土工材料在河道生態(tài)治理中的應(yīng)用技術(shù)研究

孟 博 朱永濤 張志華 霍志久 趙偉鑫

(1.滄州市供水排水集團(tuán)有限公司，河北滄州 061000;2.河北省水利科學(xué)研究院，河北石家莊 050051)

1 灤河現(xiàn)狀及存在的主要問題

1.1 灤河遷安市段現(xiàn)狀

灤河古稱渜水，是渤海獨(dú)流入海河流。其流經(jīng)河北、內(nèi)蒙古兩省區(qū)的16個縣市，全長888km，流域面積44 750km2，流域自西北至東南長435km，平均寬度103km。灤河為河北省遷安市最大河流之一，總長度52.59km，流域面積458.5km2，占遷安市總面積的 37.96%。

1.2 存在的主要問題

1)河道淤積、水土流失嚴(yán)重。

灤河遷安市段上游水土流失較為嚴(yán)重，汛期洪水含沙量較大，造成河床逐年抬高。由于潘家口、大黑汀兩座大型水庫的修建，每年的3月～6月，河道基本年年斷流，造成大范圍的土地沙化，同時由于失去了水流的沖刷，泥沙迅速淤積，加上人為傾倒，河道已淤積不堪。

2)行洪能力薄弱。

自1962年特大洪水以后，市區(qū)沿河兩岸修建了大批防汛渡汛工程，從而使洪水對沿河兩岸的威脅大大的減少，但由于河道工程中出現(xiàn)嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，大多數(shù)防洪工程已基本失去防洪能力。如果不提高現(xiàn)在的河道防洪標(biāo)準(zhǔn)或者重新修建防洪工程，老化工程若遭遇到特大洪水，將會給河道兩岸的居民生活造成不可預(yù)估的損失。

2 工程概況與治理措施

2.1 工程概況

河北省遷安市段灤河河道生態(tài)防洪工程是集防洪、蓄水、造地、交通、美化為一體的綜合性工程。工程等級為Ⅲ等，堤防為2級堤防，橡膠壩工程3級，50年一遇的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)，100年一遇的洪水校核標(biāo)準(zhǔn)。該防洪工程主要包含51.2km防洪大堤、4 000畝人工湖、6km防洪撤退路、5道橡膠壩、黃臺湖島工程等。

2.2 主要治理措施

1)修建生態(tài)防洪大堤。

為保障灤河兩岸防洪、供水、城建等安全，在灤河左右兩岸修筑一條長50余千米的綠色防洪大堤。其中城區(qū)段左岸防洪大堤長5.2km，平均高5 m，頂寬50 m;其余各段防洪大堤平均高5.5 m，頂寬30 m。防洪大堤堤身采用河床砂礫料填筑。河道兩岸堤身的迎水坡分別采用漿砌石、干砌石以及土工格室、復(fù)合土工膜、塑網(wǎng)石籠等。其背水坡覆粘性清表土栽植紫穗槐等植物，內(nèi)外邊坡河灘地栽種垂柳、楊樹等其他植物，使左右岸大堤成為帶狀的綠化、美化長廊。灤河防洪堤斷面形式見圖1。

圖1 灤河遷安市段生態(tài)防洪工程典型斷面圖

2)橡膠壩工程。

河道設(shè)計在灤河河道和左支修建六座橡膠壩，實現(xiàn)分級蓄水，從而使遷安市段灤河生態(tài)環(huán)境得到了恢復(fù)。作為攔河壩，其可在枯水期充水成壩蓄水，滿足用水及美化環(huán)境的需求，汛期排空壩內(nèi)水，坍壩過洪，不影響河道行洪。

3)黃臺湖生態(tài)工程。

黃臺湖生態(tài)防洪工程是灤河生態(tài)防洪工程的重要組成部分，其工程中的主要技術(shù)措施與河道中的生態(tài)防洪建設(shè)結(jié)合在一起。湖底采用水平防滲，湖東西兩側(cè)分別采用混凝土擋水墻及漿砌石護(hù)岸。湖區(qū)所用土工合成材料有復(fù)合土工膜、工程塑網(wǎng)、土工格室等，化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不會對水體造成污染。

