某大比降卵礫石河床堤防護腳加固型式選擇

彭文祥，鄭道寬，胡小龍

（長江勘測規劃設計研究有限責任公司，武漢430010）

1 工程河段特性及堤腳失穩破壞原因分析

尼洋河八一鎮河段位于山區性河流中下游分界處，海拔高程從3 400m下降到3 000m，平均坡降為3‰～2‰,河床由漂石、卵石夾少量粗砂堆積而成，河床寬淺散亂，心灘發育，洲汊縱橫，主流擺動不定，灘槽極不分明，河道沒有穩定主河槽，極易造成河流的的橫向頻繁擺動，侵蝕堤岸，形成險情。深泓線在大約20～30a內發生了幾次較大變化，其主要原因是河道主槽擺動而自然演變的結果，也有亂挖濫采河道泥沙的人為因素。尼洋河自中游下段（即八一鎮附近）～下游段，河床土質疏松，比降變緩，河流完全在沖積洪積物之上流動，為河床的頻繁變遷提供了條件。隨著河床的擺動，河流岸邊的侵蝕愈加嚴重。目前，尼洋河左岸已全線修筑了防洪堤，其防洪標準按50a一遇洪水設計、100a一遇洪水校核。2000年又新設防洪堤10.672km，使防洪堤總長達到14.634km，八一鎮城區兩岸實現全面設防。

八一標準防洪堤修筑以后，河道的橫向侵蝕受到了限制，加之交通部門所修建的護路丁壩群，河流的橫向侵蝕也逐漸削弱，對防御尼洋河洪水起了積極作用。但由于該河段河勢控制較差，整治工程及護岸工程不配套，加之堤防施工質量存在一定問題，因而在近幾年內，曾在八一大橋上游左右岸T1、T3 2個堤段內連續發生3次垮堤事故。

我們認為，八一防洪堤現行防洪標準已經達到規范要求。堤防發生垮塌、水毀的主要原因分析為：八一防洪堤是建筑在尼洋河沖積層之上，沖積層為漂石和卵石組成，盡管堤腳有2.5m厚混凝土護腳，且腳槽外側設置了厚度為0.6m、寬度2.5m的鉛絲石籠，但河床砂卵石抗沖能力差，鉛絲石籠埋深淺，延伸寬度短，對腳槽外側河床保護十分有限。河床受沖刷后腳槽外側形成臨空面，導致腳槽失穩垮塌，堤身及護坡因腳槽破壞后隨之變形垮塌。目前，尼洋河八一鎮河段部分堤段主流已經逼近堤岸，堤腳附近水流流速達4～5m/s，局部最高達6.3m/s。堤防堤腳沖刷破壞嚴重，并導致堤身垮塌破壞。此前多次治理也未見成效?，F場情況也顯示，大部分堤段鉛絲籠都已被沖毀，混凝土腳槽損壞堤段堤腳最大淘刷深度達3m以上，破壞過程均為腳槽首先失穩破壞，然后護坡及堤身變形垮塌。

2 護腳加固方案設計原則

大比降砂卵石河床、河岸受高速水流沖刷河段堤防的直接護岸工程的影響進行研究，提出一種柔性護墊方案。該方案具有以下4個特點：

1）具有較強的抗沖性。

2）具有透水性。

3）具有整體性。

4）具有一定適應地形變化能力的柔性。

為此，我們將水平防護和垂直防護、石籠類和混凝土類材料相結合，提出水平柔性護墊技術，具體結構為：格賓鋼筋（絲）石籠網墊+混凝土抗滑樁+輔助連接措施，并對護岸技術的結構、穩定、優缺點、適用條件等問題開展研究【1】。

