白露河系統治理河道險工成因分析及處理措施探究

向廣銀

（信陽市水利勘測設計院 信陽 464000）

1 險工成因分析

白露河河道總長145km，河道兩岸現有險工22處，險工段累計總長達15.60km，約占河道總長度的10.8%左右。白露河險工形成的原因很多，主要有三個方面：一是白露河上游河道處多為強降雨多發區，洪水匯流快，并且干流無控制工程，當上游發生暴雨時，洪水迅速下泄，流速較大，加之河道彎曲，局部河段狹窄，水流曲折滾動凹岸極易被沖刷形成險工；二是河道岸坡多為上部的重粉質壤土、下部的中粗砂、粗砂、礫砂等構成，土質粘性較差，抗侵蝕能力較弱，在大洪水的浸泡下，岸坡土質松軟，粘性降低，下部的砂質結構松散，不均勻，抗沖刷能力較差，隨著洪水的快速退去，河岸坡腳極易被沖刷掏空，河岸懸空、失穩，導致坍塌，形成險工；三是現狀河道主流離堤岸較近，水流對堤岸影響較大，由于砂質抗沖刷能力較差，在河水沖刷和退水時地下水滲流共同作用下，岸坡易形成塌岸，影響岸坡穩定。

根據統計分析，此次治理的22處險工，多位于河道迎流頂沖地段或者現狀河道主流離堤岸較近處，其中部分險工未治理過，其余各處均為老險工加長或者已治理過的險工坡腳拋石流失、基礎被沖毀、坡面護砌下部沿線塌陷、在護砌段上下游形成新的險工等。

2 工程措施

2.1 工程布置

險工布置遵循以下原則：①防護線路盡量順水流方向，和堤岸走向一致，并保持平滑順直，使洪水下泄順暢。②兼顧左、右岸的利益，避免過分挑流或者發生漩渦。③兼顧上、下游利益，與上、下游現有的防護工程合理銜接，使整個險工治理段渾然一體。④格賓、雷諾護墊、漿砌塊石以及拋石盡可能修筑在原狀土上，在條件允許的情況下，盡可能避免填方。

2.2 方案比選

2.2.1 固基工程

根據白露河干流河床多為砂質、抗沖刷能力較差的地質特征，險工基礎必須具有較強的抗沖能力，適應變形能力和雙向透水能力等，散拋石、鉛絲籠拋石、格賓石籠結合漿砌石基礎等措施均能滿足要求。本次選擇以下三種防護方式進行比選。

（1）散拋石：具有單價較低（比鉛絲籠拋石單價低20%左右）、施工便利的特點。缺點是拋石量較大，對石塊要求較高（石塊體積大且備料量大）。另外，散拋石抗沖刷能力較差，容易流失，使用壽命較短。通過對白露河已治理段的調查，發現以前采用拋石固基、漿砌石基礎、干砌石平順護砌的險工段，坡腳拋石大部分流失，基墩被沖毀等又形成了新的險工。

（2）鉛絲籠拋石：即用鉛絲編織成六邊形網格的箱型網籠，內部填充塊石，用竹排或者船舶將其沉入水底，作為險工基礎。鉛絲籠拋石對塊石粒徑要求不高，拋石總方量較小，不易被沖走流失，使用年限較長。缺點是鉛絲籠制作和拋石施工相對麻煩，鉛絲耐久性不易保證，易銹蝕。

（3）格賓石籠固基：格賓石籠屬于柔性結構，延展性好，適應性強，能很好地適應地基變形，韌性高，不易斷裂；耐腐蝕抗沖刷，有很強的抵御自然破壞、惡劣氣候變換和地震沖擊力的能力；具有透水性強，可防止由流體靜力造成的損害；施工簡便，不需要特殊技術，只需將石料裝入格賓網箱封口即可；格賓網箱可以折疊起來裝運，節約運輸費用；符合生態原則，石料縫隙間的淤泥有利于植物生長，可與周圍自然環境融為一體，滿足水土保持和綠化美化環境的要求。缺點是水深時施工難度大，施工質量不容易控制，生態效果不夠明顯。

