一種新的生態垂直護岸方式在山洪災害重點防治區工程治理中的應用研究

陳文熙

(1.遼寧省河庫管理服務中心，遼寧 沈陽 110003;2.遼寧省水文局，遼寧 沈陽 110003)

山洪溝工程治理主要是對山洪溝進行工程護岸，提高山洪溝的防洪標準。當前，在山洪溝治理護岸的方式主要采用干砌石、漿砌石以及土工模袋混凝土面板的方式進行坡式護岸[1- 6]，這種護岸的優點在于施工簡單方便，但缺點在于穩定性差且生態性能差。當前，生態工程治理已逐漸成為山洪溝治理的主要原則，為此需要對山洪溝治理方式進行轉變，對其進行生態綜合治理。近些年來，雙絞格網石籠的護岸方式在河道生態治理中得到應用[7- 10]，這種方式穩定性好且可滿足生態環境要求，但在山洪溝護岸治理中還未進行相關應用，為此，本文提出一種新的雙絞格網石籠的垂直護岸方式，并以遼寧營口地區的安平山洪溝為研究工程實例，分析該方式具體操作流程和相關參數。

1 方案對比及優選

(1)直立式漿砌塊石。這種方式為傳統的護岸方式，屬于剛性防護，這種方式雖然抗擊水流沖刷能力較強，其護岸形式也較為美觀，且能夠使得河道有效寬度得到充分發揮，但這種護岸方式下，工程前期投資以及后期維護保養的費用較高，且受到區域地基形式的影響，不能滿足區域生態治理的要求。

(2)立式混凝土空箱。這是一種新的護岸形式，采用標號為140的混凝土進行空箱的預制，再采用標號為80的水泥砂漿進行澆筑，空箱內用實土進行填充。綜合考慮運輸和澆筑的實際情況，空箱預制體積不宜過大。這種護岸形式外觀十分美觀，穩定性較高，且澆筑較為便利，工程造價較低，對于石料較為豐富的地區具有較好的適用性，但是這種護岸形式下水泥用量較大，容易受到凍融膨脹的影響，在后期運行的費用也較高。

(3)雙絞格網石籠。這種護岸方式屬于柔性防護，對于不均勻凍脹的地基具有較好的適應性優點，且對水流沖刷具有較強的抗擊能力，可以對山洪溝護岸進行有效防護，使得土壤產生快速沉積，使得防護區域內的植被生長加速，不對河流生態產生影響，同時這種方式下的材料價格較低，在施工時受氣候干擾的程度小，施工便利，并能在水下進行作業，受水流腐蝕性弱，防護周期長。

綜合對比以上護岸形式的優缺點，考慮到山洪溝生態治理的要求，選用雙絞格網石籠的生態垂直護岸形式作為山洪溝生態治理的護岸方式。

2 工程實例研究

2.1 防洪現狀

工程整治河段全長為10.122+7.5+0.854+3.8km，平均比降為5.31‰。河道較寬，兩岸有堤防能夠滿足20a一遇洪水標準。各河段防洪現狀如圖1所示。

圖1 區域防洪現狀

2.2 垂直護岸主要工程形式

本次護岸工程對于農田段，岸坡沒有任何工程措施，并且岸坡植被較少的河段，采用生態護岸形式。生態護岸邊坡為河道清障后的邊坡1∶2，在岸坡及岸上種植適于當地生長的杞柳以及撒草籽，既保證了河道岸坡穩定，又能夠滿足生態型河道的建設。杞柳的種植間距為1m，每坑種植兩株。各段護岸形式見表1。

2.3 垂直護岸縱向設計參數設定

該段河道護岸工程主要有石籠護腳及生態護岸形式。對于石籠護腳段，主要位于該段河道的農村段(Z0+517～Z1+678右岸)，岸坡樹木較多，主要為了保護岸后的村莊，避免山洪較大時沖造成塌岸等現象。該段設計護腳平臺頂高程為設計河底以上1m，設計護腳高程為設計河底高程。對于生態護岸形式，由于該段河道岸坡及岸上樹木較少，岸后主要為耕地和果園，考慮到河道清障后汛期岸坡穩定及河道生態建設的需求，故對河道Z0+000～Z0+130左岸岸、Z0+517～Z1+6782左岸以及Z0+000～Z0+130右岸采取生物護岸形式。設計河岸高程為現狀河岸高程。詳情見表2。

