皂河入渭口段河床下切治理措施淺析

韓曉榮楊莉

（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001）

皂河入渭口段河床下切治理措施淺析

韓曉榮楊莉

（陜西省水利電力勘測設計研究院陜西西安710001）

本文對皂河入渭口段河道下切原因進行了分析，針對河床地層巖性為砂土軟基的實際情況，采用格賓石籠柔性護腳以適應地基變形要求，在治理末端修建格賓石籠深齒墻與渭河南岸大堤基礎相接形成封閉屏障以阻止河床進一步沖刷下切。實踐證明，此方案對河道起到了顯著的防護作用，可供后續類似工程設計參考。

皂河；河床下切；格賓石籠護腳；深齒墻；方案設計

1 工程概況

皂河發源于西安市長安區水寨村，流經長安區申店、韋曲，在下塔坡入西安城市段，全長33.5km，流域面積331km2，河道平均比降1.4‰。西安市城區段長27.34km，接納城區約277km2面積的雨洪排水。

2001年西安市政府對皂河排洪工程進行治理，于2004年12月底完成，運行幾年后，皂河入渭口段呈現淤積狀態，且日益嚴重，2007年進行了河道清淤。2008年11月渭河西安城市段南岸堤防加固工程啟動，對原皂河入渭區域河道進行了裁彎取直，皂河在渭河的匯流長度由原來的5.3km減少到2.266km，河道比降變陡，流速加大，西站皂河橋至入渭口段河底不斷受到淘刷下切，河道兩岸堤防的漿砌石、鉛絲石籠基礎不斷的出現跨塌、傾斜，致使河道堤身兩岸護坡局部也出現垮塌破損，2010年8月、2012年4月對新建皂河橋下河底高程進行實測，淘刷深度分別為1.8m、3.0m，河床在嚴重下切；若不及時對河道進行加固治理，堤防基礎及岸坡垮塌現象將日益加劇，危及堤防安全。

2 設計原則

本工程為加固工程，原堤防堤身完整性較好，可以加以利用，以減小工程投資，主要針對堤腳沖刷及河床下切問題進行處理。處理措施應本著經濟合理、施工安全方便、工程效果顯著的原則，對各種可能實施的方案進行比較。

3 設計方案選擇

2004年西安市政府已對本治理河段兩岸堤防修建完成，經水力復核該堤防工程堤線、堤距滿足本次設計洪水標準要求，利用現有堤防具有工程量小、措施簡單、費用省、對兩岸擾動較小等優點，因此本次河道治理基本維持現有堤線布置，設計主要任務為：堤防基礎加固、阻斷河床下切。

3.1 堤防基礎加固方案

（1）方案一：根據沖刷計算結果，堤防平順段、轉彎段基礎應分別埋置于深泓以下0.8m、1.4m。順現狀堤防臨水側坡比1：1.5方向向河道下部挖深，至設計基底高程，修筑漿砌石護坡及基礎。此方案存在的問題是：因河床地基巖性為細砂和中粗砂，且因地下水位的影響，開挖過程中可能因流沙而使邊坡垮塌難以成型，施工難度非常大，導致施工臨時工程量劇增而工期延長，并影響堤防安全。經分析論證，認為對于砂土柔性地基，采用柔性材料對堤防基礎進行水平防護，適應地基變形能力較強且施工方便，特此提出方案二。

（2）方案二：對堤防基礎按現狀地面形式設置水平防護基礎，其寬度根據沖刷深度及達到最大沖刷深時形成的穩定邊坡確定。由計算及地質調查，平順段和斜沖段沖刷深度分別為0.8m、1.4m，穩定邊坡1:2.5（細砂和中粗砂，水下），所需要的水平防護基礎寬度分別為2.0m和3.5m。

兩岸堤防設置水平防護基礎后，對河道中間無砌護河床寬度較小河段，會形成一個沖刷薄弱帶，為盡可能減小沖刷，設計對此段河道河底均進行襯護。對河底寬度稍寬河段，堤防基礎水平防護后，河道中間無砌護寬度較大，最初擬對河底不進行襯護，但考慮到：①河床巖性為細砂和中粗砂，抗沖能力較小，遇較大流速則沖起懸浮于水中，隨水流沖走，造成河床進一步淘刷下切，為提高河道抗沖能力、穩定河床，對此段河底進行襯護是必要的；②本段河道長度不大，在上游河底已經襯護的情況下，單留此一小段沖刷薄弱段而危及堤防基礎安全不甚合理；③河底襯護后可增加平整度，防止水草生長，提高河道過流能力。所以經綜合分析，對此段河道河底進行襯護。

3）防護材料選擇：堤防基礎采用漿砌石、砼和格賓石籠三種砌護型式進行比較，前兩種均為剛性結構，適應地基（細砂、中粗砂）變形的能力差，地基發生不均勻沉陷易產生剪切破壞，且工程量和投資較大，據調查西站皂河橋上游河底在2004年綜合治理時采用漿砌石砌護，局部因河底不均勻沉降已產生破壞；格賓石籠為柔性結構，適應地基變形能力強，施工方便，投資省，對現狀河底稍做修整，鋪筑0.5m厚格賓石籠即可。推薦采用格賓石籠水平防護方案。

