瀑拉河工程水毀修復(fù)及岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)

馬開(kāi)彬，褚 鵬，杜 明

（煙臺(tái)市水利建筑勘察設(shè)計(jì)院，山東 煙臺(tái) 264001）

瀑拉河位于煙臺(tái)市萊山區(qū)院格莊街道辦事處，發(fā)源于院格莊街道辦事處朱唐夼村南約3.5 km處的山丘區(qū)，由東南向西北流入外夾河。本次修復(fù)范圍為瀑拉河規(guī)劃設(shè)計(jì)工程（一期）治理段，長(zhǎng)2.83 km。2013-07-12，煙臺(tái)萊山區(qū)12 h降雨量達(dá)118 mm，核算瀑拉河污泥洼河支流以上洪峰流量228.1 m3/s，洪水頻率達(dá)30年一遇，導(dǎo)致瀑拉河超標(biāo)準(zhǔn)行洪，一期工程2.83 km段兩岸新建堤防沖毀嚴(yán)重，溢流堰兩岸形成沖溝。

1 河道陡壩水毀原因分析

1.1 大壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低

早期建設(shè)的干砌陂壩或漿砌重力壩是陂壩水毀的主要壩型，這一類壩的建壩歷史往往較長(zhǎng)。由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，又受當(dāng)時(shí)建壩材料限制，如沒(méi)有膠結(jié)材料或長(zhǎng)期運(yùn)行膠結(jié)材料老化脫離失效，石頭間產(chǎn)生松動(dòng)間隙，整體性能差，經(jīng)多次洪水沖刷造成局部毀壞，如不及時(shí)維修，可能造成整座壩體水毀。

1.2 壩下坦水水毀

這一類陂壩往往建于非巖基上，建設(shè)時(shí)間較早，尾部采用松樁、松欄固定。由于洪水沖刷、河床演變，非巖基壩（尤其是山區(qū)河流河床坡降較陡的）一旦坦水下部砂石被掏空，則造成坦水沉陷變形破壞，最終將導(dǎo)致整座或一段陂壩水毀。

1.3 防洪設(shè)施不完善

壩肩兩岸地勢(shì)較低，又無(wú)基巖，且防洪堤不完善或防洪高度不足，洪水漫過(guò)壩肩兩岸，先沖岸坡，后毀壞壩端，形成繞壩溪流(河床改道)，往往造成繞壩段水毀。由于壩基地質(zhì)條件差異造成不均勻沉陷或壩下局部掏空造成攔河壩橫向裂縫，導(dǎo)致一端攔河壩傾覆沖毀等。

2 工程計(jì)算

2.1 起始斷面水位

水面線推求起始斷面位于瀑拉河一期治理末端10號(hào)堰，即樁號(hào)4+730斷面。20年一遇洪水起始水位為48.63 m，起始流量 250.4 m3/s，以此水位和流量向上游推求水面線，遇溢流堰處以堰頂水位為起始水位，逐段向上游推求。

2.2 河道糙率

河道糙率與河道形態(tài)、粗糙度、植被、水位（流速大小）、河道曲直等因素有關(guān)。瀑拉河河底主要為礫砂，糙率取0.025，兩岸邊坡種植物綠化，糙率取0.04，河道綜合糙率取0.03。

2.3 過(guò)堰局部水頭損失

根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》（第二版），過(guò)閘、壩等建筑物堰上水頭計(jì)算公式計(jì)算出堰頂水頭及堰頂水位，以此水位為起始水位向上游推求水面線；堰后水位根據(jù)下游段推求水面線的過(guò)程求得。

2.4 橋墩阻力局部水頭損失

根據(jù)《水力計(jì)算手冊(cè)》（第二版），橋墩水頭損失系數(shù)根據(jù)橋段面處過(guò)水面積與橋下游臨近斷面過(guò)水面積的比值計(jì)算求得。萊院路交通橋（樁號(hào)5+723）為鋼筋混凝土灌注樁板橋，計(jì)算得橋墩阻力局部水頭損失為0.1 m。

3 瀑拉河水毀修復(fù)及岸坡防護(hù)方案

堰兩側(cè)大沖溝設(shè)一道C25鋼筋混凝土刺墻，厚0.5 m，底部與堰基礎(chǔ)底面齊平，頂部至景觀平臺(tái)瀝青混凝土下，刺墻上游側(cè)豎直方向設(shè)Φ16@200鋼筋，水平方向設(shè)Φ12@200鋼筋，混凝土保護(hù)層厚度不小于50 mm。刺墻位于堰中，靠近堰側(cè)與堰體可靠連接，靠岸坡側(cè)伸入沖溝外側(cè)岸坡不小于2.0 m。刺墻上、下游溝槽回填采用壤土回填并分層壓實(shí)，壓實(shí)度不小于0.92。

