赤水河復(fù)興集鎮(zhèn)河段治理工程生態(tài)防洪堤設(shè)計(jì)探討

(遵義水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴州 遵義 563000)

1 工程概況

赤水河系長(zhǎng)江上游南岸的一級(jí)支流，發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣魚洞鄉(xiāng)大洞口，經(jīng)三岔河林口鎮(zhèn)、赤水河鎮(zhèn)、茅臺(tái)鎮(zhèn)和四川合江縣后，納右岸支流習(xí)水河后注入長(zhǎng)江。全流域面積20440km2，其中遵義境內(nèi)流域面積8653.80km2，干流全長(zhǎng)436.50km，平均比降3‰，多年平均流量309m3/s。治理河段位于赤水市復(fù)興集鎮(zhèn)河段，全長(zhǎng)1.40km。治理河段末端以上流域面積15437km2，主河道河長(zhǎng)368km，區(qū)域內(nèi)無(wú)大支溝匯入。由于復(fù)興集鎮(zhèn)河段河岸均為土質(zhì)邊坡，未修建任何防洪工程措施，每年暴雨洪澇災(zāi)害，對(duì)集鎮(zhèn)城區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施及居民財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅，同時(shí)隨著集鎮(zhèn)建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同等量級(jí)洪水造成的災(zāi)害損失越來(lái)越大。

根據(jù)赤水河復(fù)興鎮(zhèn)段較為特殊的水文、地形地勢(shì)和赤水河水系分布狀況，為促進(jìn)集鎮(zhèn)古鎮(zhèn)保護(hù)與旅游開發(fā)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，治理工程設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20年一遇,對(duì)樁號(hào)F0+000(姚家溪)～F1+400(大石橋)河段河堤進(jìn)行治理，整治河道全長(zhǎng)1.40km。通過(guò)對(duì)岸坡進(jìn)行生態(tài)防護(hù)堤加固防護(hù)防止洪水對(duì)岸坡沖刷[1]，并協(xié)調(diào)三十里河濱大道與赤水河谷公路項(xiàng)目，兼顧古鎮(zhèn)保護(hù)與城市整體美觀，使防洪排澇與城市開發(fā)相結(jié)合、景觀建設(shè)與城市旅游元素相融合，改善河段環(huán)境，達(dá)到人水和諧的生態(tài)目標(biāo)。

2 河段防洪現(xiàn)狀及治理措施

由于復(fù)興集鎮(zhèn)依河右岸而建，沿河地帶并未修建任何防洪工程措施，只有一條排洪涵，5年一遇以上洪水就會(huì)淹沒(méi)成災(zāi)，洪水較大時(shí)河水通過(guò)排洪涵倒灌，涌入腹地造成嚴(yán)重洪水災(zāi)害。河岸均為土質(zhì)邊坡，穩(wěn)定性極差，防洪體系尚未建立，一遇洪災(zāi)，土質(zhì)邊坡極易垮塌進(jìn)而淤塞河道，造成行洪不暢，不僅給河段周邊居民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)威脅，同時(shí)還將增加下游河段防洪壓力。治理河段河道現(xiàn)狀行洪能力分析成果見(jiàn)表1。

表1 赤水河復(fù)興集鎮(zhèn)河段河道行洪能力分析

赤水河復(fù)興集鎮(zhèn)以上集水面積15437km2，P=5%洪峰流量達(dá)7300m3/s，現(xiàn)狀條件下治理河段所有河道斷面均不能滿足安全行洪需求。按20年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合復(fù)興集鎮(zhèn)生態(tài)旅游及美麗鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃，對(duì)上起姚家溪(F0+000)下至大石橋(F1+400)總長(zhǎng)度1.40km全河段進(jìn)行生態(tài)堤防洪護(hù)岸綜合治理，在防洪排澇和保障城市安全的同時(shí)，還可科學(xué)修復(fù)生態(tài)環(huán)境、改善人居環(huán)境和提升城市品位[2-3]。

