烏拉斯特河流域防洪護岸結構形式比選

侯進平

（新疆維吾爾自治區(qū)水利廳水土保持處，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆吉木乃縣烏拉斯特河流域位于吉木乃縣城南部，距離吉木乃縣城11 km，烏拉斯特河流域位于吉木乃縣境內。河流發(fā)源于薩吾爾山脈的木斯島冰峰，全流域面積為837.5 km2，河長79.70 km。干流科克克也木也爾控制斷面集水面積272 km2，干流河長26 km，重要支流有二支，一支為科克薩依，控制斷面塔勒薩勒干以上集水面積44.4 km2，河長13.0 km，另一支為薩克薩依，控制斷面鐵克闊臘集水面積29 km2，河長19.1 km。烏拉斯特河水流經(jīng)吉木乃縣城，穿過阿克塔木流入北沙窩的科克舍木后，在戈壁沙漠中消失。

烏拉斯特河溝道屬季節(jié)性山洪溝，溝內植被較差，平時無水流，遇春季融雪匯流及夏季暴雨時形成突發(fā)性洪水，挾帶大量泥沙宣泄而下。導致溝道縱坡較大，工程區(qū)水力下切侵蝕比較嚴重，水土流失嚴重。項目區(qū)水土流失非常嚴重，急需對項目區(qū)進行水土流失治理，因此，在項目區(qū)溝道內修建護岸、攔砂壩，栽植水土保持林，防止洪水危害，防治水土流失刻不容緩。項目區(qū)總面積為51.50 km2，水土流失面積為38.20 km2，《新疆維吾爾自治區(qū)關于做好2017 年水土保持工程建設項目前期工作的通知》（新水水保[2016]194 號）的規(guī)定，確定本次小流域綜合治理工程治理面積為36 km2。治理措施主要包括：在河溝內沿溝道修建護岸工程8.48 km，左岸長4.24 km，右岸長4.24 km。護岸型式均為格賓石籠護坡。攔砂壩3 座，結構型式為格賓石籠重力式結構，綜合綠化面積共517.56 hm2。

2 護岸工程地質條件

樁號0+000～0+290：沿線布置在拉斯特河谷內，河谷內砂卵礫石裸露，厚度6 m 左右，卵礫磨圓度較好，多為次圓狀，卵石約占20%左右，礫石約占60%，不同粒徑砂含量占20%左右，細粒土含量微少。級配不好，強透水，砂卵礫石滲透系數(shù)K=30 m/d，GS=2.68，ρd=2.03 g/cm3，fk＝300 kPa。建筑物深度1.5 m 左右，建筑物基礎布置在砂卵礫石上，施工期地下水埋深0.5 m 左右，存在水下施工。地下水水質較好，SO42-離子含量55.9 mg/L，Cl-離子含量18.5 mg/L。對混凝土及混凝土中的鋼筋均無腐蝕。基坑臨時開挖邊坡水上1∶0.75，水下1∶2.0。建議永久穩(wěn)定邊坡1∶1.0～2.0。

樁號0+290～1+100：布置在第四系洪積平原上，洪積平原南高北低，地形坡度3%～5%，總體看平緩開闊，地形起伏不大。溝內沖蝕嚴重，兩岸呈陡坎狀，高度20 m 左右。沿線表層為洪積的細粒土質砂，厚度1.0 m 左右，稍密沉積，ρd=1.60 g/cm3，下部為洪積砂礫石，厚度大于2 m～6 m，磨圓度較好，砂礫石沉積不均勻，粒徑大小不均勻，巨粒約占10%，最大粒徑可達200 mm；5 mm～60 mm 的礫石約占60%，為碎石土的主要組成，砂約占30%左右，細粒土含量少。ρd=1.97 g/cm3～2.03 g/cm3，建議砂卵礫石fk＝300 kPa，變形模量35 MPa。下部為第三系砂泥巖互層沉積，主要以土黃色砂巖、砂質泥巖等，強風化厚度4 m左右，弱成巖，土樣干燥～微濕，較難挖掘。ρd=1.77 g/cm3～1.80 g/cm3，建議強風化巖體fk＝200 kPa。建筑物開挖深度1.0 m 左右，地下水埋深0.5 m 左右，建筑物基礎布置在第三系砂泥巖上，施工存在地下水施工。第三系砂泥巖中SO42-離子含量1106.6 mg/L，Cl-離子含量236 mg/L，對混凝土為弱腐蝕。基坑臨時開挖邊坡水上1∶0.75，水下1∶2.0。建議高邊坡設置馬道，永久穩(wěn)定邊坡1∶1.5～2.0。

樁號1+100～4+271：沿線布置在第三系剝蝕臺地，地形平緩開闊，南高北低。溝內沖蝕嚴重，兩岸呈陡坎狀，高度10 m～15 m。沿線表層為洪積的細粒土質砂，厚度1.0 m～1.5 m，稍密沉積，ρd=1.61 g/cm3，下部為第三系砂泥巖互層沉積，主要以土黃色色砂巖、砂質泥巖等，強風化厚度4 m 左右，弱成巖，土樣干燥—微濕，較難挖掘。ρd=1.76 g/cm3～1.82 g/cm3，建議強風化巖體fk＝200 kPa。溝底零散沉積著少量礫石和淤積泥沙，厚度30cm～50cm。建筑物開挖深度1.0 m 左右，地下水埋深0.5 m 左右，建筑物基礎布置在第三系砂泥巖上，施工期有地下水。第三系泥巖中SO42-離子含量1358 mg/L，Cl-離子含量97.5 mg/L，對混凝土為弱腐蝕。基坑臨時開挖邊坡水上1∶0.75，水下1∶2.0。建議高邊坡設置馬道，永久穩(wěn)定邊坡1∶1.5～2.0。

