瀑拉河工程水毀修復及岸坡防護設計

馬開彬，褚 鵬，杜 明

（煙臺市水利建筑勘察設計院，山東 煙臺 264001）

瀑拉河位于煙臺市萊山區院格莊街道辦事處，發源于院格莊街道辦事處朱唐夼村南約3.5 km處的山丘區，由東南向西北流入外夾河。本次修復范圍為瀑拉河規劃設計工程（一期）治理段，長2.83 km。2013-07-12，煙臺萊山區12 h降雨量達118 mm，核算瀑拉河污泥洼河支流以上洪峰流量228.1 m3/s，洪水頻率達30年一遇，導致瀑拉河超標準行洪，一期工程2.83 km段兩岸新建堤防沖毀嚴重，溢流堰兩岸形成沖溝。

1 河道陡壩水毀原因分析

1.1 大壩設計標準低

早期建設的干砌陂壩或漿砌重力壩是陂壩水毀的主要壩型，這一類壩的建壩歷史往往較長。由于設計標準低，又受當時建壩材料限制，如沒有膠結材料或長期運行膠結材料老化脫離失效，石頭間產生松動間隙，整體性能差，經多次洪水沖刷造成局部毀壞，如不及時維修，可能造成整座壩體水毀。

1.2 壩下坦水水毀

這一類陂壩往往建于非巖基上，建設時間較早，尾部采用松樁、松欄固定。由于洪水沖刷、河床演變，非巖基壩（尤其是山區河流河床坡降較陡的）一旦坦水下部砂石被掏空，則造成坦水沉陷變形破壞，最終將導致整座或一段陂壩水毀。

1.3 防洪設施不完善

壩肩兩岸地勢較低，又無基巖，且防洪堤不完善或防洪高度不足，洪水漫過壩肩兩岸，先沖岸坡，后毀壞壩端，形成繞壩溪流(河床改道)，往往造成繞壩段水毀。由于壩基地質條件差異造成不均勻沉陷或壩下局部掏空造成攔河壩橫向裂縫，導致一端攔河壩傾覆沖毀等。

2 工程計算

2.1 起始斷面水位

水面線推求起始斷面位于瀑拉河一期治理末端10號堰，即樁號4+730斷面。20年一遇洪水起始水位為48.63 m，起始流量 250.4 m3/s，以此水位和流量向上游推求水面線，遇溢流堰處以堰頂水位為起始水位，逐段向上游推求。

2.2 河道糙率

河道糙率與河道形態、粗糙度、植被、水位（流速大小）、河道曲直等因素有關。瀑拉河河底主要為礫砂，糙率取0.025，兩岸邊坡種植物綠化，糙率取0.04，河道綜合糙率取0.03。

2.3 過堰局部水頭損失

根據《水力計算手冊》（第二版），過閘、壩等建筑物堰上水頭計算公式計算出堰頂水頭及堰頂水位，以此水位為起始水位向上游推求水面線；堰后水位根據下游段推求水面線的過程求得。

2.4 橋墩阻力局部水頭損失

根據《水力計算手冊》（第二版），橋墩水頭損失系數根據橋段面處過水面積與橋下游臨近斷面過水面積的比值計算求得。萊院路交通橋（樁號5+723）為鋼筋混凝土灌注樁板橋，計算得橋墩阻力局部水頭損失為0.1 m。

3 瀑拉河水毀修復及岸坡防護方案

堰兩側大沖溝設一道C25鋼筋混凝土刺墻，厚0.5 m，底部與堰基礎底面齊平，頂部至景觀平臺瀝青混凝土下，刺墻上游側豎直方向設Φ16@200鋼筋，水平方向設Φ12@200鋼筋，混凝土保護層厚度不小于50 mm。刺墻位于堰中，靠近堰側與堰體可靠連接，靠岸坡側伸入沖溝外側岸坡不小于2.0 m。刺墻上、下游溝槽回填采用壤土回填并分層壓實，壓實度不小于0.92。

