白水河水利工程河道生態(tài)護坡施工設(shè)計研究

宋召賓

（興義市水務(wù)局七舍片區(qū)水務(wù)站，貴州 興義 562400）

一直以來，每遇暴雨或山洪暴發(fā)，洪水會將泥沙帶入白水河流域河床，使河床逐年抬高，導(dǎo)致河道過水?dāng)嗝嬷鹉曜冃。判购樗芰χ鹉晗陆担斐杉Z食減產(chǎn)，群眾受災(zāi)，給當(dāng)?shù)卦斐奢^大損失。近年來，義龍新區(qū)嚴格落實“河長制”，把河道治理作為鄉(xiāng)村振興的一項重要任務(wù)，以實現(xiàn)“河暢、水清、岸綠”為目標，組織開展綜合治理工作，改善該河段的局部垮塌、邊坡不穩(wěn)等問題，有效保護了沿岸生態(tài)環(huán)境，防止了水土流失。本次河道治理長度約11.12 km（含支流0.73 km），擬通過生態(tài)修復(fù)的方式開展河道護坡治理，實現(xiàn)疏通河道，修復(fù)河岸以及美化河堤的目的。

1 工程概況

工程位于貴州西南部，處于南盤江與北盤江分水嶺南側(cè)，所在河段為白水河（又名淌淌河），屬珠江流域，是南盤江的一級支流，發(fā)源于安龍縣北部海子鄉(xiāng)的廟灣村，東經(jīng)105°12′，北緯25°15′，高程為1 498 m。其主河長53.10 km，落差968 m，全流域面積為378 km2。治理河段起點位于柘侖水庫下游約200 m 處，終點位于白水河科汪段，治理河段區(qū)間集雨面積為89.10 km2，治理河段長10.39 km。

2 工程任務(wù)及規(guī)模

白水河水利工程治理河段主要任務(wù)是保護白水河（柘侖水庫至科汪段）及一級支流長河兩岸群眾和農(nóng)田免受10 年一遇的洪水侵襲，同時把河道治理作為鄉(xiāng)村振興的一項重要任務(wù)，以實現(xiàn)“河暢、水清、岸綠”為目標。治理河段河道加權(quán)平均比降為22.8‰，各控制斷面的平均底坡相差不大，根據(jù)現(xiàn)有沿河建筑物布置情況，因地制宜地對各河段采取相應(yīng)工程措施進行治理。其河道現(xiàn)狀如圖1 所示。

圖1 白水河流域治理范圍示意圖

白水河流域河道治理工程的主要內(nèi)容為：綜合治理河道11 124 m，新建左、右岸堤防7 210 m（其中白水河段5 910 m，長河支流段1 300 m），河道清淤7 164 m。按照國家《防洪標準》（GB 50201—2014）的規(guī)定并結(jié)合《中小河流治理管理辦法》的規(guī)定，根據(jù)白水河流域?qū)嶋H情況，以“規(guī)劃一張圖，建設(shè)一盤棋”的思路，防洪標準采用10 年一遇洪水設(shè)計，工程等級為Ⅴ等，主要建筑物級別為5 級，次要及臨時建筑物級別為5 級。白水河治理流域特征參數(shù)見表1。

表1 白水河治理流域特征參數(shù)表

3 設(shè)計洪水

治理河段設(shè)計洪水由兩部分組成：柘侖水庫下泄洪水與治理河段區(qū)間洪水，由于樁號3+400 處有一較大支流匯入，因此治理河段設(shè)計洪水分兩段計算。區(qū)間設(shè)計洪水采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》與其修訂本的計算方法，根據(jù)確定的暴雨參數(shù)H24h＝110 mm，Cv＝0.45，Cs/Cv＝3.5；H1h＝47 mm，Cv＝0.4，Cs/Cv＝3.5，以及流域參數(shù)來進行設(shè)計洪水計算[1]。25 km2≤F≤300 km2，θ＜30，采用計算公式為：Qp=0.357Y10.922·f0.36·J0.24·F0.716·（CKpH24）1.23。

式中 Qp——設(shè)計洪峰流量（m3/s）；

Y1——匯流系數(shù)，0.335 m；

F——流域面積（km2）；

f——流域形狀系數(shù)，f=F/L21；

J——主河道比降；

C——洪峰徑流系數(shù)；

Kp——設(shè)計頻率為p 的頻率曲線模比系數(shù)；

SP——設(shè)計最大1 h 點雨量。

根據(jù)以上方法，計算出柘侖水庫至治理河段起點區(qū)間河段各頻率設(shè)計洪水，設(shè)計洪水過程線采用《貴州省暴雨洪水計算實用手冊》中概化過程線[2]，成果見表2。