3 治理河段防洪堤設(shè)計(jì)

3.1 堤型比選

治理河段內(nèi)出露地層巖性為侏羅系中統(tǒng)遂寧組及上統(tǒng)蓬萊鎮(zhèn)組泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、長(zhǎng)石石英細(xì)砂巖等，沿線不良物理地質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育弱，僅在下游人工回填區(qū)多靠近河床，表層土體結(jié)構(gòu)松散，受河水沖刷及地表水影響易產(chǎn)生小范圍滑塌，堆積于河床內(nèi)，不利于河道行洪。河段沿線覆蓋層總體較厚，修建堤型應(yīng)以柔性斜坡式防洪堤為主。根據(jù)經(jīng)濟(jì)適用、就地取材和施工技術(shù)成熟等原則，結(jié)合赤水河山區(qū)流域水系特點(diǎn)、復(fù)興集鎮(zhèn)河段地形地質(zhì)條件、防洪堤現(xiàn)狀及安全行洪需求，充分考慮到古鎮(zhèn)保護(hù)、城市旅游和集鎮(zhèn)生態(tài)美觀等需求，與赤水河谷公路相協(xié)調(diào)，新建防洪堤型優(yōu)選生態(tài)型防洪堤和衡重式擋墻兩種堤型進(jìn)行比選。

3.1.1 生態(tài)型防洪堤

生態(tài)型防洪堤堤型為“下部格賓擋墻+上部雷諾護(hù)墊+加筋麥克墊”[4]。根據(jù)洪水計(jì)算成果，結(jié)合右岸地形地質(zhì)條件，人行休閑步道比2年一遇水位高0.3m，寬3m，步道以下采用格賓擋墻，步道以上按1∶2斜坡放至10年一遇洪水設(shè)計(jì)路面高程，在自行車道及河濱大道內(nèi)側(cè)再按1∶2斜坡放至20年一遇洪水設(shè)計(jì)堤頂高程。斜坡采用雷諾護(hù)墊+加筋麥克墊護(hù)坡，格賓擋墻后和雷諾護(hù)墊底部鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布進(jìn)行反濾，基礎(chǔ)直接開挖至基巖或采用賽克格賓回填。生態(tài)型防洪堤斷面結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 生態(tài)型防洪堤斷面 (尺寸單位：mm)

3.1.2 衡重式擋墻

衡重式擋墻方案，頂寬取1.0m，迎水面坡比1∶0.3，在墻背設(shè)寬1m平臺(tái)，平臺(tái)以下坡比1∶0.3，平臺(tái)以上坡比1∶0.2，墻底坡比1∶10，墻身采用C15埋石混凝土澆筑。衡重式擋墻斷面結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 衡重式擋墻斷面 (尺寸單位：mm)

3.1.3 比選結(jié)果

經(jīng)地形地質(zhì)條件適應(yīng)性、工程占地、工程布置、施工難易度等技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面比較，從建筑投資分析，生態(tài)堤比衡重式擋墻要節(jié)省投資469萬(wàn)元；從治理角度分析，生態(tài)堤比衡重式擋墻更接近自然，生態(tài)堤在盡量不侵占天然河道的情況下，避免了河道治理渠化，生態(tài)效果顯著[5-8]；從技術(shù)角度分析，生態(tài)堤對(duì)地基承載力的要求比衡重式擋墻低，且生態(tài)堤屬于柔性堤防，適應(yīng)變形能力更強(qiáng)。

綜上所述，生態(tài)型防洪堤占有較明顯優(yōu)勢(shì)，因此，復(fù)興集鎮(zhèn)段河段治理工程防洪堤主要采用“下部格賓擋墻+上部雷諾護(hù)墊+加筋麥克墊護(hù)坡”的生態(tài)堤型方案，對(duì)局部銜接段采用衡重式擋墻方案。

