透水樁壩在引石過渭倒虹加固工程中的應(yīng)用分析

史興順

(陜西水環(huán)境工程勘測設(shè)計研究院，陜西西安710018)

《堤防工程設(shè)計規(guī)范》和《河道整治設(shè)計規(guī)范》中明確，樁式護岸是其他護岸形式之一，其作用是維護陡岸的穩(wěn)定、保護坡腳不受強烈水流的掏刷、促淤保堤?！瓨兜牟贾每刹捎?排樁～3排樁，排距可采用2.0 m～4.0 m…樁的布置可采用1排樁～3排樁，排距可采用2.0 m～4.0 m…樁可選用透水式和不透水式，透水式樁間應(yīng)以橫粱連系…樁間和坡腳之間可拋投塊石等護樁護底防沖。

黃、渭河中下游目前常用的柳石結(jié)構(gòu)壩，其裹護體為分散結(jié)構(gòu)，雖能較好的適應(yīng)河道變形，但壩體基礎(chǔ)施工不能一次性達到河床極限沖刷深度以下，其穩(wěn)定主要靠后期大量的搶險加固待其根石達到一定深度后才能逐步穩(wěn)定。透水樁壩作為是河道整治工程的一種新結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)中區(qū)別于傳統(tǒng)的實體壩的。其作用是通過透水、緩溜落淤控制河勢，達到控導主溜的目的。并避免諸如實體壩、垛等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)被動搶險大量拋石的局面。具有基礎(chǔ)埋深大、壩后可緩流落淤、大洪水可漫頂行洪等特點。

近些年這種型式的整治工程在黃河河道整治建設(shè)中引起關(guān)注。1979年在黃河鄄城河段蘇泗莊險工進行了透水樁丁壩控導效果現(xiàn)場試驗，87年在鄭州花園口東大壩下延工程修建過一道護岸式透水樁壩;黃委會水科院的屈孟浩、劉和清等人在82年、84年開展過艾山以下窄河段透水樁丁壩控導效果的模型試驗，姚文藝等人通過河工動床模型試驗對黃河游蕩河段修建護岸式透水樁壩的控導作用、緩流落淤效果、樁柱局部沖刷過程等應(yīng)用基礎(chǔ)問題進行了研究。

1 引石過渭倒虹工程概況

咸陽市石頭河引石過渭供水工程于2007年建成，2010年2月6日正式向咸陽市城區(qū)供水。過渭倒虹是咸陽市石頭河供水工程的重點部位，與渭河近90°相交，南岸位于周至縣富仁鄉(xiāng)富仁林場境內(nèi)，北岸位于興平市桑鎮(zhèn)西橋村境內(nèi)。倒虹軸線處兩岸堤距寬680 m，為上下游河段的相對最窄處。倒虹工程全長901.5 m，采用DN1800預應(yīng)力鋼筒砼管，其中渭河河道段長643 m，包括右岸灘地段427.5 m(倒虹管頂高程406.72 m)，現(xiàn)狀過流段180 m，左岸灘地段 35.5 m(倒虹管頂高程404.26 m)。原設(shè)計中河床左側(cè)段倒虹管道底部回填至411.5 m，管頂以上覆土厚度約7 m。

2013年2月16日，管理單位在例行檢查中發(fā)現(xiàn)倒虹段管道因下游嚴重采砂、取土而導致河床下切，造成供水管道69#鎮(zhèn)墩及約180 m管道露出渭河水面，管頂以上原7 m多厚的覆土已全被拉空，水流直接沖刷管道，管道下游已被沖刷成約1.5～1.8 m的深坑。當年7月23日洪水，右岸灘地有50.2 m被洪水沖刷下切至管頂，且在管道背水處管頂以下形成1.5 m以上的深坑，同時前期所建的搶險堆石壩壩基受沖刷下陷近1 m，壩體有三分之一拋石散落于壩體下游或被洪水沖走。8月27日由于管床混凝土基礎(chǔ)以下被河水浸蝕淘空，致使混凝土管床懸空并發(fā)生下沉，最大下沉量63.3 cm，致使咸陽市供水一度中斷。

鑒于過渭倒虹段接連出現(xiàn)險情，連續(xù)出險已嚴重影響咸陽市正常生產(chǎn)生活安全，且著今年汛期的到來，因此對過渭倒虹段進行除險加固也是迫在眉睫的。

2 透水樁壩在的應(yīng)用

2.1 倒虹工程處河勢演變

從工程處近20年的河道平面來看:目前兩岸均建有堤防工程，倒虹工程上游3 km有周至縣富林漁場彎道、下游1.5 km為周至縣永流彎道，整體上河勢處于相對順直段。由于受上下游彎道的控制，倒虹工程處主流一直靠近北岸行河。盡管河床有沖淤變化，但主槽只能在堤防之間變動，因此本河段平面變化受兩岸堤防控制已趨穩(wěn)定，今后不出現(xiàn)超標準洪水，河勢也不會發(fā)生大的變遷。

從河道縱斷面來看:倒虹工程處河段平灘段變化不大，主槽段下切嚴重，在工程段上下游17.8 km范圍內(nèi)，河道深泓點2011年較1999年平均下切深度為6.78 m，最大下切深度為8.69 m。根據(jù)渭河中游水文站洪水資料統(tǒng)計，1999年至2011年期間共發(fā)生大于2000 m3/s的洪水僅2次。根據(jù)來水情況分析河床下切的原因，來水量級相當于造床流量，對河道下切有一定影響，但現(xiàn)狀河道下切深度達7 m左右，分析認為下切主要原因是受河道采砂影響。予估今后未來一段時期，工程建設(shè)取土和河道采砂的影響會慢慢減弱，但河道主槽仍會以下切為主。