格賓石籠作為一種新興的固基材料，越來越多地被用于河道治理工程。通過對已建工程的實地考察，結合當地水利部門的觀察意見，格賓石籠的抗沖刷能力強、抗腐蝕度高、延展性好、適應性強等諸多優點在已建工程中得到了驗證。由于格賓石籠造價偏高，綜合確定白露河系統治理險工段，采用下部拋石護腳、上部格賓石籠基礎的治理方案。

表1 三種護坡方案投資對比表

圖1 險工治理典型斷面圖

2.2.2 護坡工程

根據信陽市境內多條河流的治理經驗，以堰北頭險工100m護岸為典型，選擇三種方案進行比較：方案一，現澆混凝土板護岸；方案二，漿砌石護坡；方案三，雷諾護墊護坡。三種護坡的固基均采用下部拋石護腳，上部格賓石籠基礎。方案一采用混凝土護岸，抗沖刷能力強，施工工期較短，缺點是護坡將覆蓋整個坡面，坡后排水條件較差，且混凝土板與下部土體結合較差，容易產生失穩。另外，該方案護坡損毀一般是下部墊層和土體被掏空，表面又不易被發現，一旦出現問題，后果較為嚴重；方案二采用漿砌石護岸，具備一定的抗沖能力，維修管理較方便，但適應變形能力也較差，從已治理過的險工段成果看，經過大洪水的多次沖刷，砌石下部塌陷嚴重，又形成了新的險工；方案三采用雷諾護墊護岸，雷諾護墊是將低碳鋼絲經機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網格組合的工程構件，在構件中填石構成主要用于沖刷防護的結構，具有很強的柔韌性及變形能力，生態環保，美觀耐久，施工便捷。而且施工機械化程度較高，便于大面積施工，具有一定的整體性，抗沖能力好，與其他方案比較，具有較大的綜合優勢。

治理范圍內選取100m岸坡，三種護坡方案投資比較見表1。

從表1數據可以看出，三種護坡方案投資相差不大，經綜合分析，該段護坡工程推薦選用方案三，即雷諾護墊護岸。

2.3 工程設計

根據險工險情調查情況、地形地質條件和河道演變狀況，結合已治理過險工的現狀，確定本次白露河系統治理新險工治理方案：雷諾護墊護岸，格賓石籠固基。對于以前已治理過、現階段調查又出現險情的老險工段，護岸采用漿砌石維修加固，坡腳拋石固基。

新險工治理護岸采用雷諾護墊，厚0.3m，邊坡1∶1.5～1∶3.0，下設400g/m2無紡針刺布；坡頂設置C20混凝土墩護肩，寬0.4m，高0.6m；險工護腳采用拋石基礎、格賓石籠固基，拋石基礎上底寬3.0m、下底寬6.0m，高2.0m，格賓石籠規格（長×寬×高）為1.5m×1m×1m，下設400g/m2無紡針刺布。按照險工治理典型斷面，要求格賓石籠頂面高程高于枯水位不小于1.0m，且拋石基礎埋深不小于1.5m，如若不滿足上述要求，則將拋石基礎向下延展至3.0m高，如圖1。格賓采用特殊防腐處理的低碳鋼絲經機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網格組合的工程構件，要求其網面抗拉強度不低于50kN/m，延伸率不低于10%；要求填充石料堅硬、不易風化、不易水解的卵石或者塊石，粒徑以150～300mm為宜。

3 設計計算

3.1 雷諾護墊護岸厚度計算

雷諾護墊厚度按照《生態格網結構技術規程 CECS 353 2013》中的方法計算，公式如下：

t=2.0Dm，，式中各符號意義見技術規程。根據上式計算護坡厚度t=0.22～0.28m。結合工程施工經驗，選用厚度0.30m的雷諾護墊。

3.2 沖刷計算

護岸的沖刷深度是合理確定護岸基礎埋深的重要依據。根據《河道整治設計規范》（GB50707-2011），水流斜沖防護工程產生的沖刷深度可按公式進行計算：

4 結語

確定白露河系統治理河道險工治理方案時，既要考慮方案的適應性和耐久性，又要考慮生態水利和水環境、水景觀的要求。本文結合散拋石、鉛絲籠拋石、格賓石籠基礎等三種固基方案比選，混凝土護坡、漿砌石護坡、雷諾護墊護坡等三種護坡方案比選，綜合確定采用格賓石籠基礎的固基、雷諾護墊護坡的險工治理方案■