聯鎖式護坡方案在紫陽縣任河高灘鎮防洪工程中的應用分析

馬亞峰，李 英

(陜西華海水利工程有限公司，陜西 西安 710000)

中小河流域治理歷來是水利工程中不可或缺的一部分，其中的防洪工程是流域治理的主要工程任務之一，其不僅是貫徹落實中央加大水利投資建設，改善水利薄弱環節的重要舉措，更是進一步保障居民生活和生命財產、推進城市建設及社會經濟發展的需求。防洪工程的治理措施多樣，包含各類擋墻、護坡、格構等，以陜西安康市紫陽縣任河高灘鎮防洪工程為例，對其防洪治理工程中所采用的聯鎖式護坡方案加以剖析，以期論證其在同類型工程中的特殊性和適用性。

1 流域水文氣象概況

1.1 降水量

任河為漢江右岸一級支流，發源于四川省境內大巴山南麓大燕山，工程治理段河道比降2.4‰，河谷呈U型，水面寬度30～100 m，流量大，河道比降相對平緩，山勢相對平緩，階地較發育。任河徑流主要來源于降水補給，徑流年際變化大，據高灘站實測資料統計分析，多年平均徑流量35.3億 m3(多年平均流量為112 m3/s)，實測最大年平均流量232 m3/s(1983年)，實測最小年平均流量42.4 m3/s(1999年)，最大量是最小量的5.47倍，且年內分配不均，汛期4-10月水量占全年水量85.6%，非汛期11-3月僅占14.4%，年最小流量多發生在1-2月份。

1.2 暴雨洪水特征

任河流域洪水主要由暴雨形成，暴雨出現的時間決定了洪水發生的時間，根據高灘水文站實測資料統計表明，4-10月(汛期)都有可能出現年最大洪水。其中4-5月出現年最大洪水頻次相對較少，量級稍低。6-7月隨西太平洋副熱帶高壓西伸北躍速度加快，與西北冷空氣交綏，流域會出現強度較大的降水過程，多雷陣暴雨，其基本特點是籠罩面積相對小，強度較大，持續時間較短，造成的洪水峰型比較尖瘦，陡漲陡落，歷時較短；8月受副熱帶高壓控制，出現伏旱，天氣悶熱，相對少雨；9-10月，隨著西北冷空氣加強，副熱帶高壓開始緩慢南撤東移使冷暖氣團交綏產生連陰雨過程，其間常伴有暴雨出現，其基本特點是籠罩面積大，降雨強度小，持續時間較長，造成的洪水峰型較胖，過程平緩，歷時較長，一次洪水過程歷時約5～7 d。

1.3 設計洪水

工程斷面處流域面積和高灘水文站控制面積相差小于5%，現工程斷面不同頻率設計洪水成果直接采用高灘水文站設計洪水頻率計算成果，見表1。

表1 工程斷面不同頻率設計洪水成果表 m3/s

2 防洪堤工程地質條件分析

高灘鎮段防洪堤設計下游堤線位于河床漫灘后緣，根據實際調查，當地民用建筑基礎大部分開挖深度3.0～4.0 m，上部碎塊石來源于修路人工棄渣料，厚度3.0～6.0 m。下部巖性為河床漫灘堆積的砂卵礫石，層厚大于5.0 m。局部段為基巖斜坡。該段堤基按結構分為兩類三段。

(1)地質剖面水平距離0+000～0+285.0 m、0+380.0～0+552.0 m段，設計堤線位于河床漫灘，堤基表面覆蓋人工堆積(Q4S)碎塊石土層①，碎塊石一般粒徑20～60 cm，最大200 cm，有架空現象，孔隙充填物以碎石、砂礫石和砂為主，顆粒級配不良，松散～稍密，層厚3.0～10.0 m，碎塊石土來源于修路(省310)棄渣為主。勘察期地下水埋深≥2.0 m，承載力特征值fak=150 Kpa，工程性能稍差，應清除。下部為沖洪積的砂卵礫石④層，層厚大于5.0 m，天然密度ρ=2.13 g/cm3，相對密度Dr=0.50,中密，承載力特征值fak=230 Kpa，變形模量E0=16～18 Mpa，滲透系數K=30～35 m/d，允許水力比降i=0.12～0.15，允許不沖刷流速V=1.0～1.3 m/s，摩擦系數f=0.50～0.52。水上坡角32°，水下坡角31°，抗剪斷強度指標φ=32°，C′=0 Kpa。