2.2 倒虹工程處地形

倒虹工程右岸現(xiàn)狀為一段高邊灘和一段低灘，臨近堤防的高邊灘實際是條形土梁，梁頂?shù)孛?12.12 m～413.59 m，上下游形成陡坎，沙坑面大且深，坑底局部達407到408 m，比現(xiàn)狀主槽段枯水位406.4 m稍高;由于右岸土梁的存在，除較大洪水外不會產(chǎn)生漫灘過流。右岸低灘段寬大約120 m，地面412.12 m，現(xiàn)狀過流段長188 m;左岸灘地段僅存多30 m，地面409.4～409.65 m。既右岸低灘、現(xiàn)狀主槽段和左岸灘地段是渭河中小洪水的目前下泄通道。

2.3 樁壩加固設(shè)計

根據(jù)倒虹工程的險情實際及產(chǎn)生原因，我院曾提出新建橋式倒虹或下穿式倒虹方案，加固方案包括格賓籠石加固、鋼筋砼潛壩、鋼筋砼樁壩加固等多種方案，后經(jīng)過設(shè)計咨詢及研討，重點進行樁壩和潛壩兩種方案論證，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟多方面分析論證，并考慮工程長遠的運行管理及渭河治理情況，最后推薦的是樁壩加固方案。

加固設(shè)計概況:(1)樁壩范圍為右岸低灘、現(xiàn)狀主槽段和左岸灘地段。在現(xiàn)狀倒虹工程軸線下游15 m處修建透水樁壩一座，并對上下游鉛絲籠石防護，以穩(wěn)固倒虹工程處河床，考慮上下游河道河勢以及對近年來河勢演變分析，將現(xiàn)狀主河槽向右岸拓寬至290 m，以擴大行洪斷面。由于河道主槽拓寬，需對拓寬后右岸岸坎進行防護。(2)右岸灘地過流幾率很小，采用樁壩方案整體工程投資過大，設(shè)計中對于右岸灘地土梁段采用鉛絲籠石進行防護。(3)左、右岸堤防迎水側(cè)堤坡格賓籠石防護，并加固左岸倒虹段上下游護基壩6座;

樁壩設(shè)計中采用C30鋼筋混凝土灌注樁壩，樁長12 m，樁徑1.2 m，樁中心距1.4 m，樁頂采用系梁連接，系梁高1.0 m，寬 1.2 m。樁壩系梁頂高程408.20～407.00 m，樁底高程384.20 m，計算樁長按1.2倍入土深度+沖坑深度=20.89～23.85 m，最終確定樁長22.8 m ～24 m。樁壩后采用鉛絲籠石防沖，共設(shè)置鉛絲籠石3層，籠石后采用散拋石回填至407.20～406.0 m，上覆0.5 m鉛絲籠石與現(xiàn)狀地面銜接。

3 樁壩加固工程的應(yīng)用分析

3.1 樁壩加固后效果

樁壩加固工程完成后，2014年9月17日渭河咸陽水文站發(fā)生1000 m3/s洪水(相應(yīng)于倒虹工程處約900 m3/s)，樁壩頂部水深2.5～3.0 m。洪水過后，倒虹上游的鉛絲籠石蓋頂沒有任何毀壞，下游的鉛絲籠石蓋頂僅出現(xiàn)小面積塌陷，對整體的加固工程沒有影響。即加固工程經(jīng)過了小洪水的考驗，運用情況較好，起到了保護倒虹段的作用;也為其他穿河建筑物的設(shè)計和加固提供的經(jīng)驗。

3.2 本次樁壩加固設(shè)計的特點

1)從已修建的透水樁壩看，其目的是通過緩溜落淤控制河勢，達到控導主溜的作用，安全可靠，不用或者很少搶險;少挖壓土地，賠償費用低;平面布置是按需要選擇丁壩、順壩、“「”字型壩型。而本次加固設(shè)計是用于保護供水的倒虹工程的安全，平面上是攔截河道而修建，工程目的和受力條件均不同于其他透水樁壩工程，在陜西的工程上首次嘗試，從效果看滿足設(shè)計要求的。

2)由于倒虹工程是咸陽市供水管道的重點部位，其安全運用和不能間斷的的特性關(guān)系到咸陽市及周邊許多單位及群眾的生產(chǎn)生活，致使加固工程工期緊，任務(wù)重，而本次采用樁壩加固，在不間斷供水和保障了供水管道的安全的情況下，達到了結(jié)構(gòu)簡單、施工快，并在汛前全部完成了樁壩施工等要求。

3)透水樁壩系采用樁基進行施工，工程質(zhì)量能得到保證。以避免工程運行中其它工程竣工后的大量管理及維護費用。

3.3 樁壩在河道整治工程應(yīng)用分析

從黃河上修建的樁壩工程看，壩頂可露出水面或潛入水下，就能控導溜勢和落淤造灘。但也存在一些不足之處，推廣起來比較困難。

1)樁壩一次性投資較大。由于在主體工程修筑之前，尚需搭建工作平臺，相對而言增加了前期投資。

2)施工技術(shù)及工藝要求高、必須專業(yè)隊伍施工。

3)挑流作用不及實體丁壩等缺點。透水樁壩在有特殊需要時可以采用。