(jié)構(gòu)的6.5 倍以上。生態(tài)賓格網(wǎng)主要用于保護水工結(jié)構(gòu)、河道整治等水利工程或航道工程來抵御水利沖刷、淘刷等,既可以防止河岸遭水流、風(fēng)浪侵襲面破壞,又可實現(xiàn)水體與坡下土體間的自然對流交換功能,達(dá)到生態(tài)平衡。坡上植綠可增添景觀、綠化效果。

生態(tài)護坡型式方案對比見表1。

表1 俄垤水庫不同方法設(shè)計洪水結(jié)果對比表

2 墻式堤防比較

墻式堤防形式主要有：仰斜式擋土墻、衡重式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻等幾種形式。綜合以上比較,在確定修建擋土墻經(jīng)濟合理的情況下,選擇擋土墻類型通常應(yīng)考慮以下因素和基本要求：工程地質(zhì)、水文條件、地形條件、環(huán)境條件、作用荷載、工程規(guī)模和工程造價以及施工條件和其他條件等。

（1）仰斜式擋土墻

仰斜式擋土墻擋土墻用墻體本身重量平衡外力以滿足穩(wěn)定要求,仰斜式擋土墻由于體積和重量較大,在土地基上往往由于受地基承載力的限制,不能太高。過高的仰斜式擋土墻由于斷面大,材料耗費較多,亦不經(jīng)濟,另外仰斜式擋土墻多就地取材,構(gòu)造簡單,施工方便,經(jīng)濟效果較好,所以本次設(shè)計斷面除白石河構(gòu)扒鎮(zhèn)移民小區(qū)段堤防外其余形式均選取仰斜式漿砌石擋土墻。

（2）衡重式擋土墻

衡重式擋土墻由上墻、衡重臺與下墻三部分組成。其穩(wěn)定主要靠墻身自重和衡重臺上填土重來滿足。其衡重臺下部為仰斜式,可以減少部分土壓力。其優(yōu)點是可利用衡重平臺迫使墻身整體重心后移,使基底應(yīng)力趨于平衡,這樣可適當(dāng)提高擋土高度。但衡重式擋墻的構(gòu)造形式又限制了擋墻基底寬度不可能做得很大,衡重式擋墻一般應(yīng)用于高度在8 m～10 m的擋墻斷面。

（3）懸臂鋼筋砼擋土墻（L型擋土墻）

此種擋土墻屬于輕型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其穩(wěn)定性主要依靠底板以上填土重及底板的寬度來調(diào)整,對于較高擋土墻,采用此種形式,由于土壓力全部依靠懸臂結(jié)構(gòu)阻擋,為了滿足擋土墻的整體穩(wěn)定、堤基應(yīng)力及底部結(jié)構(gòu)要求,往往致使懸臂墻底部厚度很大,底板很寬,且配筋率一般較大,由于尺寸及施工條件的要求,施工時造成挖、填方量很大,而且施工要求高,造價相對較高。墻體均為立?，F(xiàn)澆,施工不易。所以,懸臂式擋土墻對于本工程不適用。

（4）扶臂式鋼筋砼擋土墻

此種擋墻也屬于輕型鋼筋砼結(jié)構(gòu),是在懸臂鋼筋砼擋墻基礎(chǔ)上為了減少底板內(nèi)力而增加扶壁結(jié)構(gòu),從而減少底板設(shè)計尺寸,其穩(wěn)定性還是主要依靠底板以上填土及底板的寬度來保證。對于高擋土墻,為了滿足擋土墻的整體穩(wěn)定及底部結(jié)構(gòu)要求,施工時挖、填方量大,夯實難度高,造價相對較高。墻體均為立?，F(xiàn)澆,施工不易。因此,扶臂式擋土墻對于本工程不適用。

3 方案選取

由于白河縣白石河宋家鎮(zhèn)段防洪工程涉及段落多,且各段現(xiàn)狀情況差異較大,故本次方案比選根據(jù)施工區(qū)現(xiàn)狀情況分段選取。