表1 生態護岸工程基本情況

2.4 垂直護岸設計指標確定

(1)護頂寬度及高程確定。護頂寬度表示從護岸坡的頂部按照河岸垂直方向進行延伸，延伸到對岸的長度較為護頂寬度，為對護岸工程進行穩定性設計，避免水流從岸頂淘刷岸坡，使護坡與河岸灘應牢固緊密結合。按照有關要求，護岸寬度取0.5～1.0m。工程設計護岸頂部寬度為1.0m。

(2)護岸邊坡的確定。根據地質勘察報告，岸坡巖性表層多為種植壤土，下層多為粗砂或者砂礫，有剛性護坡時，砂土開挖邊坡穩定坡度為1∶1～1∶1.75，綜合考慮岸體整體穩定性以及設計河道的寬度，護坡邊坡設計為1∶2.0，護坡長度自設計河底高程起至河岸設計岸頂高程的位置。

表2 安平河南2支護岸工程縱向設計參數

(3)護腳深度確定。根據水文提供各水文斷面的平均流速值，采用GB 50286—2013《堤防設計規范》沖刷深度進行計算，沖刷計算結果見表3。

表3 局部沖刷深度計算成果

2.5 垂直護岸穩定性分析

垂直護岸采用雙絞格網石籠擋墻及迎水面采用M10砂漿砌筑重力式擋土墻，墻頂高程根據設計墻頂高程確定。穩定計算僅從擋土墻的地基應力、水平滑動穩定性、傾覆穩定性及整體穩定性4個方面來論述。計算均以基礎底面為控制面，計算中包括壩體和護腳工程整體的穩定性。

通過以上算式對典型斷面X0+195(墻體最高)及X0+534和Y0+763及Z1+370斷面進行計算，計算參數和結果見表4—5。由計算成果顯示在不同工況下擋土墻的抗滑及抗傾穩定系數均大于允許值，基礎底部所能承受的最大應力應該小于地基所能允許承受的壓力，且最大值和最小值的比例應小于2.0。綜上所述，漿砌石擋墻護岸和雙絞格網石籠垂直護岸工程穩定，斷面設計合理。

3 實施效果分析

(1)經濟效果。研究實施以后，提高了安平河的行洪能力，保障了兩岸村民的財產安全，避免了一遇到洪水，洪水淹沒村莊和耕地的情況，減少了洪澇災害造成的經濟損失。同時河道進行整體規劃設計之后，更是改變了農村的生產生活環境，對農村的經濟發展等起到了促進的作用，經濟效益顯著。

(2)生態效果分析。由于山洪溝河流加速了水流的匯流時間和速度，使得區域內山洪災害的頻率增加，對區域兩岸的生態環境產生一定程度的破壞。在山洪溝生態綜合治理后，結合工程治理措施和生態環境措施，使得汛期山洪災害的程度減弱，流域生物棲息地環境得到明顯改善，地下水涵養程度得到提高，區域小氣候環境得到不同程度的改善，滿足了山洪溝生態綜合治理的總體要求。當地的水生態環境得到明顯改善，人水和諧度得到提高，人與生態和諧程度進一步增強，生態效果較為顯著，工程生態綜合治理效果如圖2所示。

表4 垂直護岸穩定計算物理參數

表5 垂直護岸穩定計算成果

圖2 實施效果后評價

4 結論

(1)生態垂直護岸方式下，不同工況下擋土墻的抗滑及抗傾穩定系數均大于允許值，最大基底壓應力應小于地基允許承載力，且擋土墻基底應力的最大值與最小值之比在基本組合時不應大于2.0。

(2)新的生態垂直護岸方式對變形要求較高的承力結構和對防滲要求較高的結構適用性本文還未進行深入討論，在以后的研究應予以關注。