3.1 防護方案

1）平臺防護。堰頭最大落差為1.9 m，位于8#堰下游兩側。堰頭平臺基礎為150 mm厚的灰土和10 cm厚的C25混凝土，結合上下游水頭差2.38 m及單寬流量5.22 m3/s，根據水閘設計規范消力池底板抗沖計算底板厚度為0.43 m。從計算的結果可以看出，設計的平臺基礎較薄，建議增設一層Φ12@200構造鋼筋和齒墻，以提高整體性和抗裂作用。

2）堰上下游附近坡面防護。堰頭水面變化大，水流條件復雜，由層流變為紊流，流速為2.25～3.28 m/s。適用于這個流速的方案有混凝土面板、漿砌方塊石、生態混凝土方案，因混凝土面板景觀效果差，不適用于該工程，僅對后兩個方案進行技術經濟比較。

方案一：漿砌方塊石方案。20年一遇洪水位+0.5 m高程以下、堰上游10 m、防沖槽下游10 m范圍內斜坡面采用厚0.2 m的M10漿砌方塊石護坡，坡比不大于1∶1.5，首末兩端均設0.8 m深的齒墻，坡底設1.5 m深、0.8 m厚的M10漿砌塊石基礎，坡頂為M10漿砌粗料壓頂石。護坡石下部設0.15 m厚碎石墊層及200 g/m2土工布一層。

方案二：生態混凝土護坡方案。護坡范圍同漿砌塊石護坡方案，坡面采用0.12 m厚的綠化混凝土塊，下設一層200 g/m2土工布。

方案比較：漿砌塊石護坡可靠性高，就地取材，質量好，施工方便；缺點是美觀性、生態性較差。生態混凝土護坡作為一種新開發的產品，綠化效果好，但在附近萊西的應用效果一般，投資價格高。故推薦采用漿砌塊石護坡方案。

3.2 堰間連接段護坡方案

1）護砌范圍。根據計算，該段流速在0.97～2.68 m/s之間，大部分河段在1.7～2.2 m/s之間，岸坡砂的不沖流速為0.7 m/s，原設計全部采用草皮護坡不太合適，重點部位必須采用防護措施。岸坡坡比在 1∶2～1∶10 之間，大部分河段坡比在 1∶3～1∶5之間。對于彎道凸岸和小于1∶5的緩坡段，推薦采用植物防護措施，即植草防護，初期加強草皮養護，確保植物生長良好。其余彎道凹岸和大于1∶5的陡坡段，推薦采取工程防護措施。

2）工程防護方案。護砌范圍采用分段護砌，根據瀑拉河生態治理的功能特點，適應于該工程的護坡方式有鍍高爾凡雷諾護墊護坡、生態混凝土護坡方案。

方案一：雷諾護墊方案。20年一遇洪水位以下采用雷諾護墊護坡，系厚17 cm的鍍高爾凡雷諾格賓網內裝碎石，下設200 g/m2土工布一層，底層為20 cm厚種植土，雷諾護墊里面空隙充填種植土，坡面植草護坡。雷諾護墊具有綠化效果好、變形能力強的特點，施工簡單，造價中等。

方案二：雷諾護墊與生態混凝土結合的護坡方案。對坡比大于1∶3的陡坡及彎道凹岸，采用抗沖能力強的生態混凝土護坡，其余范圍采用雷諾護墊護坡。

方案比較：雷諾護墊具有綠化效果好、變形能力強的特點，施工簡單，造價中等。生態混凝土護坡具有抗沖能力強的特點，但造價高。推薦采用雷諾護墊與生態混凝土結合的護坡方案。

4 結語

陂壩水毀原因很多，修復時要具體分析水毀原因，不宜原樣簡單再修復。為保證水毀設計的科學合理，在設計時要認真研究水毀工程所在地的地形、地質條件和下泄水流流態，盡量避免防洪堤防堤線與水流流線呈角度交叉。同時，建議水庫管理單位認真研究洪水調度原則，盡量避免同一泄水建筑物集中大流量下泄的情況發生，以保證下游河道水流流態平穩，最大限度地減少水流對下游防護堤的沖刷破壞。