（1）紅石河中廠鎮(zhèn)柴家院上段、下段、裴家廠段堤防工程方案選取

由于紅石河中廠鎮(zhèn)三段位于紅石河主河槽上,兩岸建筑物分布較少,能滿足坡式堤防布設(shè)要求。考慮到河道屬于山區(qū)河流,河水流速較大,對岸坎沖刷力度大。故本次分別選取連鎖式生態(tài)磚護坡,仰斜式擋土墻兩種形式在相同設(shè)計水位以及相同行洪斷面的前提條件下進行比選。方案比選見表2。

表2 柴家院上、下段、裴家廠段堤防工程方案比選表

根據(jù)表1中,坡式堤防的造價比墻式堤防的造價更為經(jīng)濟,每米堤防造價坡式較墻式少約2000元。但考慮到陜南山區(qū)土地稀缺、寸土寸金,坡式堤防占地面積較大,每米堤防坡式較墻式多占地5 m2?？紤]到白河縣用地緊張,工程征地難度大等因素。結(jié)合建設(shè)方意見以及當(dāng)?shù)厝罕娦拗谭懒?xí)慣,最終確定堤防結(jié)構(gòu)形式為墻式堤防。

綜上所述,本次紅石河柴家院上段、下段、裴家廠段堤防工程選取擋土墻堤防方案。

擋土墻方案在滿足墻身強度、整體穩(wěn)定的情況下,盡量減小設(shè)計斷面。本著因地制宜的設(shè)計原則,采用漿砌石擋墻既可以就地取材,又起到疏浚河床的作用。同時紅石河屬于山區(qū)性河流,具有砂石隨洪水而下、流速大,洪水水流對河岸具有較大沖擊力。因此擋土墻方案適宜紅石河柴家院上段、下段、裴家廠段堤防工程。

由于工程區(qū)設(shè)計洪水位較高,整體采用仰斜式擋土墻亦不經(jīng)濟。故本次工程采用仰斜式擋土墻堤防,堤防頂設(shè)置1 m高0.5 m寬防浪墻。擋土墻墻頂高程與設(shè)計洪水位齊平,防浪墻頂高程為設(shè)計洪水位高程加1 m安全超高。

仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋土墻頂寬0.6 m,擋土墻頂設(shè)置1 m高0.5 m寬防浪墻。擋土墻墻頂高程與設(shè)計洪水位齊平,防浪墻頂高程為設(shè)計洪水位高程加1 m安全超高。擋土墻基礎(chǔ)設(shè)1 m寬、1.5 m高墻趾。堤頂寬度為3.0 m,堤背回填土草皮護坡坡比為1∶2.0。

（2）白石河構(gòu)扒鎮(zhèn)移民小區(qū)段護岸工程方案選取

白石河構(gòu)扒鎮(zhèn)移民小區(qū)段堤防設(shè)計高度均達(dá)到9 m～11 m,考慮到工程占地的優(yōu)化以及堤防的穩(wěn)定安全,同時結(jié)合上游已建衡重式擋土墻工程,本次工程對構(gòu)扒鎮(zhèn)移民小區(qū)段堤防選取衡重式漿砌石擋土墻。

衡重式M7.5 漿砌石擋土墻頂寬1 m,迎水坡坡比1∶0.1,背水坡坡比1∶0.25,衡重臺寬2 m,高度設(shè)置在基礎(chǔ)以上墻高1/3處。基礎(chǔ)采用1.7 m厚漿砌石底座,設(shè)置寬0.8 m、高1.7 m墻趾?；A(chǔ)下部鋪設(shè)0.3 m厚C15 混凝土墊層。堤頂寬度為3.0 m,堤背回填土草皮護坡坡比為1∶2.0。

（3）白石河構(gòu)扒鎮(zhèn)涼水村段、城關(guān)鎮(zhèn)吊橋段護岸工程方案選取

考慮到白石河構(gòu)扒鎮(zhèn)涼水村段、城關(guān)鎮(zhèn)吊橋段工程區(qū)岸坎坡度較緩。但由于白石河屬于山區(qū)性河流,砂石隨洪水而下,河床上部流速小,下部流速大,洪水對河岸下部具有較大沖擊力。故本次采用漿砌石擋土墻基礎(chǔ)與生態(tài)護坡復(fù)式結(jié)構(gòu)。

