堤岸防護工程在山洪溝道治理中的應用

曹國珍，孫 劍

（大同市水利規劃設計研究院，山西大同037004）

堤岸防護工程在山洪溝道治理中的應用

曹國珍，孫 劍

（大同市水利規劃設計研究院，山西大同037004）

文章以大同市所處的半干旱黃土丘陵地區為例，對山區及丘陵地區河流現狀情況進行了分析。對山洪溝道治理中，經常采用的堤岸防護工程措施的結構型式進行了詳細的闡述。明確了工程建設時應遵循因地制宜的原則，對于不同溝道的不同位置，應結合其地質、地形情況，合理選擇結構簡單、造價低廉、適于維護的工程措施，盡可能采用當地天然建材，減少鋼筋水泥的用量，達到節約能耗的效果，為山洪溝道治理工程的規劃、設計提供有益的參考。

山洪溝道；堤岸防護

1 概況

大同市位于山西省東北部，為高原溫帶季風性大陸氣候，屬半干旱氣候區。冬春季節交替明顯，晝夜溫差較大。區域內降雨由東南部和西北部山區向中部盆地遞減，東南部多于西北部，山地多于盆地，降水量等值線基本與山脈走向一致。區域內屬海河流域永定河水系的流域面積占全市總面積的78.38%，其余以大清河水系為主，多數山洪溝道位于桑干河或洋河一、二級支流的中、上游地區。區域多年平均降水量為421.4m m，其中70%以上集中在6～9月，降雨以短時暴雨為主，極易引發山洪，嚴重威脅上游沿河村莊安全。

2 山洪溝道現狀分析

易受山洪影響的地區多位于河流的中上游，主河長度多在15km以上，流域面積在100～200km2之間，沿主河的支溝分布較多，流域面積大多不超過30km2。沿河及溝內村莊較多但普遍規模小，較分散，因此防洪保護對象以沿河的村莊為主，防洪標準一般采用十年一遇。

流域下墊面以灌叢山地和黃土丘陵為主，流域內植被較差，天然石料豐富。溝道上游縱坡較陡，沖刷明顯，河床卵石、漂石遍布，部分河床出露石灰巖或變質巖。溝道中游縱坡逐漸變緩，形成淤積，河床以卵礫和礫砂為主。

溝道內平時基流很小，但汛期遭遇暴雨時，卻易發山洪。洪水過程線為陡瘦型，歷時短，峰值高。河溝主槽的寬度普遍不大，洪峰單寬流量在3～8m3/s之間，流速在3.5m/s以上，局部水流條件復雜，易對沿河岸坡造成沖淘破壞。

山洪溝道的范圍較大，保護對象分散，應以重點分段治理為主。根據山洪溝道各段的地質條件和地下水影響情況，在不同河段、不同位置宜采用不同型式的堤岸防護工程措施。

3 堤岸防護工程

3.1 重力式防洪墻

重力式防洪墻是河岸防洪工程中較為常見的一種型式，多采用俯斜式或仰斜式。俯斜式防洪墻迎水面一般為直立，墻身高度控制在5m以內，墻背坡比一般為1∶0.4～1∶0.6。當墻身高度較大時，可將墻迎水面做成1∶0.1～1∶0.2的坡面，以增加墻體的穩定性。基礎高度主要根據設計洪水時的沖刷深度來確定，根據多條溝道的計算成果，多采用1.4m～1.6m。

仰斜式防洪墻的迎水面坡度應緩于1∶0.5，背水面坡度應陡于1∶0.4，基礎埋深與俯斜式一致。主要用在河道地形狹窄，保護岸邊已建有房屋或公路的基礎。結構如圖1。

特點：重力式防洪墻結構簡單，易于施工，墻體不僅可以抵抗很強的水流沖刷，而且自身也可以承受較大的土壓力，墻后易于回填、夯實，因此安全性較高。防洪墻多采用漿砌石砌筑，斷面較大，石料、水泥用量較多，造價相對較高，因此不能沿河岸大量建造，主要應用于需要重點防護的河段，如村鎮和重要涉河建筑物附近，以達到好的防洪效果。

