白河縣白石河宋家鎮段防洪工程堤防型式選擇

李 歧

（西安景天水利水電勘測設計咨詢有限公司,陜西 西安 710014）

堤防工程設計中堤防型式應按照因地制宜、就地取材的原則,根據堤段所在的地理位置、重要程度、堤基地質、筑堤材料、水流及風浪特性、施工條件、運用和管理要求、工程造價等因素綜合確定。宜與自然和諧,除必須采用硬護坡的河段外,可采用柔性護坡型式。對崩岸、塌岸、迎流頂沖、淘刷嚴重河段,應采取必要的護岸措施。堤防工程的結構、材料應堅固耐久、抗沖刷性能強；適應河床變形；應便于施工、修復、加固；應就地取材,并應經濟合理。

1 坡式堤防比較

按照筑堤材料、水流及風浪特性、施工條件、運用和管理要求、環境景觀、工程造價等等要求,對不同的坡式堤防進行比較,選取技術可行、經濟合理的護坡型式。

（1）植草固土護坡

植草固土護坡是比較傳統且最為常見的生態護坡型式。植草固土護坡既滿足河道護坡功能,又有利于恢復河道護坡系統生態平衡的系統工程。植草固土護坡主要通過植被根系的力學效應（深根錨固和淺根加筋）和水文效應（降低孔壓、消弱濺蝕和控制徑流）來固土、防止水土流失,在滿足生態環境需要的同時,還可以進行景觀造景。

（2）植被型生態混凝土護坡

生態混凝土為多孔混凝土,由粗骨料、水泥、適量的摻合料組合而成,孔隙率一般＞40%,表面孔徑為3 cm,孔隙自構件頂表面通至底面。孔隙內填充適于植物生長所需的材料,混凝土表面建植被時,根系沿著填充物孔隙穿透混凝土。在護岸護坡工程中,受水位驟降的影響較小；在季節性寒冷地區,有利于排出和降低被保護土內含水量,減少凍害破壞。

（3）連鎖式生態磚護坡

連鎖式生態磚護坡是專門為受低中型波浪作用的變坡提供有效、耐久的防止沖刷、護坡的作用。獨特的鎖型設計使每一個連鎖式生態護坡塊被相鄰的連鎖體鎖住,這樣保證每一塊的位置準確,避免發生側向移動。連鎖式生態磚護坡鋪面塊是一個穩定、柔性和透水性的坡面保護層。連鎖式生態護坡磚在混凝土中添加了醋酸纖維等高分子物質,使連鎖式生態護坡混凝土連鎖塊在強度不變的情況下更有利于植物的生長。連鎖式生態護坡混凝土塊的形狀與大小都適合人工鋪設,施工簡單快捷方便。連鎖式生態磚塊體與塊體中間的孔隙內可以填土植草,花草生根后提高塊體與基土之間的連接力,同時美化景觀。可通過鍍鋅鋼絞線進一步加固連接,連接更牢固,抵御洪水沖擊能力更強,不易發生局部破壞而引起坡面塌陷。

（4）生態賓格網護坡

生態賓格網采用以機編六邊形低碳鋼絲網面制成的網墊,在網墊內填充合乎一定要求的石頭共同構成的防護結構,鋼絲表面處理采用10%鋁鋅合金鋼絲鍍層或者其它合金,使用壽命可到普通結構的6.5 倍以上。生態賓格網主要用于保護水工結構、河道整治等水利工程或航道工程來抵御水利沖刷、淘刷等,既可以防止河岸遭水流、風浪侵襲面破壞,又可實現水體與坡下土體間的自然對流交換功能,達到生態平衡。坡上植綠可增添景觀、綠化效果。

生態護坡型式方案對比見表1。

表1 俄垤水庫不同方法設計洪水結果對比表

2 墻式堤防比較

墻式堤防形式主要有：仰斜式擋土墻、衡重式擋土墻、懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻等幾種形式。綜合以上比較,在確定修建擋土墻經濟合理的情況下,選擇擋土墻類型通常應考慮以下因素和基本要求：工程地質、水文條件、地形條件、環境條件、作用荷載、工程規模和工程造價以及施工條件和其他條件等。

（1）仰斜式擋土墻

仰斜式擋土墻擋土墻用墻體本身重量平衡外力以滿足穩定要求,仰斜式擋土墻由于體積和重量較大,在土地基上往往由于受地基承載力的限制,不能太高。過高的仰斜式擋土墻由于斷面大,材料耗費較多,亦不經濟,另外仰斜式擋土墻多就地取材,構造簡單,施工方便,經濟效果較好,所以本次設計斷面除白石河構扒鎮移民小區段堤防外其余形式均選取仰斜式漿砌石擋土墻。