3.1 防護(hù)方案

1）平臺(tái)防護(hù)。堰頭最大落差為1.9 m，位于8#堰下游兩側(cè)。堰頭平臺(tái)基礎(chǔ)為150 mm厚的灰土和10 cm厚的C25混凝土，結(jié)合上下游水頭差2.38 m及單寬流量5.22 m3/s，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范消力池底板抗沖計(jì)算底板厚度為0.43 m。從計(jì)算的結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)的平臺(tái)基礎(chǔ)較薄，建議增設(shè)一層Φ12@200構(gòu)造鋼筋和齒墻，以提高整體性和抗裂作用。

2）堰上下游附近坡面防護(hù)。堰頭水面變化大，水流條件復(fù)雜，由層流變?yōu)槲闪鳎魉贋?.25～3.28 m/s。適用于這個(gè)流速的方案有混凝土面板、漿砌方塊石、生態(tài)混凝土方案，因混凝土面板景觀效果差，不適用于該工程，僅對(duì)后兩個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

方案一：漿砌方塊石方案。20年一遇洪水位+0.5 m高程以下、堰上游10 m、防沖槽下游10 m范圍內(nèi)斜坡面采用厚0.2 m的M10漿砌方塊石護(hù)坡，坡比不大于1∶1.5，首末兩端均設(shè)0.8 m深的齒墻，坡底設(shè)1.5 m深、0.8 m厚的M10漿砌塊石基礎(chǔ)，坡頂為M10漿砌粗料壓頂石。護(hù)坡石下部設(shè)0.15 m厚碎石墊層及200 g/m2土工布一層。

方案二：生態(tài)混凝土護(hù)坡方案。護(hù)坡范圍同漿砌塊石護(hù)坡方案，坡面采用0.12 m厚的綠化混凝土塊，下設(shè)一層200 g/m2土工布。

方案比較：漿砌塊石護(hù)坡可靠性高，就地取材，質(zhì)量好，施工方便；缺點(diǎn)是美觀性、生態(tài)性較差。生態(tài)混凝土護(hù)坡作為一種新開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，綠化效果好，但在附近萊西的應(yīng)用效果一般，投資價(jià)格高。故推薦采用漿砌塊石護(hù)坡方案。

3.2 堰間連接段護(hù)坡方案

1）護(hù)砌范圍。根據(jù)計(jì)算，該段流速在0.97～2.68 m/s之間，大部分河段在1.7～2.2 m/s之間，岸坡砂的不沖流速為0.7 m/s，原設(shè)計(jì)全部采用草皮護(hù)坡不太合適，重點(diǎn)部位必須采用防護(hù)措施。岸坡坡比在 1∶2～1∶10 之間，大部分河段坡比在 1∶3～1∶5之間。對(duì)于彎道凸岸和小于1∶5的緩坡段，推薦采用植物防護(hù)措施，即植草防護(hù)，初期加強(qiáng)草皮養(yǎng)護(hù)，確保植物生長(zhǎng)良好。其余彎道凹岸和大于1∶5的陡坡段，推薦采取工程防護(hù)措施。

2）工程防護(hù)方案。護(hù)砌范圍采用分段護(hù)砌，根據(jù)瀑拉河生態(tài)治理的功能特點(diǎn)，適應(yīng)于該工程的護(hù)坡方式有鍍高爾凡雷諾護(hù)墊護(hù)坡、生態(tài)混凝土護(hù)坡方案。

方案一：雷諾護(hù)墊方案。20年一遇洪水位以下采用雷諾護(hù)墊護(hù)坡，系厚17 cm的鍍高爾凡雷諾格賓網(wǎng)內(nèi)裝碎石，下設(shè)200 g/m2土工布一層，底層為20 cm厚種植土，雷諾護(hù)墊里面空隙充填種植土，坡面植草護(hù)坡。雷諾護(hù)墊具有綠化效果好、變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)中等。

方案二：雷諾護(hù)墊與生態(tài)混凝土結(jié)合的護(hù)坡方案。對(duì)坡比大于1∶3的陡坡及彎道凹岸，采用抗沖能力強(qiáng)的生態(tài)混凝土護(hù)坡，其余范圍采用雷諾護(hù)墊護(hù)坡。

方案比較：雷諾護(hù)墊具有綠化效果好、變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)，施工簡(jiǎn)單，造價(jià)中等。生態(tài)混凝土護(hù)坡具有抗沖能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但造價(jià)高。推薦采用雷諾護(hù)墊與生態(tài)混凝土結(jié)合的護(hù)坡方案。

4 結(jié)語(yǔ)

陂壩水毀原因很多，修復(fù)時(shí)要具體分析水毀原因，不宜原樣簡(jiǎn)單再修復(fù)。為保證水毀設(shè)計(jì)的科學(xué)合理，在設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真研究水毀工程所在地的地形、地質(zhì)條件和下泄水流流態(tài)，盡量避免防洪堤防堤線與水流流線呈角度交叉。同時(shí)，建議水庫(kù)管理單位認(rèn)真研究洪水調(diào)度原則，盡量避免同一泄水建筑物集中大流量下泄的情況發(fā)生，以保證下游河道水流流態(tài)平穩(wěn)，最大限度地減少水流對(duì)下游防護(hù)堤的沖刷破壞。