表2 治理河段設(shè)計洪水成果（Qp） m3/s

4 堤型設(shè)計

河堤布置沿原河道布置，在滿足河道轉(zhuǎn)彎半徑的情況下進行局部調(diào)整，以符合行洪能力為準，河堤采用生態(tài)式河堤治理，生態(tài)式河堤下部采用尺寸1 m×1 m×2 m的石籠格賓擋墻，上部采用尺寸1 m×1 m×1 m 的石籠按照1∶0.5 的坡比碼放形成護坡，護坡外側(cè)設(shè)置3 m 寬人行步道，人行步道兩側(cè)設(shè)置2 m 寬綠化帶，護腳內(nèi)側(cè)邊緣起坡，順原地面線削坡護砌，地形較低處采用土夾石碾壓回填[3]。迎水面坡比為1∶1.5，迎水面常年水位以上為雷諾護墊護坡，堤頂采用寬0.4 m 的M7.5 漿砌石壓頂，其斷面簡圖如圖2 所示。

圖2 河堤設(shè)計斷面圖

按照因地制宜、就地取材、經(jīng)濟實用、便于施工和滿足防汛管理的要求，結(jié)合地形地貌擬修筑的形式有：①全斷面襯砌治理；②修筑重力式河堤進行治理；③貼坡式堤岸進行治理；④生態(tài)式堤岸進行治理。對4 種堤型進行比較如表3 所示。

表3 河道治理堤型比較表

根據(jù)本河道的實際情況及防洪任務(wù)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)及地形條件及對防洪堤的穩(wěn)定要求，堤型選擇主要有剛性和柔性兩種。剛性堤型主要材料采用傳統(tǒng)的漿砌石和混凝土等，從現(xiàn)代河道治理的理念（親水性生物保護多樣性）等方面考慮[4]，一般不宜選擇剛性材料；柔性材料主要采用格賓籠、雷諾護墊及網(wǎng)格草皮護坡等，堤防形式一般有斜坡式、直立式等。根據(jù)白水河流域治理河段主要為產(chǎn)糧區(qū)且為基本農(nóng)田保護區(qū)，土地資源珍貴，不宜選擇斜坡式，應(yīng)選擇重力式復(fù)式生態(tài)堤型和重力式堤型進行比較，通過比較主要采取生態(tài)式河堤進行治理。

4.1 堤頂高程計算

工程防洪堤為5 級建筑物，根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286—2013）中規(guī)定，堤防頂部高程按設(shè)計洪水位加堤頂超高確定[5]，堤頂超高按下式計算確定：

式中 Y——堤頂超高（m）；

R——設(shè)計波浪爬高（m）；

e——設(shè)計風(fēng)壅水面高（m）；

A——安全加高（m），5 級建筑物，允許越浪時取0.3 m。

土堤整治后穩(wěn)定計算成果如表4 所示。通過計算結(jié)果表明，正常運用條件下穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.15，非正常運用條件下穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.05，滿足規(guī)范要求。

表4 土堤整治后穩(wěn)定計算成果表

4.2 護腳穩(wěn)定計算

計算工況分為兩種。一是基本荷載組合（工況一）：墻前水深（0 m）+墻后水深（0 m）+墻背填土壓力+揚壓力+自重；二是特殊荷載組合（工況二）：墻前水深（0 m）+墻后水深（3 m）+墻背填土壓力+揚壓力+自重[6]。計算公式為：

抗滑安全系數(shù)：Kh=f∑G/∑P（砂f=0.35，基巖f=0.45，土f=0.18）

抗傾安全系數(shù)：Kq=∑MV/∑MH

基底應(yīng)力：δ=∑G/A±∑M/∑W

計算成果見表5。

表5 巖基基礎(chǔ)穩(wěn)定及應(yīng)力計算成果表

由表5 可知，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于1.15，抗傾安全系數(shù)均大于1.45，最大基底壓應(yīng)力遠大于基巖承載力且基底未出現(xiàn)拉應(yīng)力，設(shè)計成果滿足規(guī)范要求。