3 土工合成材料在灤河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用

河北省遷安市段灤河生態(tài)防洪工程大部分主要采用土工格室、復(fù)合土工膜、土工加筋帶、工程塑網(wǎng)等。

3.1 利用復(fù)合土工膜防滲和防護(hù)

灤河遷安市段生態(tài)防洪工程采用復(fù)合土工膜主要進(jìn)行防洪大堤坡面防滲和人工湖湖底防滲。

為實現(xiàn)就地取材和疏通河道的雙重目的，灤河遷安市段大堤主體選用天然級配砂礫料為填筑料，但出現(xiàn)了以天然級配砂礫料為填筑材料的大堤在河道高水位下嚴(yán)重透水，從而導(dǎo)致堤壩坍塌或出現(xiàn)流沙管涌等問題。為解決上述難題，工程中在堤壩的迎水面坡及坡腳處均采用鋪設(shè)復(fù)合土工膜，利用復(fù)合土工膜的弱透水性及反濾性能，防止岸坡液體滲漏、氣體揮發(fā)，保護(hù)岸坡免受水流沖刷、波浪沖擊。復(fù)合土工膜為兩布一膜，上下兩層無紡布單位面積質(zhì)量均為150 g，PE膜厚0.3mm，單位面積總重量為525 g。灤河遷安市段生態(tài)防洪工程中共應(yīng)用復(fù)合土工膜200余萬平方米。主要施工工藝:1)對基礎(chǔ)表面進(jìn)行清理，達(dá)到平整度要求后，對坡面砂墊層進(jìn)行碾壓密實，當(dāng)驗收合格后，方可鋪膜;2)斜坡土工膜從上到下鋪設(shè)，水平鋪蓋自坡腳向外鋪設(shè)，鋪設(shè)應(yīng)平順，松緊適度，以適應(yīng)少量沉陷，并對相鄰兩張土工膜進(jìn)行焊接;3)在坡腳處的土工膜用塑網(wǎng)石籠裝塊石壓住，以防止高速水流沖擊，將膜掀起;4)在復(fù)合土工膜上回填一定厚度土樣，防止土工膜遭受破壞。人工湖湖面面積2 000余畝，在湖底采用土工膜進(jìn)行水平防滲。主要施工工藝:1)在湖底鋪設(shè)50mm厚中砂以達(dá)到整平的效果，然后鋪膜，焊接;2)在膜上鋪設(shè)一定厚度土樣，防止土工膜遭受破壞，然后用塑網(wǎng)石籠壓實。

3.2 工程塑網(wǎng)在工程中的應(yīng)用

在灤河河道兩岸填筑堤壩過程中，為確保大堤安全可靠，在防洪堤迎水坡坡腳開挖處，在人工筑島的邊坡防護(hù)上，采用工程塑網(wǎng)裝塊石護(hù)底護(hù)坡，利用塊石自身的重量及塑網(wǎng)較高的延伸率抵抗水流沖刷保護(hù)堤身坡腳和人工島邊坡。湖底也采用塑網(wǎng)石籠進(jìn)行壓膜護(hù)底。網(wǎng)眼規(guī)格為74mm×74mm，幅寬2.0 m。灤河遷安市段生態(tài)防洪工程中共應(yīng)用塑網(wǎng)石籠44.1萬m3。主要施工工藝:

1)將工程塑網(wǎng)展開鋪好，在塑網(wǎng)中部用塊石砌成一定規(guī)格;2)進(jìn)行塑網(wǎng)搭接，搭接處寬度不低于兩排網(wǎng)眼寬度，接縫采用尼龍繩縫制雙道;3)將塑網(wǎng)石籠分層平鋪，并在相鄰塑網(wǎng)之間回填一定厚度砂礫料，在塑網(wǎng)上鋪設(shè)厚卵石。復(fù)合土工膜、土工格室、工程塑網(wǎng)在灤河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用形式見圖2。

