堤防加固在河道治理中的應用
——以《清水縣南道河清隴路大橋至南峽段綜合治理工程》為例

善小平SHAN Xiao-ping

（天水市水利水電勘測設計研究院有限公司，天水 741000）

0 引言

清水縣南道河項目段已建堤是治理南道河主要工程之一，經過多年的洪水的侵蝕、淘刷及人為活動影響，河床下切嚴重，護坡垮塌、堤身坍塌、滑脫、斷裂及基礎外露，威脅沿岸產業(yè)、居民及基礎設施安全等，故做好堤防加固工程，對推動經濟發(fā)展，產業(yè)、居民及其它設施安全，改善河道生態(tài)環(huán)境，減少水土流失有十分重要意義。

1 工程概況

南道河是牛頭河一級支流，發(fā)源于清水縣隴東鎮(zhèn)庵兒下，流經隴東鎮(zhèn)安兒村、永清鎮(zhèn)雙場、南峽、東關村，于清水縣新城區(qū)匯入牛頭河，流域面積為60.9km2，河道平均比降23.6‰，全長14.2km。南道河位于天水市清水縣祁呂弧形褶皺帶，南道河河谷呈“ U”型，兩岸發(fā)育有I、II 級階地，I級階地呈斷續(xù)狀分布，II 級階地不甚發(fā)育，谷坡表層多覆蓋有風積黃土層，局部覆蓋有坡積碎石、碎石土。按其地貌形態(tài)可分為兩個地貌單元，即黃土覆蓋的低中山梁峁溝壑區(qū)和河谷區(qū)。

項目段流域面積60.9km2，項目段比降21.18‰，20 年洪水重現期洪峰流量為159m3/s，2 年洪水重現期洪峰流量為31.6m3/s。治理段已建堤長3717m，其中左岸3322m，右岸395m，原設計防洪標準為10 年洪水重現期，堤高在4.20～5.00m，已建堤為斜坡式砂礫石梯形斷面結構，護坡材料采用干砌石，近年來，洪水頻發(fā)，河道比降大，洪水流速快，致河床下切嚴重，護坡垮塌、堤身坍塌、滑脫、斷裂及基礎外露。

2 工程治理范圍、標準及措施

治理范圍為清隴路大橋至南峽村，左岸起點清隴路大橋左岸八字墻，終點南峽大橋左岸八字墻；右岸起點南峽村附近高岸坎，終點為南峽大橋右岸八字墻；設計堤防起點、終點與已有建筑物平順銜接，接入岸坎的右岸堤首嵌入岸坎，防洪水侵入。項目段為清水縣規(guī)劃新城區(qū)，遵照《防洪標準》《堤防工程設計規(guī)范》等規(guī)范，堤防設計防護等級為城市Ⅳ等，防洪標準按20 年洪水重現期設防，堤防工程級別4 級，主要建筑物級別4 級，次要及臨時性建筑物級別5 級；工程措施主要堤防加固工程、防沖肋墻工程等。治理河長2.3km，堤防加固3717m，新建防沖肋墻4座。

3 堤防加固工程

3.1 水面線推求

項目區(qū)現有堤防經計算，由于防洪標準提高、河床下切堤壩埋深不足及護坡垮塌、堤身坍塌，已有堤均未達到設計洪水重現期洪水位，故對此段左右岸已有防洪堤除險加固。能量方程逐段試算法對南道河行洪斷面進行檢算，治理段綜合糙率n=0.036；水面線計算見表1。

表1 治理段水面線計算成果

3.2 沖刷深度計算

沖刷深度計算采用規(guī)范要求公式，依計算結果，治理段落沖刷深度計算值在1.24～1.81m，考慮地質資料、實際沖刷及安全余地，敲定堤防加固基礎埋深2.0m，計算結果見表2。

表2 治理段沖刷深度計算成果

3.3 堤高復核

計算堤頂超高Y=1.42m=R+e+A=0.82m+0.0026m+0.6m，設計堤頂超高Y 取1.5m。計算成果對已建堤防復核，已建堤現狀堤頂高程均低于設計堤頂高程，故不滿足洪水安全過洪。結合實測現狀地形，水流沖刷致河床下切、堤基外露，依當時設計，堤高4.2～5.0m，實測計算目前深泓以上堤防高2.7～4.71m，得已有堤基礎埋深0.0～0.8m，不滿足設計安全埋深2.0m 要求。（表3）

表3 治理段計算成果及已建堤防堤頂高程復核

3.4 堤防加固斷面型式選擇

堤防加固斷面應結合堤段位置、重要性、地質、填筑材料、耕地占用、建設條件、安全經濟等方面比較后綜合確定[1]。依設計洪水標準、工程級別及已建堤現狀，結合工程區(qū)地形地質等條件，本次對仰斜式、斜坡式、復合式護堤結構進行比選；根據表4 各斷面優(yōu)缺點及以上條件，按照項目區(qū)河道實際、取材便利、安全經濟的原則，為與已建堤防銜接，堤防加固斷面型式選擇復式斷面結構[2]。