（2）衡重式擋土墻

衡重式擋土墻由上墻、衡重臺與下墻三部分組成。其穩定主要靠墻身自重和衡重臺上填土重來滿足。其衡重臺下部為仰斜式,可以減少部分土壓力。其優點是可利用衡重平臺迫使墻身整體重心后移,使基底應力趨于平衡,這樣可適當提高擋土高度。但衡重式擋墻的構造形式又限制了擋墻基底寬度不可能做得很大,衡重式擋墻一般應用于高度在8 m～10 m的擋墻斷面。

（3）懸臂鋼筋砼擋土墻（L型擋土墻）

此種擋土墻屬于輕型鋼筋混凝土結構,其穩定性主要依靠底板以上填土重及底板的寬度來調整,對于較高擋土墻,采用此種形式,由于土壓力全部依靠懸臂結構阻擋,為了滿足擋土墻的整體穩定、堤基應力及底部結構要求,往往致使懸臂墻底部厚度很大,底板很寬,且配筋率一般較大,由于尺寸及施工條件的要求,施工時造成挖、填方量很大,而且施工要求高,造價相對較高。墻體均為立模現澆,施工不易。所以,懸臂式擋土墻對于本工程不適用。

（4）扶臂式鋼筋砼擋土墻

此種擋墻也屬于輕型鋼筋砼結構,是在懸臂鋼筋砼擋墻基礎上為了減少底板內力而增加扶壁結構,從而減少底板設計尺寸,其穩定性還是主要依靠底板以上填土及底板的寬度來保證。對于高擋土墻,為了滿足擋土墻的整體穩定及底部結構要求,施工時挖、填方量大,夯實難度高,造價相對較高。墻體均為立模現澆,施工不易。因此,扶臂式擋土墻對于本工程不適用。

3 方案選取

由于白河縣白石河宋家鎮段防洪工程涉及段落多,且各段現狀情況差異較大,故本次方案比選根據施工區現狀情況分段選取。

（1）紅石河中廠鎮柴家院上段、下段、裴家廠段堤防工程方案選取

由于紅石河中廠鎮三段位于紅石河主河槽上,兩岸建筑物分布較少,能滿足坡式堤防布設要求。考慮到河道屬于山區河流,河水流速較大,對岸坎沖刷力度大。故本次分別選取連鎖式生態磚護坡,仰斜式擋土墻兩種形式在相同設計水位以及相同行洪斷面的前提條件下進行比選。方案比選見表2。

表2 柴家院上、下段、裴家廠段堤防工程方案比選表

根據表1中,坡式堤防的造價比墻式堤防的造價更為經濟,每米堤防造價坡式較墻式少約2000元。但考慮到陜南山區土地稀缺、寸土寸金,坡式堤防占地面積較大,每米堤防坡式較墻式多占地5 m2。考慮到白河縣用地緊張,工程征地難度大等因素。結合建設方意見以及當地群眾修筑堤防習慣,最終確定堤防結構形式為墻式堤防。

綜上所述,本次紅石河柴家院上段、下段、裴家廠段堤防工程選取擋土墻堤防方案。

擋土墻方案在滿足墻身強度、整體穩定的情況下,盡量減小設計斷面。本著因地制宜的設計原則,采用漿砌石擋墻既可以就地取材,又起到疏浚河床的作用。同時紅石河屬于山區性河流,具有砂石隨洪水而下、流速大,洪水水流對河岸具有較大沖擊力。因此擋土墻方案適宜紅石河柴家院上段、下段、裴家廠段堤防工程。

由于工程區設計洪水位較高,整體采用仰斜式擋土墻亦不經濟。故本次工程采用仰斜式擋土墻堤防,堤防頂設置1 m高0.5 m寬防浪墻。擋土墻墻頂高程與設計洪水位齊平,防浪墻頂高程為設計洪水位高程加1 m安全超高。

仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋土墻頂寬0.6 m,擋土墻頂設置1 m高0.5 m寬防浪墻。擋土墻墻頂高程與設計洪水位齊平,防浪墻頂高程為設計洪水位高程加1 m安全超高。擋土墻基礎設1 m寬、1.5 m高墻趾。堤頂寬度為3.0 m,堤背回填土草皮護坡坡比為1∶2.0。