圖1 仰斜式防洪墻結構圖

需要注意的是北方山區冬春交替季節晝夜溫差大，對于墻后易積水的河岸，墻后回填應以砂礫石為主，并做好排水導流措施，最大程度減少墻后積水，防止由凍脹產生的墻體破壞。墻體施工時應注意每隔15m設置一道沉降縫，縫內填瀝青木板或閉孔泡沫板。根據墻后積水情況，在墻體靠下部位置埋設1～2排的排水管，孔徑5c m，間距3m。

3.2 砌石護岸

河流的中游河段，河道兩岸的地形逐漸開闊平坦，河岸多為土質岸坡，為了保護河岸免受洪水的沖淘破壞，可在岸坡表面鋪設砌石護坡。砌石護坡可分為干砌石或漿砌石兩種型式，干砌塊石的護坡厚度多為40～50c m，砌筑時坡度應緩于1∶2；漿砌塊石的護坡厚度常采用50～60c m，砌筑坡度應緩于1∶1。若原坡面為砂、礫、卵石時可不設墊層，否則應鋪設厚度不小于30c m的砂礫混合料墊層，施工時應注意每10～15m設沉降縫，以適應變形。砌石護岸的基礎斷面一般都不大，因此在水流條件較差的位置，應考慮增加護腳措施。如圖2。

特點：干砌塊石護岸對岸坡變形的適應性較好，但抗沖刷性能不如漿砌塊石，由于工程造價相對較低，可沿河大量鋪設，多用于農田、果園等防護區；漿砌塊石護岸屬剛性材料，抗沖能力較干砌塊石好，但適應岸坡變形和抗凍脹能力稍差。斷面較重力式擋土墻偏小，但穩定性又偏優，因此可代替干砌塊石用于河道凹岸和支溝匯入點岸坡的防護。

另外，對于已鋪設干砌石護坡的河岸，將其拆除重建并不經濟，為了提高干砌塊石護坡的抗沖能力，可在干砌石的表面再增鋪一層30c m厚的格賓籠護墊，坡腳處可與鉛絲籠防沖帶連接，或延伸至基礎高程以下，形成綜合式的護岸工程，仍然可以達到很好的防洪、防沖效果。

3.3 格賓籠護岸

河流中上游的一些河岸，當洪水的流速超過4m/s時，土堤表面鋪設的干砌石護坡很難滿足抗沖的要求，可采用鋪設格賓籠進行防護。格賓石籠的單層厚度通常為30～50c m，根據需要可鋪設1～2層，護坡下再鋪設20～40c m的碎石或卵石與砂礫組成的混合墊層，鋪設的坡度不應陡于1∶1.5。格賓籠網格尺寸多采用1m×1m，每層厚度為50～80c m，網片采用抗拉強度較高的8#或10#鍍鋅鉛絲或鋅鋁合金鉛絲由機械編制而成。坡腳處的基礎由多層格賓籠交錯搭接而成，鋪設深度可根據當地河床土質計算的沖刷深度確定，通常不小于1.5m。如圖3。

特點：格賓石籠屬于柔性材料，適應岸坡變形和抗凍脹的性能很好，格賓籠之間由8#鉛絲連接，護坡、基礎可連成一體，具有很好的整體性，抗沖刷能力非常強。格賓石籠護岸造價介于干砌塊石和漿砌塊石之間，加之鋪設速度快，易于施工的特點，近年來在沿河土質緩坡的岸坡防護工程中建設很多。

格賓石籠在施工時應注意保護籠網，如果籠網鉛絲的鍍鋅層破壞后，鉛絲就會逐漸生銹老化，導致網片破損，籠中的塊石一旦失去鉛絲網片的束縛，就不再具有整體性，極易受洪水沖刷破壞，形成坍塌。