4.3 堤防沖刷計算

水流平行于岸坡時產(chǎn)生的沖刷計算公式：

式中 hB——局部沖刷深度（從水面算起）（m）；

hp——沖刷處深度（以近似設(shè)計水位最大深度代替）（m）；

vcp——平均流速（m/s）；

v允——河床面上允許不沖流速（m/s）；

n——系數(shù)，與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=0.25。

堤防沖刷計算成果見表6。

表6 堤防沖刷計算成果表

從表6 得知，河道砂卵石層河床岸坡產(chǎn)生的最大沖刷深度為0.74 m，根據(jù)計算成果及地質(zhì)情況分析，工程基礎(chǔ)埋深大于或等于0.80 m，堤軸線沿線表層主要為松散砂卵石層，由于顆粒級配差且透水性較強，細小顆粒易被帶走，影響堤基穩(wěn)定性，不宜作為防洪堤持力層[7]。因河流堆積岸沖洪積層廣布，表層較為松散，河水沖刷較強烈，擬建河堤為生態(tài)式河堤，擬選擇稍密狀砂卵石層作堤基持力層，格賓石籠護腳、預(yù)制混凝土塊砌體基礎(chǔ)埋深不宜小于1 m，板樁護腳基礎(chǔ)埋深不宜小于1.50 m，河床部分應(yīng)深入深泓線0.50 m 以下。針對基巖埋深較淺的局部地段，選擇強風(fēng)化基巖作基礎(chǔ)持力層。

4.4 防洪堤細部結(jié)構(gòu)設(shè)計

防洪堤基礎(chǔ)開挖深度取決于基礎(chǔ)性質(zhì)，如果開挖基礎(chǔ)為黏土，則基礎(chǔ)埋置深度≥1 000 mm；如果開挖基礎(chǔ)為砂卵石，基礎(chǔ)埋置深度≥800 mm；如果開挖基礎(chǔ)為巖石，基礎(chǔ)埋置深度≥500 mm。河堤采用生態(tài)式河堤治理，生態(tài)式河堤下部采用尺寸1 m×1 m×2 m 的石籠格賓擋墻。

5 堤基及開挖邊坡穩(wěn)定性分析

5.1 堤岸穩(wěn)定問題

治理河段河谷寬緩，沿岸堆積岸階地發(fā)育，堤岸低矮不存在高邊坡，邊坡地形坡度一般為5°～10°，且陡峻處均有基巖出露，調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)有邊坡開裂、滑塌等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，堤岸邊坡整體穩(wěn)定性好。

5.2 堤背穩(wěn)定問題

工程大部分地段為河流階地，地形平緩且堤后地形低矮，堤防修建后，堤頂將高于堤后地面，要做好回填處理，回填料宜選擇透水性好的碎石或砂卵（礫）石，還要及時做好堤后生態(tài)保護措施。

5.3 基坑開挖邊坡穩(wěn)定問題

防洪堤沿線分布地基巖土主要為沖洪積的砂卵石層，其表層結(jié)構(gòu)松散，施工開挖基坑邊坡自穩(wěn)能力差，施工中易產(chǎn)生滑塌現(xiàn)象，必要時應(yīng)做好臨時支護處理。基坑開挖臨時坡比為：覆蓋層1∶1.00～1∶1.25，強風(fēng)化基巖1∶0.50～1∶0.75。

5.4 堤基沖刷淘蝕問題

白水河屬于山區(qū)河流，具有暴漲暴落的特點，洪水期水量大，防洪堤的修建增加了河道的過流能力，但對加劇了洪水對堤腳的沖淘作用。由于堆積岸河水的流速較小，所堆積的砂卵石層對堤防具有一定的保護作用，但其透水性也強，表層松散且抗沖刷能力差，很容易引發(fā)堤基滲透或破壞，因此擬建為生態(tài)式河堤。

5.5 基坑涌水問題

由于砂卵石層透水性強，當(dāng)河水位高于基坑底部時，基坑會存在涌水問題；治理河段基坑時由于有河灣地塊阻礙，河水流量較大，尤其是汛期，河水位上升將大幅增加基坑涌水量，基坑抽排水具有一定困難，不利于工程施工。基礎(chǔ)施工過程中，應(yīng)做好圍堰并準備抽排設(shè)備，圍堰體施工應(yīng)采用透水性差的黏土或黏土夾少量碎石。

6 結(jié) 論

白水河河道生態(tài)護坡工程的建設(shè)，既可避免洪水災(zāi)害造成的損失，也可以改善水環(huán)境、防洪區(qū)土壤質(zhì)量，豐富自然景觀，還能為當(dāng)?shù)匦纬伞疤焖{、地綠、水清、人和”的生態(tài)文明區(qū)，具有重要意義。通過項目工程的實施，形成封閉的防洪體系，將推動當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展。河道治理后，河道的防洪能力將達到10 年一遇，防御洪水的能力將大大提高，有利于保護沿岸人民群眾生命財產(chǎn)安全，也為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供了有利條件。