3.2 堤身斷面型式

根據(jù)地勘情況，生態(tài)防洪堤要求建基面開挖至基巖(砂質(zhì)泥巖)上或采用賽克格賓回填至設(shè)計(jì)基礎(chǔ)高程，基礎(chǔ)承載力可達(dá)180kPa，滿足生態(tài)堤基礎(chǔ)要求；對(duì)基礎(chǔ)不滿足要求的，可采用塊石換填等處理措施[9]。大橋下游段(F0+450～F1+400)在2年一遇水位處設(shè)置人行休閑步道，寬3m；步道以下設(shè)格賓擋墻，墻高5～6m，墻后設(shè)聚酯無(wú)紡長(zhǎng)纖布進(jìn)行反濾，并用土石渣夯實(shí)回填；人行步道以上邊坡削坡或填土石渣至設(shè)計(jì)坡比1∶2，在5年一遇水位以下采用17cm厚雷諾護(hù)墊護(hù)坡并設(shè)聚酯無(wú)紡長(zhǎng)纖布進(jìn)行反濾，5年一遇水位以上至堤頂采用加筋麥克墊護(hù)坡。護(hù)堤每隔200m設(shè)置一道人行梯步，踏步0.3m×0.15m(寬×高)，踏步采用C15混凝土澆筑。

4 堤坡穩(wěn)定性分析

生態(tài)型防洪堤主要由堤基開挖料夯實(shí)回填，堤身回填料主要為砂質(zhì)黏土、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖等的混合料。該混合料經(jīng)碾壓夯實(shí)后，結(jié)構(gòu)較密實(shí)、孔隙較小，穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)

復(fù)興集鎮(zhèn)河段生態(tài)型防洪堤考慮30kPa均布荷載，采用格賓擋墻設(shè)計(jì)軟件MacStars按簡(jiǎn)化畢肖普法，選擇設(shè)計(jì)洪水位下的有水工況和枯水位下的無(wú)水工況兩種組合工況進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)應(yīng)力及安全系數(shù)計(jì)算成果見(jiàn)表3和表4。

表3 防洪堤格賓結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)算成果

表4 防洪堤格賓結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值

由表3和表4可知，生態(tài)型防洪堤整體結(jié)構(gòu)在無(wú)水工況下最小安全系數(shù)為1.382，有水工況下為1.281，均大于規(guī)范要求的[1.15]和[1.25]限值指標(biāo)。基底無(wú)水工況下最大壓應(yīng)力為70kPa, 無(wú)水工況下最大壓應(yīng)力為52kPa。復(fù)興集鎮(zhèn)治理河段優(yōu)選的生態(tài)型防洪堤，其最小安全系數(shù)和基底最大壓應(yīng)力均滿足規(guī)程規(guī)范要求，防洪堤格賓結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較好且有一定富裕[10]。

5 結(jié) 語(yǔ)

赤水河復(fù)興集鎮(zhèn)河道縱向坡較緩，兩岸均質(zhì)土堤在洪水沖刷下易坍塌淤塞河道，影響安全行洪。沿河地帶未修建任何防洪工程措施，只有一條排洪涵，未能形成封閉防洪體系，每遇5年一遇以上洪水，大量洪水通過(guò)排洪涵倒灌涌入腹地，形成較為嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害。為與赤水河和復(fù)興集鎮(zhèn)封閉防洪體系及城市旅游景觀建設(shè)相匹配，提高河段綜合防洪能力和赤水城市品位，設(shè)計(jì)采取新建格賓結(jié)構(gòu)生態(tài)防洪堤對(duì)兩岸進(jìn)行加固防護(hù)治理。

通過(guò)沿河岸布置格賓結(jié)構(gòu)生態(tài)型防洪堤，確保復(fù)興集鎮(zhèn)治理河段堤防整體性和穩(wěn)定性均較好，形成相對(duì)完善的城鎮(zhèn)封閉防洪體系，使河段經(jīng)治理后既滿足設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的行洪要求，又能增強(qiáng)集鎮(zhèn)水景觀和美化城市環(huán)境的效果。