柔性防護技術在河道生態防洪堤工程中的應用

盧鳳麗

(遼寧省本溪市水庫移民管理局，遼寧 本溪 117000)

中小河流在我國分布廣泛，與人類生產、生活息息相關，其構成的空間結構、自然景觀、水域環境和人文生態等服務于人類并同人類共同進步發展；而人類活動又會對河流的降雨時空分布、徑流量和生態環境帶來影響[1]。常規堤防工程建設中存在“重工程、輕人文，重硬化防洪、輕柔性生態”等現象，主要關注水資源利用、防洪等功能需求，而忽視了河流自身的生態環境和人文景觀需求，河流自凈功能和生態功能不斷弱化，生態鏈遭受破壞。為了人、水和自然的和諧相處及發展，2010年《國務院關于切實加強中小河流治理和山洪地質災害防治的若干意見》(國發〔2010〕31號)明確指出：要充分發揮中小型河流的減災、興利和生態環境的綜合效益，實現水利建設可持續發展。因此，在中小河流治理工程建設中，除了要考慮防洪堤的強度、安全性和耐久性外，還需考慮其生態環境效果，探討融合工程結構和生態環境為一體的護岸形式，充分發揮堤防的社會經濟和生態環境效益[2- 5]。

1 工程概況

長寧河系長江上游地區較大的一級支流，發源于宜賓市興文縣玉秀鄉，經珙縣、長寧縣，從江安縣城西注入長江，全長110.1km。治理河段位于江安縣紅橋鎮境內，全長2.20km，區域內無大的支溝匯入。治理河段的河道較寬，河谷為基本對稱“U”形谷，河岸以土質邊坡為主。治理河流屬典型山區型河流，具有源短流急、短時匯流集中、洪峰流量大和水位變幅大等特點[6- 7]，且兩岸未修建任何防洪措施，每逢雨季強降雨即發生洪澇災害，河水上岸，良田損毀，城鎮基礎設施及居民住宅被淹，損失極大。

根據長寧河紅橋鎮河段的水文氣象、地質地形和長寧河整體水系分布，為促進古鎮保護與觀音橋村集中安置點協調穩定發展，需修建防洪堤，設計防洪標準為20年一遇，整治河道全長2.20km。按照“防洪標準達標，防洪治理河段河暢、水清、路通、岸綠、景美”的治理目標，通過生態防護加固兩岸，并協調江紅公路近河路景觀改造項目，將防洪堤與古鎮保護、旅游開發和人文景觀建設相融合，改善水環境，并打造良好水生態[8]。

2 河段防洪現狀及治理措施

紅橋鎮依河而建，由于居民建房侵占河道，加上日常生活垃圾無序堆放，河道淤積嚴重，行洪斷面狹窄，汛期雍水嚴重。河岸未修建任何防洪措施，僅有的兩條排洪涵也存在嚴重堵塞問題，5年一遇以上洪水就會出現水位暴漲、行洪不暢，河水上岸，造成良田損毀和城鎮被淹。河岸以土質邊坡為主，因水流侵蝕形成的深槽，凹岸(左岸)的穩定性極差。根據長寧水文站(國家基本二類精度水文站)監測資料，采用HEC-RAS水面線分析軟件計算得出典型斷面現狀行洪能力，見表1。

由表1可知，長寧河紅橋鎮河段重現期P=20%的洪峰流量為1680m3/s，而治理河段河道現狀最大行洪能力僅為946.2m3/s，不能滿足安全行洪要求。根據GB 50201—2014《防洪標準》，結合長寧河封閉防洪規劃和紅橋鎮防洪保護區現狀及經濟社會發展需求，按20年一遇標準設防，即對七道坎(干0+000)至玉屏橋(干1+350)和霸柳灣(支0+000)至回水陀(支0+850)，總長2.20km的干流和支流河段采取生態防洪堤進行防護加固處理。在滿足河道正常行洪、排澇等基本功能的同時，通過生態河床、生態護岸等生態工程措施修復生態環境，促進人與水環境、人與自然的和諧發展。

表1 長寧河紅橋鎮治理河段典型斷面現狀行洪能力

3 防洪堤設計

3.1 堤型比選

防洪堤設計時應充分把握安全性、耐久性和生態環境保護等原則。治理河段內出露地層巖性主要為侏羅系中統沙溪廟上亞組(J2S2)砂巖，破碎泥巖覆蓋層厚1.5～2.2m，無不良物理地質現象，工程地質條件滿足工程建設要求。治理河段覆蓋層總體較厚，土體結構較松，不利于修建剛性結構堤型，宜優選柔性防護結構。按“因地制宜、就地取材”經濟適用原則，結合長寧河紅橋鎮治理河段的地形地勢、水文地質、堤基條件、建筑材料等條件，充分考慮到古鎮保護和旅游開發規劃，新建防洪堤型優選柔性生態型防洪堤和衡重式重力堤2種堤型3種除險加固方案進行技術經濟比選。