表4 堤防加固斷面型式優(yōu)缺點比較表

3.5 堤防護坡及堤身填筑材料選擇

堤身填筑材料應與河道實際、取材便利結合，并考慮施工難易程度、占地、所需投資等方面考量選取，項目區(qū)砂礫卵石料豐富，故本次堤壩填筑料選擇開挖砂礫卵石填筑。

護坡材料有細粒砼砌塊石、素砼和生態(tài)格網結構3種，這幾種材料在當地類似工程使用頻繁。從技術層面分析，細粒砼砌塊石護坡施工簡便，防凍脹和抗水流沖刷好，附近塊石原料儲備豐富，然斷面尺寸較大，適應地基變形能力差；素砼護坡斷面相對小，防凍脹好、抗?jié)B能力強，整體結構好，施工時避免低溫時段修筑，透水性差、易出現裂縫、支模工序復雜；生態(tài)格網柔性結構，適應地基變形能力強、透水、抗風浪防沖刷能力強、有利于內外水循環(huán)，保障河水與岸邊耕地灌溉水交換，發(fā)揮河流、土壤、植被自凈功能。從經濟角度比較，3 種護坡材料在相同斷面下，細粒砼砌塊石每延米投資比素砼護坡、生態(tài)格網投資少。綜上優(yōu)劣解析及實際情況，已有堤為斜坡式干砌石堤防，現狀堤坡迎水面坡比1：1.5，比降大，河道較順直，流速大，且地質勘察堤基位置處為較密實的砂卵礫石層，考慮到堤防加固少占地、整體性好、后期管護維修便捷、單米價格低，故堤防加固堤坡材料采用細粒砼砌塊石。

3.6 堤防加固斷面設計

堤防加固考慮到運行期間巡查、維護、堤壩自身安全穩(wěn)定、機械和村民正常生產生活通行便利，設計堤頂寬3m，加固斷面結合已建堤采用復式梯形斷面結構，在原堤上加高、加深、培后，使新舊護坡聯(lián)成一體，一起分擔各種不利荷載。堤防總高度5.37～5.73m，護坡材料采用C20 細粒砼砌塊石，砂礫石堤身背水坡坡比1：1.25；深泓高程以下斷面型式為仰斜式護坡，護坡迎水坡1：0.25、護坡背水坡1：0.1，護坡上部厚0.6m，基底寬1.2m，墻趾寬0.5m、趾高0.6m；深泓高程以上斜坡式護坡，迎水面邊坡1：1.5，護坡厚0.4m；在深泓高程處設戧臺，沿戧臺水平防護長度為1.5m、厚0.5m；堤頂設0.5×0.2m 砼壓頂堤帽。堤防設置比降為3.5%直徑75mmPVC 排水管，呈梅花型按2m×2m 布置，對原干砌石護坡先打孔后埋設排水管，為防止細顆粒進入排水管，排水管進水包裹400g/m2土工布[3]。伸縮縫10m 設一道，用高密度閉孔聚乙烯泡沫板，縫寬2cm。堤壩夯填要求相對密度大于0.6。（圖1）

圖1 堤防加固設計斷面示意圖

3.7 護坡內部穩(wěn)定計算

堤防加固采用1 種斷面型式，結合地質及護坡材料，護坡穩(wěn)定計算公式采用《堤防工程設計規(guī)范》附錄D1.1-4～9 公式；計算K=1.32＞規(guī)范允許[K]=1.1，復式梯形斷面護坡各個工況下符合穩(wěn)定性條件，說明堤防加固護坡斷面設計合理。[4]

3.8 堤身穩(wěn)定計算

堤身穩(wěn)定計算采用瑞典圓弧法。正常情況：設計洪水位驟降期臨水側堤防岸坡；非常情況：設計洪水位時遭遇地震的臨水堤防岸坡。

表5 可得，選取典型斷面各種工況下，堤身均滿足抗滑穩(wěn)定安全系數大于規(guī)范要求，可達到堤防加固目的，說明設計斷面合理。

表5 堤身穩(wěn)定計算成果表

4 結論與建議

文章針對項目區(qū)河道比降大，河床下切，堤壩欠高、埋深不足、垮塌等現狀，對損毀嚴重已建堤壩經各種方案必選確定采用C20 細粒砼砌塊石復式堤防斷面，經加高、培后、加深，使新舊護坡緊密連接，新建防沖肋墻控制河灘穩(wěn)固，確保堤壩健康運行，沿岸居民、產業(yè)安全及當地經濟發(fā)展，改善河道生態(tài)、減少水土流失。建成后，運行管理單位要加強河道巡查管護，防止人為損壞，阻止采砂等影響河道行為。總之，堤防加固是維護水利工程的一個重要措施，保證水利工程自身安全方能確保沿岸居民、產業(yè)的安全，方可保證生態(tài)環(huán)境和水土保持的良性循環(huán)，為國民經濟發(fā)展敦實基礎。