根據調查任河該段河道現狀，河道寬70～80 m，左岸高程335.7～339.1 m為省道S310，路面寬6.0 m，路基基礎為基巖。公路內側邊坡為基巖邊坡，自然邊坡坡角>60°，邊坡高>20 m，基本穩定，公路外側建有居民住宅，層高2～5層不等，為磚混結構。房屋基礎為半挖半填，漿砌石擋墻基礎大多置于碎塊石土層①，漿砌石擋墻基礎埋深3～4 m，底寬1～1.5 m，上部寬0.5～0.8,漿砌石擋墻高4.0～7.0 m不等，個別房屋延伸較長，延伸部分采用灌注樁，灌注樁基礎置于碎塊石土層①，挖深3.0～4.0 m向下注水泥砂漿，砌石墩上部為灌注樁。個別住戶房屋沿半挖半填部位產生裂縫，裂縫寬3 mm左右。堤線末端100 m范圍內，根據鉆孔勘察，深度在15.0 m左右為基巖。

(2)地質剖面水平距離0+285.0～0+380.0 m段，設計堤線位于基巖斜坡，基巖斜坡基本穩定，巖性為灰質板巖⑥層，地下水埋深≥1.5 m。巖體表面強風化帶厚度1.0～1.20 m。強風化巖體⑥承載力特征值fak=450 kPa，變形模量E0=1.0 GPa，抗剪斷強度指標φ=26.5°，C′=120 KPa，沖坑系數α=1.8～2.0。弱風化巖體⑥承載力特征值fak=800 kPa。

3 不同護坡設計方案的比選

經地質勘察分析，臨河側不宜進行大開挖與劇烈振搗，治理岸無地質與地形條件實施防洪墻，本次著重考慮防沖，對臨水側碎石體坡進行砌護。根據材料的不沖流速，護坡可采用C25鋼筋混凝土、漿砌石、超強連鎖式護坡等形式。各種護坡的優缺點對比見表2。因治理段碎石體松散，壓實度較差，剛性面板和現狀護坡不易連接，經比較，本次護坡型式推薦選用超強連鎖式護坡。

表2 各種護坡經濟技術對比分析表

4 聯鎖式護坡特點

4.1 坡面系統的濾水透水性

鋪面塊體有較好的透水性，滲透到濾水層內的水很快排出來，減少了面層下的凈水壓強，從而避免發生過大的浮力，以保證鋪面系統的穩定性。

4.2 抗波浪爬高能力

波浪爬高的多少跟坡度和坡面材料的粗糙程度有直接的關系。聯鎖塊體拼完后表面凹凸不平與平直的塊體相比平均能減少5%～15%的爬高值，同時形成紊流，以便降低漲水時的波速和爬高。塊體孔洞可以把漲水時的流速分散到空隙中，形成漩渦，消耗波能，降低波浪爬高；塊體孔洞內填充的級配碎石也可以有效地提高護坡的抗浪能力。

4.3 鋪面系統的穩定性

聯鎖塊體依靠自身的重量和特殊的構造幾何尺寸組成聯鎖效果以保證鋪面的穩定，同時塊體之間的摩阻力也對整個鋪面系統有一定的幫助。

5 優化方案的確定

根據以上分析，確定采用超強聯鎖式護坡，同時為加強結構的抗沖性和整體性，設置鋼筋混凝土框格進行分塊，形成既具有一定變形能力又具備一定剛度的剛柔性結構體系。具體工程措施如下：

6 結語

綜上所述，防洪工程中的護坡結構型式多樣，具體采取何種型式受水文條件、地質條件及現場工況等多種因素的制約。無論是針對設計還是施工階段，都要充分考慮現場實際，從合理性、經濟性的角度出發，確定最終的結構型式。本工程中所采用的剛柔性聯鎖式護坡，有效地適應了場地變形與沉降，又兼具一定剛度，滿足了防洪抗沖的要求；同時避免了大范圍開挖擾動地基對臨近建筑物的不利影響，規避了與當地居民的矛盾沖突，推動了工程的順利開展。對于同類型或相似工程極具指導意義和參考價值。