(1)方案一

防洪堤堤型為“漿砌石擋墻+六角空心預制塊+鍍高爾凡加筋麥克墊”，如圖1所示。

圖1 六角空心預制塊生態防洪堤斷面(單位：mm)

根據長寧河紅橋鎮治理河段特征水位及防洪堤功能，設置馬道和人行休閑步道，其中，馬道P=50%(2年一遇)的水位為227.07m，高0.2m，寬3.0m；人行休閑步道P=20%(5年一遇)的水位為231.34m，高0.3m，寬3.0m。步道以下迎水面采用六角空心預制塊(植草護坡)，步道以上采用鍍高爾凡加筋麥克墊進行生態護坡(U型釘固定)，坡比為1∶1.5。馬道以下采用M7.5漿砌石重力式擋墻護腳，底寬為2.9m，迎水面坡比為1∶0.3，墻背鉛直。壩坡按1∶1開挖至清挖線，采用土石渣回填夯實。

(2)方案二

防洪堤堤型為“漿砌石擋墻+鍍高爾凡雷諾護墊+鍍高爾凡加筋麥克墊”，其設計水位和整體防護結構與方案一完全相同，僅馬道和人行休閑步道間的護坡采用鍍高爾凡雷諾護墊(聚酯長纖無紡布墊層)。

(3)方案三

防洪堤堤型為“漿砌石擋墻+鍍高爾凡加筋麥克墊”的衡重式重力堤，如圖2所示。

圖2 衡重式重力堤斷面(單位：mm)

設置一條馬道兼人行休閑步道，寬3.0m。步道以下采用漿砌石重力式擋墻護腳，底寬為2.92m，迎、背水面坡比均為1∶0.3；步道以上采用鍍高爾凡加筋麥克墊進行生態護坡(U型釘固定)，坡比為1∶1.5。壩坡按1∶1開挖至清挖線，采用土石渣回填夯實。

(4)比選結果

對地形地質適應性、工程占地、生態環保、城鎮景觀協調性、工程造價等方面進行綜合比較可知，①地形地質適應性：生態堤較衡重式重力堤，除漿砌石擋墻護腳外均為柔性結構，其地質變形適應性更強；②工程占地：衡重式重力堤的工程占地要比生態堤小，但其砌石量約為生態堤的2倍，僅M7.5漿砌石量就達到256850m3；③生態環保：生態堤的開挖量較衡重式重力堤小，區域生態破壞小，生態及環保影響較小；④城鎮景觀協調性：采用生態堤方案更利于生態修復和古城保護旅游生態景觀建設；⑤工程造價：衡重式重力堤方案總投資為5750.52萬元；而六角空心預制塊生態堤投資為4512.36萬元，雷諾護墊生態堤投資為4708.19萬元。因此，設計優選六角空心預制塊生態堤，其工作造價最低，且比衡重式重力堤更接近自然，更利于生態環境保護和人文景觀建設。

3.2 堤壩滲透變形分析

生態堤可實現資源回用，降低工程造價，采用堤基開挖料進行夯實回填，其中表層開挖料主要為雜填土，主要成分為建筑廢棄料及建筑垃圾，不能用作回填料。雜填土下部為砂質黏土層，夾雜較厚砂質泥巖與粉砂巖等。堤身回填料主要為砂質黏土、砂質泥巖及粉砂巖等混合料；堤基置于砂質泥巖與粉砂巖上。試驗獲得工程材料容重，漿砌塊石為23kN/m3；回填土(碴)為18kN/m3，內摩擦角φ=18°。根據規范GB 50287—99《水利水電工程地質勘察規范》中附錄M，對堤基進行滲透變形判別，即

(1)

式中，Pc—土的細粒顆粒含量，以質量百分率計，%；n—土的孔隙率，%。

3.3 堤壩穩定性分析

采用SLOPE/W邊坡穩定性分析軟件，分別在設計洪水位有水工況和枯水位無水工況條件下，對生態堤的結構穩定性進行分析，計算成果見表2。

表2 生態防洪堤穩定性分析成果

由表2可知，在無水工況下，防洪堤最小安全系數為1.375；在有水工況下，防洪堤最小安全系數為1.269，均滿足規范要求。基底最大應力為83.2kPa，小于地基允許承載力450kPa，防洪堤堤型結構的安全穩定性好。

4 結論

(1)治理河段總長2.20km，按20年一遇洪水標準設計，堤線按原河道走向布置，治理后既要提高河段防洪能力以確保安全行洪，又要美化城鎮生態環境。

(2)六角空心預制塊生態堤相比衡重式重力堤和雷諾護墊生態堤，在地形地質適應性、施工條件、生態環保、工程造價等方面均較優，具有較高技術可行性和經濟優越性。

(3)堤壩滲透變形和穩定性分析成果表明，六角空心預制塊生態堤不會發生滲透變形破壞，結構應力及穩定安全系數均在規范允許限值指標，整體安全可靠。