圖2 典型堤段斷面圖

3.3 土工格室在工程中的應(yīng)用

土工格室自身伸縮性好且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，它與填土一起能夠構(gòu)成一種柔性結(jié)構(gòu)層，從而大大提高土體強(qiáng)度和剛度，減少堤身沉降，消除水流沖蝕，改善水流流動能力。

為增強(qiáng)灤河左右兩岸防洪大堤岸坡穩(wěn)定性，多采用土工格室護(hù)坡，能夠有效防止風(fēng)浪對岸坡的沖刷，減少水土流失，保護(hù)坡面植被，為兩岸的綠化打下基礎(chǔ)。土工格室規(guī)格為格室高度200mm，焊接間距400mm，片材厚度1.3mm。灤河遷安市段生態(tài)防洪工程中共應(yīng)用土工格室108余萬平方米。主要施工工藝為:1)整平施工坡面，鋪設(shè)墊層并壓實;2)在迎水坡坡面展開、拉緊，并用防滑釘將四周固定，防滑釘布置橫縱間距均為1.5 m，且施工完成后不允許拔掉;3)待固定完成后，及時將填料填充到格室內(nèi)并壓實，同時觀察格室變形以及檢查密實度;4)修正河道的邊坡。

3.4 土工加筋帶在工程中的應(yīng)用

在灤河遷安市段生態(tài)防洪工程左岸大堤三里莊段存在大堤斷面狹窄，工程場地不夠用，無法滿足河道行洪和堤防建設(shè)要求的情況，為解決這一難題，業(yè)主單位、設(shè)計單位經(jīng)商討，計劃在三里莊段工程中使用加筋擋土墻技術(shù)。這一施工技術(shù)的含義為土工加筋帶協(xié)同面板、基礎(chǔ)和填料構(gòu)成的土工結(jié)構(gòu)，利用加筋材料與周圍土產(chǎn)生的較大摩擦力，限制土體的側(cè)向變形，從而使復(fù)合土體的承受能力得到顯著提高的施工技術(shù)。加筋帶采用高強(qiáng)度塑料復(fù)合加筋工程帶，規(guī)格(寬×厚)45mm×3mm，面板采用C25 F150混凝土預(yù)制板。灤河遷安市段生態(tài)防洪工程中共應(yīng)用加筋擋土墻988 m，使用加筋土11萬m3。主要施工工藝:1)在要施工面清除一切雜物，平整施工場地;2)鋪設(shè)土工加筋帶，筋材主強(qiáng)度方向應(yīng)垂直于軸線，同時插防滑釘;3)對墻體進(jìn)行土料填充，回填土要層層密實，壓實度不低于設(shè)計要求。

加筋土擋土墻在灤河生態(tài)防洪工程中的應(yīng)用形式見圖3。

圖3 加筋擋墻應(yīng)用典型堤段斷面圖

4 結(jié)語

土工合成材料在遷安市段灤河生態(tài)防洪工程應(yīng)用過程中，采用新材料、新技術(shù)、新成果，從而大大的節(jié)省了生態(tài)防洪工程中的直接投資。工程中采用土工合成材料不僅保證了施工質(zhì)量和施工工期，而且還改善了遷安市當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境。土工合成材料的應(yīng)用在工程中產(chǎn)生的社會、生態(tài)及經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時，為以后類似生態(tài)防洪工程的施工提供了理論和技術(shù)支撐。

［1］河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院.基于和諧理念的北方河流綜合治理研究——灤河遷安段防洪生態(tài)治理研究報告［R］.2005.

［2］宮愛華，于方明，張廣貞，等.土工合成材料的工程特性及其在水利工程中的應(yīng)用［J］.山東水利，2000(12):79-80.

［3］鄭連合，蘇子英.生態(tài)防洪技術(shù)在灤河河道治理工程中的應(yīng)用［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2006(2):105-106.

［4］嚴(yán)競煌.城市瀝青路面加鋪中土工合成材料應(yīng)用淺析［J］.山西建筑，2010，36(13):262-263.