王河堤防工程設計方案比選及硬性防護布置探析

2021-06-01 09:39:12胡強光

水利技術監督 2021年5期

胡強光

(遼寧江河水利水電工程建設監理有限公司，遼寧沈陽 110003)

1 概述

王河是遼河干流水系的河流，位于遼寧省，河流總長50.8km，河道平均比降為0.73‰，平均主槽寬度為20m左右。王河發源于遼寧省沈陽市法庫縣慈恩寺白石砬子山區，流經法庫、鐵嶺的調兵山市和鐵嶺縣，在鐵嶺縣鎮西堡鄉大臺山下匯入遼河，屬遼河一級支流。王河流域總面積為482km2，其中山區面積278km2，平原面積204km2，在鐵嶺境內長22km。王河沿岸為鐵嶺西部山區沖洪積形成的山前平原，地形開闊平坦，地勢較低，地下水位高。

2 治理工程范圍

王河流域綜合治理工程共治理河長11460m，其中王河干流治理6950m，柏家溝支流治理河段長4510m。

王河干流治理主要包括兩岸堤防7475m，其中左岸625m(左岸分上、下游兩段，上游100m，下游525m)，右岸6850m。干流治理范圍：右岸下游從萬家房排水站至上游曉大線公路橋，長6850m；左岸第一段下游從鐵嶺縣與調兵山市界至上游曉大線公路橋，長525m，第二段上游從S505公路橋至法庫縣與調兵山市界，長100m，左岸治理段總長625m。柏家溝支流治理范圍為匯合口處至上游鎮柏線公路，長4510m。

3 堤防硬性防護工程布置

3.1 王河干流

王河兩岸堤防迎水側采用綠濱墊護坡，考慮到生態網箱規格較為固定，在滿足防護標準的前提下，盡量將網箱規格設計成整數尺寸，王河干流兩岸共布置綠濱墊護坡3880m，其中右岸3235m，左岸625m。詳見表1。

表1 王河干流堤防硬性防護工程統計表

3.2 柏家溝支流

柏家溝堤防迎水側以防護堤腳為主，對左岸堤防沒有工程措施段堤防進行全線防護。堤腳采用固濱籠防護，柏家溝支流固濱籠護岸長5002m，其中左岸3650m，右岸1352m。詳見表2。

表2 柏家溝支流堤防硬性防護工程統計表

4 方案比選

對王河流域曉大公路橋以上堤防迎水側采取綠濱墊護坡，綠濱墊厚0.3m，基礎護腳1m×1m。王河干流兩岸堤防迎水側護坡采用的結構與之一致，本次防護方案比選只對支流堤防防護形式進行比較。

柏家溝左岸堤防堤腳及部分河道主槽沖刷嚴重，普遍形成陡峭岸坎，加之河道自身行洪斷面過小，如采用綠濱墊護坡形式，放坡后將侵占大部分主槽過流斷面，故本次柏家溝河支流防護以直立式護岸為主。

本階段擬定3種防護型式進行初選，分別為固濱籠疊籠型式、漿砌石重力式擋土墻型式、鋼筋混凝土懸臂式擋土墻型式。分別從抗沖性能、生態效果、施工難易程度、工程投資、后期養護維修及其他性能等多方面進行比較。

4.1 固濱籠疊籠擋墻(方案一)

抗沖性較好，可抵抗5～6m流速沖刷；兼有少量生態效果，擋墻落淤后可自然生長親水植物；投資造價較高，每延長米投資約800元；施工簡單、速度快；基本不需維護；柔性防護，可適應沉降變形。

4.2 漿砌石重力式擋土墻(方案二)

抗沖性能好，可抵抗6m以下流速沖刷；無生態效果；投資造價較高，每延長米投資約600元；施工較為復雜、速度較慢；一旦局部損壞將威脅整體安全，維修養護較為困難；剛性防護。由于基礎應力較大，故適應于基礎承載力較好的地質區域，砂漿充實度不易控制，施工質量難以保證。水流沖刷區易發生砂漿剝蝕松化，造成局部破壞，北方河道由于冰推及凍脹影響，表層塊石易脫落。

4.3 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻(方案三)

抗沖性能好，可抵抗8m以下流速沖刷；無生態效果；投資造價高，每延長米投資約2300元；施工煩瑣、速度慢；一旦局部損壞將整體傾斜，維修困難，維修費用高；剛性防護。基礎盈利較重力式擋墻小，故適用于基礎承載力一般的地質區域，通常布置于具有穩定景觀水面的城市河道。

4.4 方案比選

方案一與其他方案相比，投資相對經濟合理，而且施工簡單，容易控制施工質量。而且方案一為柔性防護，一旦局部被沖刷，固濱籠將隨之沉降，不會出現河道險工情況。現階段石籠防護在省內各地應用較為廣泛，投資相對合理，經過長期工程運行后效果良好，管理單位及施工企業技術成熟。綜上所述，本次柏家溝支流直立式護岸選用固濱籠疊籠型式。

5 干流堤防綠濱墊護坡結構設計

綠濱墊護坡頂高程為10年一遇洪水位，在滿足防護標準的前提下，盡量將網箱規格設計成整數尺寸。綠濱墊下層鋪設15kN/m土工布(延伸至護腳底部)，護腳采用固濱籠結構，網箱規格為4m×2m×0.3m，單個網箱每米設單層隔片，100m3塊石消耗生態網面積900.6m2(擴大系數為1.01)。

5.1 綠濱墊厚度計算

采用典型斷面進行綠濱墊相關計算，綠濱墊護坡厚度計算按照CECS353：2013《生態格網結構技術規程》中的公式計算，計算結果見表3。

表3 王河干流綠濱護坡厚度計算成果表單位：m

根據計算結果可知，兩種情況下綠濱墊護坡厚度較大值均大于0.01m，結合填充塊石粒徑及施工要求，選取綠濱墊厚度為0.3m較合理。根據規定塊石粒徑填料的中值粒徑宜為1.5～2.0D，計算得出石籠網網孔尺寸應控制在10cm以下，考慮工程實際經驗，綠濱墊生態格網采用的網孔規格為80mm×100mm。

5.2 綠濱墊穩定計算

綠濱墊護坡穩定計算按照CECS353：2013中的公式計算，結果見表4。

表4 王河干流綠濱護坡穩定計算表

根據計算結果可知，綠濱護坡滿足抗沖刷穩定要求。

5.3 柏家溝支流固濱籠擋墻結構設計

固濱籠擋墻采用疊籠型式，共有三層，頂層規格為4m×1m×1m，中間層規格為4m×1.5m×1m，基礎層規格為4m×2m×1m，生態網箱中間設單層隔片，背水側鋪15kN/m土工布，延伸至護腳底部，見表5。

表5 柏家溝支流固濱籠尺寸一覽表

5.3.1固濱籠穩定、基地壓力計算

選取支流不利典型斷面固濱籠進行穩定計算，地基土為砂土。固濱籠穩定根據CECS353：2013中的公式進行計算，作用在擋墻上的荷載可分為基本荷載和特殊荷載兩類。基本荷載包括自重、土壓力、兩側水壓力等有效荷載；地震荷載及其他出現機會較少的荷載本次計算不予考慮，特殊荷載只考慮施工期情況。固濱籠穩計算參數表和成果見表6和表7。