防護工程中的基本原理是防護材料的抗沖能力和水流的沖刷能力的對比，當防護材料的抗沖流速大于水流的沖刷流速時，防護材料可視為穩定的防護體，不會在水流的沖刷下發生位移，從而起到抑制沖刷的發生，保護基礎層的穩定。根據GB 50286—2013《堤防工程設計規范》堤腳岸坡的保護范圍，在深泓近岸段應延伸至深泓線，并滿足河床沖刷深度的要求；在水流平順、岸坡較緩段，宜護至坡段1∶3～1∶4的緩坡河床處。因此，為保護堤腳穩定一般在緊靠堤腳的河床設置抗沖體，使水流不能直接淘刷堤腳河床，減小沖刷深度，同時能夠填補沖坑，使沖刷坑底與坡腳形成緩坡，不能有影響坡腳基礎失穩的沖坑存在。這樣，才能使堤腳穩固。同時因堤腳沖刷深度一般均較大，如果將腳槽放置在沖刷深度以下且上部設置防護材料則需大量水下開挖，施工難度和費用均較大。故一般根據枯水位適當抬高腳槽，然后在腳槽外設置足夠的防沖備填料。受沖刷變形后備填料填補沖坑，保護整個沖坑斜坡面使沖坑穩定不再發展，因此，防沖備填料的方量應滿足沖刷深度乘以水下穩定坡比的斜長。根據《堤防工程設計規范》和《堤防工程手冊》（毛昶熙主編）備填料應滿足抗沖粒徑的要求，同時，變形后沿沖坑坡面的厚度不小于抗沖粒徑的2倍，受防沖備填料保護的水下穩定坡比為1∶1.5～1∶2，防沖備填料可采用拋石、石籠及沉排等材料。

一般備填料層內仍有流速和穩定水流的淘刷，同時還有岸坡地下水流的沖蝕，河床細顆粒易被帶走，導致備填料下沉崩塌，因此需設置墊層、濾層或土工織物保護下部細顆粒不被帶走。

3 護腳加固方案選擇

根據以上防沖保護設計原則，本次設計采用防沖備填石護腳方案與鋼筋及鋼絲石籠護腳方案進行比選。

方案一：防沖備填塊石護腳方案。本方案保留原混凝土腳槽，腳槽外側設防沖備填塊石。根據計算沖坑深度為2.5～3.5m，同時，根據本次地勘檢測參數，河床沖刷坑的穩定邊坡約為1∶2.0。考慮腳槽以外的沖坑深3.5m左右，防沖備填石淘刷變形后的穩定坡比約為1∶2.0，塊石保護厚度取2倍塊石穩定粒徑1.2m，可保護沖坑不再繼續發展，同時考慮一定的安全儲備，估算防沖備填石的每延米填筑量不小于15m3。綜合考慮防沖備填塊石護腳底寬6m，外側開挖坡比1∶1，開挖深度2.0m，頂部設置1:8的緩坡與原地面線銜接，其中上部1.0m厚采用平鋪大塊石砌筑，下部采用拋石。

方案二：鋼筋及鋼絲石籠護腳方案。本方案在原腳槽外側設鋼筋籠防沖備填層?？紤]護腳以外的沖坑深3.5m左右，防沖備填料淘刷變形后的穩定坡比1∶2.0，沖坑斜坡保護長度不小于8m，考慮一定的安全余度，取鋼筋籠防沖備填石向腳槽外側延伸10m，由此保護沖坑不再繼續發展，確保堤防腳槽的穩定。由于本河段流速大、推移質含量高，鉛絲籠基本都被破壞；和諧新區堤段施工時采用2層結構進行保護，上層為0.6m厚鋼筋骨架裝塊石和下層為0.6m厚鋼絲籠裝塊石護腳，從現場情況來看，上層鋼筋骨架籠耐久性大大提高，運行相對較好，破壞較少。因此，經綜合考慮，將鋼筋石籠層與原腳槽頂高程相同，然后自上而下分別設0.6m厚鋼筋石籠、0.6m厚鋼絲石籠及反濾土工布。2層石籠垂直流向寬度不小于10m【2】。

4 護腳加固方案設計

根據堤防抗沖計算分析，結合工程布置，在腳槽或護腳平臺坡腳外側設置鋼筋石籠護坡、預制鋼筋混凝土方樁、鋼筋混凝土現澆梁、鋼筋石籠和鋼絲石籠護腳等措施抗沖【3】。鋼筋石籠和鋼絲石籠厚度均為0.6m，石籠垂直流向寬度8m。具體結構型式如圖1、圖2所示。

圖1 腳槽外側堤腳防沖石籠結構圖

圖2 護腳平臺堤腳防沖石籠結構圖

5 結語

本文以西藏尼洋河八一鎮城區段堤防加固工程項目為例，分析了工程河段特性及堤腳失穩破壞原因，并針對該典型大比降卵礫石河床河流特點，提出了2種堤防堤腳加固方案，并進行抗沖能力、施工、造價的比選，最終推薦鋼筋石籠及鋼絲石籠+鋼筋混凝土樁的堤防護腳加固方案。上述設計方案已在工程中施工應用，且經歷了2019年洪水期的洪峰過流考驗，目前運行情況良好。本文提出的護腳加固方案可供類似河段整治工程的設計者參考。