（4）加固河床：要從根本上解決堤腳淘刷破壞問題，關鍵是要阻止河床進一步沖刷下切，最初提出在工程末端（新皂河大橋下游）河床設置旋噴砼墻方案截斷河床沖刷下切，隨著設計工作的深入，與工程各方的溝通探討，認為此方案對施工機械要求高、施工難度大且工期長、費用高。根據2009年開始西安渭浐河城市段管理中心每年對新皂河大橋處河底高程測量結果，4年內河道沖刷下切已余3m，而近兩年下切緩慢，趨于平衡，結合工程實際，設計改為在皂河出口河床開挖溝槽設置一定深度齒墻方案。齒墻布置如下：在本工程末端河床設置格賓石籠深齒墻，兩端與渭河南岸大堤基礎相銜接，形成封閉的阻止河床進一步沖刷下切的屏障，齒墻深3.0m，長度116.64m，頂面高程370.5m，底面高程367.5m，此處渭河大堤基礎高程約為372.2m，齒墻較渭河大堤基礎高程低4.7m，兩端采用斜坡型式與渭河大堤基礎相接。

齒墻與原過水堰上游坡相重合，將重合部分堰體拆除修筑齒墻，下游利用原堰體拋石體作為海漫，將原堰體369.50m高程以上部分拆除，沿整個堰面鋪筑一層1.0m厚格賓石籠防止沖刷。

3.2 滾水壩設計方案

圖1 齒墻布置剖面圖

圖2A-A剖面圖

為穩定河床，防止河床進一步下切，在新皂河大橋下游10m處修建一座寬頂堰式滾水壩，以使壩上游河道形成淤積態勢，堤防垮塌破壞基礎埋置于淤積面以下，可不進行加固處理。設計堰頂高程372.91m，與原2004年皂河綜合治理此處設計河底高程相同，而較現狀下切河床高2.91m。堰頂長度165m，寬度6.68m，從堰頂以1:4的斜坡與下游護坦相接，堰基寬度18.32m，高程366.0m，置于深泓線以下4.0m中粗砂地基上，堰高6.91m，堰身采用漿砌石砌筑。堰下游設置長10m、厚1m的漿砌石護坦，護坦后設置長20m、厚1m的格賓石籠海漫，防止水流對堰基的沖刷。滾水壩剖面設計見圖3。

滾水壩的修建，使上游河道形成淤積，最終使壩址以上河底高程恢復到原設計高程，可維持上游河道河床穩定，阻止河床進一步下切，保證堤防基礎安全。但滾水壩抬高了工程末端現狀河床的高度，水流能量積聚于此，下游消能難度增加，沖刷劇烈，使壩基淘刷破壞，工程措施失效。

3.3 方案比選

兩方案各有優缺點。滾水壩方案上游堤防基礎不進行加固，總工程量相對較小，但壩基處理工程量大，壩下游消能難度大，沖刷嚴重，且皂河排放的是西安市工業和生活污水，由于壩的攔擋作用，污物易堆積于河道內，對周邊生態環境及附近居民健康造成極大影響，與現有西安經濟技術開發區、六村堡工業園區及現代農業綜合開發區的大環境不相適應，對招商引資造成不利影響。堤防基礎加固方案雖格賓石籠襯護方量較大，但污物不會堆積于河道，對周圍環境不會造成影響，格賓石籠為柔性結構，適應地基變形能力強，防護性能好，施工方便，對于軟土地基是一種適應性較強的堤防基礎加固方式，綜合比較后采用加固堤防基礎、加固河床末端方案。

4 技術難點及處理措施

河床地基巖性為細砂和中粗砂，地質建議開挖坡比細砂水上1：1.25，水下1:2，中粗砂1:2，穩定開挖坡比較緩。深齒墻施工時，兩岸灘地段現狀地面較高約為375.15m，而齒墻基底高程367.50m，開挖高度達7.65m，若按1：2穩定邊坡開挖，開挖范圍大，可能對齒墻上游新皂河大橋基礎造成破壞，影響大橋安全，另一方面開挖工程量較大。施工單位在施工過程中采用1：1較陡邊坡開挖而加強邊坡臨時支護型式，但在開挖過程中因河道水位過高為369.5m左右，齒墻基礎高程為367.5m，高差2m左右，水位以下基槽開挖流砂量大，邊坡邊挖邊塌，難以成型，基坑中積水排泄不及，導致無法施工，經研究，提出如下解決措施：將齒墻底層1m厚格賓石籠改為水下拋石，減小施工難度，推進項目進展。方案調整后，齒墻施工順利完成。

圖3 滾水壩縱剖面圖

5 洪水檢驗

工程于2014年8月竣工，經過2014年、2015年兩個洪水季節過洪考驗，治理段河道河床無下切淘刷現象，下游水流出流平穩順暢，堤防堤腳及深齒墻結構完好無損，證明工程所采取治理措施安全有效。

6 結語

一般加固工程受到原工程各種條件的制約影響，給設計、施工造成一定的難度，需從原工程根本出發，盡量加以利用，以節約投資。在加固原工程不能達到應有的作用時，在有條件且經濟合理的情況下，可增加局部新建工程措施。工程設計時，應放眼工程項目長遠效益，綜合考慮工程投資、施工條件，運行管理等各種因素，使設計方案達到最優。

皂河入渭口段河道治理工程設計中幾個值得借鑒之處：有效利用原堤防節省工程投資；吸取上游河道治理經驗教訓，采用柔性護腳材料以適應軟土地基變形要求；河道下游設置深齒墻有效解決了河床進一步下切問題。陜西水利

[1]堤防工程設計規范GB 50286-2013［S］.中國計劃出版社，2013.

（責任編輯：暢妮）

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