3 防洪護岸結構形式

結合護岸工程地質條件，根據(jù)傳統(tǒng)的防洪護坡形式，以及近幾年內的防洪經(jīng)驗總結，提出格賓網(wǎng)箱護坡、散拋石護坡、砼板護坡、漿砌石護坡及砼和漿砌石綜合等護坡形式。

本工程根據(jù)烏拉斯特河流域特性及附近料場情況，溝道及兩岸無卵石及砼所用粗細骨料，所需材料均為外用，所以護坡形式的比選主要以經(jīng)濟和施工難易程度來比較。同時結合阿勒泰地區(qū)多年城市防洪修筑護岸經(jīng)驗，現(xiàn)采用如下兩種型式進行比較。

3.1 格賓石籠護岸

根據(jù)防護對象的要求，本工程建設地點在烏拉斯特河至紅旗水庫樁號0+031～4+271 段，本次設計主要考慮到由烏拉斯特流域受到洪水沖刷造成溝岸坍塌，坍塌物受洪水沖刷泥沙全部沖入紅旗水庫，造成紅旗水庫庫容不斷縮小。為了使設計洪水順利通過溝道，本次設計工程布置主要沿溝道的左右兩岸布置格賓石籠護岸。防止河水淘刷岸邊，并對溝道兩岸容易坍塌的土坎進行削坡，將岸坡削至1∶1.75，然后考慮在岸坡上實施植物措施種草，來加固岸坡，達到岸坡長期穩(wěn)固的目的。

本工程護岸工程總長8.48 km，左岸長4.24 km，右岸長4.24 km。護岸型式均為格賓石籠護坡。岸頂高程與現(xiàn)狀河堤基本齊平，格賓石籠護坡斷面采用厚度0.4 m，內邊坡為1∶1.75。為了防止河水淘刷護根部，在岸邊原河床底部做單層合金石籠護根，高度為0.50 m，護根長度為2.0 m 格賓網(wǎng)箱規(guī)格采用長（2 m）×寬（2 m）×厚（0.4 m）和長（2 m）×寬（2 m）×厚（0.5 m）。籠體采用的鋼絲為鋅+鋁包PVC 低碳鋼絲，網(wǎng)孔為80 mm×100 mm，絲徑為2.7 mm，邊絲為3.4 mm，扎絲為2.2 mm。填充石料的粒徑范圍為200 mm～300 mm。格賓石籠護坡見圖1。

圖1 格賓石籠護岸

3.2 漿砌石護岸

本方案采用的護坡方案，迎水面設計邊坡為1∶1.75，采用細粒砼砌石護坡，護坡厚度為30 cm，護坡深度至基礎埋置深度。通過河床沖刷深度計算，基礎埋置深度均為2.0 m。并在護坡底部做寬1 m，厚度0.5 m 的平臺。見圖2。

圖2 漿砌石護岸方案

3.3 護岸形式的比較

從施工難易程度、運行管理、運行效果、施工材料獲取、抗沖性能、投資額度等方面進行烏拉斯特河流域防洪護岸結構方案的比較，具體見表1。

表1 烏拉斯特河流域防洪護岸結構方案比選表

格賓石籠方案抗沖刷能力強，施工方便工期短，容易維修，且格賓網(wǎng)箱在基礎受到?jīng)_刷的情況下適應變形的能力較強，比較適合流速較大的山區(qū)河流。漿砌石方案，適用于河床卵石或漂石較多的河段或就近石料豐富地區(qū)。該方案抗沖和耐久性等性能較好，但是該方案容易造成河道白化污染，不利于生態(tài)發(fā)展。

通過對上述兩個方案比較，結合工程實際考慮生態(tài)保護要求，施工維修方便等因素，最終推薦格賓網(wǎng)箱方案為本設計推薦方案。

4 護岸沖刷深度的確定

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013）沖刷深度計算采用下述公式計算：

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深，m；UCP為近岸垂線平均流速，m/s；n 為與防護岸坡在平面上的形狀有關，取n=1/4～1/6；η 為水流流速不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角，查《堤防工程設計規(guī)范》（GB 50286-2013）[1]取η=1.00；U 為行近流速，m/s；UC為泥沙啟動流速，m/s。

卵石的啟動流速UC采用長江科學院的起動公式[2]計算：

式中：g 為重力加速度，m/s2，取g=9.80 m/s2；d50為床沙的中值粒徑，m；γs、γ 為泥沙、水的容重，kN/m3。

表2 沖刷深度計算

由表2 可知，最大沖刷深度為0.779 m（從河底算起），由于河床料抗沖刷能力不足，參照本地區(qū)已建工程經(jīng)驗，通過綜合考慮選擇基礎埋置深度為0.8 m。本次設計護根采用平鋪設計，平鋪長度取1～2.5 倍的沖刷深度，本設計護根長度取2.0 m。

5 結論

烏拉斯特河流域防洪護岸工程的實施充分利用現(xiàn)有岸坡和有利地形，修筑在土質較好，比較穩(wěn)定的灘岸上，留有適當寬度的灘地，盡最大可能避開了軟弱地基、深水地帶、古河道、強透水地基。護岸格賓石籠加固處理后，達到岸坡長期穩(wěn)固的目的，并在溝道內布設三道攔砂壩，攔截河道泥沙入庫。