（2）白石河構扒鎮移民小區段護岸工程方案選取

白石河構扒鎮移民小區段堤防設計高度均達到9 m～11 m,考慮到工程占地的優化以及堤防的穩定安全,同時結合上游已建衡重式擋土墻工程,本次工程對構扒鎮移民小區段堤防選取衡重式漿砌石擋土墻。

衡重式M7.5 漿砌石擋土墻頂寬1 m,迎水坡坡比1∶0.1,背水坡坡比1∶0.25,衡重臺寬2 m,高度設置在基礎以上墻高1/3處。基礎采用1.7 m厚漿砌石底座,設置寬0.8 m、高1.7 m墻趾。基礎下部鋪設0.3 m厚C15 混凝土墊層。堤頂寬度為3.0 m,堤背回填土草皮護坡坡比為1∶2.0。

（3）白石河構扒鎮涼水村段、城關鎮吊橋段護岸工程方案選取

考慮到白石河構扒鎮涼水村段、城關鎮吊橋段工程區岸坎坡度較緩。但由于白石河屬于山區性河流,砂石隨洪水而下,河床上部流速小,下部流速大,洪水對河岸下部具有較大沖擊力。故本次采用漿砌石擋土墻基礎與生態護坡復式結構。

通過方案比較,連鎖式生態護坡方案不但景觀效果好,而且投資較小,故選用聯鎖式生態磚護坡方案。

構扒鎮涼水村段堤防工程采用下部仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻上部聯鎖式生態磚護坡的復式堤防。由于河道屬于陜南地區山區河道,河道流速較大,對于基礎沖刷較為劇烈。為限制河水對基礎的沖刷破壞影響,下部仰斜式擋土墻墻頂高程定于河道常水位以上1 m,經過現場調查河道常水位接近于深泓點以上2 m處。仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋土墻頂寬0.6 m,墻趾基礎寬0.6 m,高0.8 m；上部聯鎖式生態磚護坡,設計坡比1∶2.0,坡面側采用12 cm厚C20 混凝土預制鉸接式生態磚護坡,下部依次鋪設土工布以及15 cm厚粗砂墊層。護坡坡頂高程為設計洪水位加安全超高。

城關鎮安坪村吊橋段護岸工程由于右岸民居靠岸修建,在考慮到防洪保安的基礎上,同時也要滿足周邊局面休閑娛樂以及沿岸整體美觀。城關鎮安坪村吊橋段護岸工程采用下部仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻上部聯鎖式生態磚護坡的復式堤防。在保證河道行洪和基礎防沖的前提下,打造休閑的親水平臺可以更好地服務于周邊群眾。經過現場調查河道常水位接近于深泓點以上2 m處,為保證親水平臺長期高于水平面,親水平臺高程（擋土墻頂高程）確定為河道常水位以上1 m,平臺寬度為2 m（包含擋墻頂寬0.6 m）厚0.5 m,位置設置在擋土墻基礎與連鎖式生態護坡之間。仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋土墻頂寬0.6 m,墻趾基礎寬0.6 m,高0.8 m；上部聯鎖式生態磚護坡,設計坡比1∶2.5,坡面側采用12 cm厚C20 混凝土預制鉸接式生態磚護坡,下部依次鋪設土工布以及15 cm厚粗砂墊層。

（4）白石河城關鎮安坪村段、城關鎮污水處理廠段護岸工程方案選取

本次護岸采用防沖不防淹的設計方案。護岸工程在防止河道基礎沖刷加劇的前提下,防止了上部坡面滑坡、溜坡；美化了河道整體性；同時為居民提供了親水交通。

城關鎮安坪村段及污水處理廠段護岸工程根據白石河現狀情況,選取仰斜式M7.5 漿砌石擋土墻作為護岸,護岸墻頂后布設平臺已便人行通勤。護岸工程采用M7.5 漿砌石砌筑。擋墻迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,擋墻頂寬0.6 m,墻后設置1 m寬0.5 m厚平臺。基礎采用M7.5 漿砌石砌筑,基礎設0.6 m寬、0.8 m高墻趾。為防止河道基礎沖刷而造成岸坎垮塌,墻頂高程根據河道常水位以及現狀岸坎高度確定。

4 結語

白河縣白石河宋家鎮段防洪工程段落多,各段落現狀情況復雜,工程設計中充分考慮各段落特點,因地制宜的選擇堤防斷面形式。工程完工后,從近幾年汛期工程的運行效果看,使治理前經常遭受洪水威脅的河段得到了有效防護,提高保護區的防洪能力,改善了河道生態環境,確保了防洪安全。同時,也使兩岸人民群眾得到了保護,其防洪效益得到了體現。