3.4 干砌石箱型護堤

在山區河流的兩岸也可采用干砌石箱型護堤，這種護堤的橫斷面為梯形，外側墻體連同基礎采用直徑較大的塊石或條石砌成，迎水側砌石面的坡比通常為1∶0.3～1∶0.4，砌石料的直徑不宜小于50c m，且越靠近基礎，砌石的直徑越大，箱體背水面砌筑塊石的直徑可相應減小。箱體中間填卵石和砂礫的混合料，卵石的含量不宜小于50%，并進行壓實。箱型墻體高度依河道水深而定，最大不應超過2.5m，基礎高度多為1.6m左右。箱型墻體的頂寬不小于3m，常在箱體外側填土并壓實，一方面增大箱體的橫斷面以提高堤防工程的安全性，另一方面堤頂可做便道使用，方便巡視。如圖4。

特點：箱型護堤的自身結構簡單，砌筑材料以塊石、卵礫等為主，抗凍脹和適應變形的能力也較好。山區石料儲量豐富，河床卵礫石也較多，便于就地取材，修建這種護堤易于維修管理，工程造價也不高，很適宜在河道寬度不大的山地河流沿岸建造，可用于保護沿岸田地。

圖2 砌石護岸結構圖

圖3 格賓籠護岸結構圖

圖4 干砌石箱型護堤結構圖

4 防沖護腳工程

山區河流的河槽寬度小且縱坡陡，洪水的流速較快，對局部河床與河岸坡腳的沖刷淘蝕能力很強，在河道凹岸和干支流交匯處極為明顯，堤防工程的破壞多數是由于堤腳基礎被掏空而產生的，因此，堤岸防護工程的建設必須強調“護腳為重”。

在實踐中，為了消除或降低高速水流對河岸坡腳的沖刷破壞程度，可在河岸坡腳的堤防工程基礎頂面前部，鋪設一層鉛絲籠防沖帶作為防沖護腳措施。鉛絲籠不同與格賓籠，它的單層厚度為50～60c m，每隔3～5米由鉛絲網片隔開。鋪設寬度應根據河床土質、堤岸沖刷深度和沖刷后的穩定坡度確定，通常為4～6m。在特殊河段為了提高防沖效果，根據河床施工條件，可選擇在靠近基礎或主槽的位置增鋪一層鉛絲籠，寬度可為1～2m。如圖2和圖4。

特點：鉛絲籠防沖帶的特點與格賓石籠接近，具有整體適應性，對沖刷變形的適應能力很強，非常適宜做堤岸坡腳防護。鉛絲籠網片可以采用現場制作，用量也較格賓籠少，因此造價相對較低，在河床表面可大面積鋪設。

鉛絲石籠不僅可以作為堤岸護腳，在橋梁墩臺和過水路面上下游、干支流交匯口以及一些易產生沖刷的河段，為了保護路橋基礎和防止河床面下切，經常采用鋪設鉛絲籠防沖帶的防護措施。可以根據河段單寬流量選擇鋪設單層或多層，沿水流方向鋪設寬度不小于20～30m，單層厚度不小于50c m。

5 結語

對山洪溝道進行治理時，應以解決沿河村鎮的防洪安全為主要任務，進行分段建設，同時應結合各段河岸的地質、地形條件，充分考慮各種工程措施的適宜性，合理選用剛性材料和柔性材料，或兩種材料結合使用，以達到最佳的防護效果。

山洪溝道多數位置較偏僻，工程建設應堅持因地制宜、就地取材的原則，所采取的工程措施應充分考慮山區石料和河床卵礫豐富的特點并加以利用，盡可能減少鋼筋水泥等材料的用量，達到便于施工、維修和管理，同時降低工程造價、節能降耗的目的。

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曹國珍（1957年—）男，高級工程師。