通過方案比較,連鎖式生態(tài)護坡方案不但景觀效果好,而且投資較小,故選用聯(lián)鎖式生態(tài)磚護坡方案。

構(gòu)扒鎮(zhèn)涼水村段堤防工程采用下部仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻上部聯(lián)鎖式生態(tài)磚護坡的復(fù)式堤防。由于河道屬于陜南地區(qū)山區(qū)河道,河道流速較大,對于基礎(chǔ)沖刷較為劇烈。為限制河水對基礎(chǔ)的沖刷破壞影響,下部仰斜式擋土墻墻頂高程定于河道常水位以上1 m,經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查河道常水位接近于深泓點以上2 m處。仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋土墻頂寬0.6 m,墻趾基礎(chǔ)寬0.6 m,高0.8 m；上部聯(lián)鎖式生態(tài)磚護坡,設(shè)計坡比1∶2.0,坡面?zhèn)炔捎?2 cm厚C20 混凝土預(yù)制鉸接式生態(tài)磚護坡,下部依次鋪設(shè)土工布以及15 cm厚粗砂墊層。護坡坡頂高程為設(shè)計洪水位加安全超高。

城關(guān)鎮(zhèn)安坪村吊橋段護岸工程由于右岸民居靠岸修建,在考慮到防洪保安的基礎(chǔ)上,同時也要滿足周邊局面休閑娛樂以及沿岸整體美觀。城關(guān)鎮(zhèn)安坪村吊橋段護岸工程采用下部仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻上部聯(lián)鎖式生態(tài)磚護坡的復(fù)式堤防。在保證河道行洪和基礎(chǔ)防沖的前提下,打造休閑的親水平臺可以更好地服務(wù)于周邊群眾。經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查河道常水位接近于深泓點以上2 m處,為保證親水平臺長期高于水平面,親水平臺高程（擋土墻頂高程）確定為河道常水位以上1 m,平臺寬度為2 m（包含擋墻頂寬0.6 m）厚0.5 m,位置設(shè)置在擋土墻基礎(chǔ)與連鎖式生態(tài)護坡之間。仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋土墻頂寬0.6 m,墻趾基礎(chǔ)寬0.6 m,高0.8 m；上部聯(lián)鎖式生態(tài)磚護坡,設(shè)計坡比1∶2.5,坡面?zhèn)炔捎?2 cm厚C20 混凝土預(yù)制鉸接式生態(tài)磚護坡,下部依次鋪設(shè)土工布以及15 cm厚粗砂墊層。

（4）白石河城關(guān)鎮(zhèn)安坪村段、城關(guān)鎮(zhèn)污水處理廠段護岸工程方案選取

本次護岸采用防沖不防淹的設(shè)計方案。護岸工程在防止河道基礎(chǔ)沖刷加劇的前提下,防止了上部坡面滑坡、溜坡；美化了河道整體性；同時為居民提供了親水交通。

城關(guān)鎮(zhèn)安坪村段及污水處理廠段護岸工程根據(jù)白石河現(xiàn)狀情況,選取仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻作為護岸,護岸墻頂后布設(shè)平臺已便人行通勤。護岸工程采用M7.5 漿砌石砌筑。擋墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋墻頂寬0.6 m,墻后設(shè)置1 m寬0.5 m厚平臺。基礎(chǔ)采用M7.5 漿砌石砌筑,基礎(chǔ)設(shè)0.6 m寬、0.8 m高墻趾。為防止河道基礎(chǔ)沖刷而造成岸坎垮塌,墻頂高程根據(jù)河道常水位以及現(xiàn)狀岸坎高度確定。

4 結(jié)語

白河縣白石河宋家鎮(zhèn)段防洪工程段落多,各段落現(xiàn)狀情況復(fù)雜,工程設(shè)計中充分考慮各段落特點,因地制宜的選擇堤防斷面形式。工程完工后,從近幾年汛期工程的運行效果看,使治理前經(jīng)常遭受洪水威脅的河段得到了有效防護,提高保護區(qū)的防洪能力,改善了河道生態(tài)環(huán)境,確保了防洪安全。同時,也使兩岸人民群眾得到了保護,其防洪效益得到了體現(xiàn)。