永定河左堤泛區(qū)段險(xiǎn)工設(shè)計(jì)方案比選

馬靜輝

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250）

1 工程概況

永定河左堤（泛區(qū)段）險(xiǎn)工共有7處，分別是馬家務(wù)險(xiǎn)工、奶字房險(xiǎn)工、順民屯險(xiǎn)工、于常甫險(xiǎn)工、周園子險(xiǎn)工、大王務(wù)險(xiǎn)工和東張務(wù)險(xiǎn)工。本次設(shè)計(jì)對(duì)泛區(qū)左堤險(xiǎn)工共15.35km進(jìn)行加固治理。堤坡采用漿砌石護(hù)坡防護(hù)，抗沖刷采用格賓網(wǎng)石籠水平護(hù)砌防護(hù)。

2 工程建設(shè)的必要性

根據(jù)國(guó)務(wù)院批復(fù)的《海河流域防洪規(guī)劃》，永定河流域防洪體系按100年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，永定河左堤屬于1級(jí)堤防，由于歷史的原因及受水勢(shì)的影響，泛區(qū)左堤河北段險(xiǎn)工較多，因受資金制約，目前只對(duì)其中的5.12km進(jìn)行了防護(hù)，險(xiǎn)工沒有得到徹底的治理，加之泛區(qū)內(nèi)的北小埝存在防洪標(biāo)準(zhǔn)不足，堤防破損嚴(yán)重、老化失修等問題，該堤潰決后洪水直沖泛區(qū)左堤，在險(xiǎn)工處出現(xiàn)險(xiǎn)情，危及左堤安全。此外，由于北前衛(wèi)埝按800m3/s進(jìn)行防護(hù)，北小埝按2000m3/s進(jìn)行防護(hù)，超過標(biāo)準(zhǔn)的洪水將從口門漫溢，沖破防線直沖左堤；盡管有護(hù)險(xiǎn)林的存在，水流在險(xiǎn)工處的流速依然較大，無法徹底解決洪水對(duì)險(xiǎn)工段的沖刷問題?；谟蓝ê臃篮轶w系安全及泛區(qū)左堤的重要程度，本工程對(duì)泛區(qū)左堤剩余險(xiǎn)工15.35km進(jìn)行加固治理。

3 險(xiǎn)工設(shè)計(jì)方案比選

根據(jù)泛區(qū)左堤實(shí)際情況，結(jié)合險(xiǎn)工段實(shí)施及運(yùn)行情況，本文對(duì)險(xiǎn)工段的迎水坡面防護(hù)和抗沖刷防護(hù)比較了3個(gè)治理方案。3個(gè)治理方案均以樁號(hào)20+000為標(biāo)準(zhǔn)斷面，防護(hù)長(zhǎng)度取100m，沖刷深度按2.5m計(jì)算。

3.1 全斷面漿砌石護(hù)砌（方案1）

即對(duì)堤坡采用漿砌石護(hù)坡防護(hù)，下部護(hù)砌至地面以下2.5m，上部護(hù)砌至設(shè)計(jì)水位以上0.5m，坡腳高程處設(shè)0.6m寬平臺(tái)，平臺(tái)上下邊坡坡度均為1∶3.0；漿砌石護(hù)砌厚30cm，下設(shè)10cm碎石墊層和300g/m2土工布；護(hù)坡以上采用六角框格護(hù)砌，框格內(nèi)植草，坡頂采用混凝土護(hù)肩。該方案的優(yōu)點(diǎn)是一次永久護(hù)砌到?jīng)_刷深度，能很好地解決險(xiǎn)工沖刷問題；缺點(diǎn)是土方開挖量大，臨時(shí)征地多，樹木砍伐較多，總投資較高。防護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 漿砌石護(hù)砌形式（方案1）

3.2 漿砌石護(hù)坡形式（方案2）

沖深防護(hù)采用格賓網(wǎng)石籠水平護(hù)砌型式，為了不發(fā)生永久占地，格賓網(wǎng)石籠頂面以上覆土1.1m，滿足耕種要求。上部護(hù)砌至設(shè)計(jì)水位以上0.5m，邊坡坡度1∶3.0，漿砌石護(hù)砌厚30cm，下設(shè)10cm碎石墊層和300g/m2土工布；水平防護(hù)采用0.4m厚格賓網(wǎng)石籠，長(zhǎng)6m。設(shè)計(jì)水位以上護(hù)砌方式與方案1相同。該方案的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單，賓格網(wǎng)石籠水平護(hù)砌，適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)，臨時(shí)征地較少，總投資較低，能有效的解決險(xiǎn)工的沖刷問題； 缺點(diǎn)是復(fù)耕后賓格網(wǎng)石籠部位種植高大灌木較難。防護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 漿砌石護(hù)坡形式（方案2）

3.3 堤坡防護(hù)與方案2相同（方案3）

堤坡采用30cm漿砌石護(hù)坡形式，沖深防護(hù)采取100cm厚水泥土攪拌樁，根據(jù)沖刷計(jì)算成果，并考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，水泥攪拌樁樁長(zhǎng)取6.0m。該方案的優(yōu)點(diǎn)是臨時(shí)征地較少，土方開挖量小，復(fù)耕后可恢復(fù)樹木種植，能滿足險(xiǎn)工的沖刷問題；缺點(diǎn)是洪水過后坡腳部位形成較深的沖坑，對(duì)提防邊坡穩(wěn)定不利，形成理想的水泥土墻難度較大，且在樹根較多的地方施工難度大，總投資較高。防護(hù)結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 與方案2相同防護(hù)形式（方案3）

3.4 投資比較

本工程以樁號(hào)20+000為標(biāo)準(zhǔn)斷面，防護(hù)長(zhǎng)度取100m，經(jīng)過計(jì)算3個(gè)方案防護(hù)所需要的工程量及建安投資如表1。

表1 險(xiǎn)工治理方案比較 單位：元

續(xù)表1

通過表1可以看出，方案1投資最多，方案2投資最少，方案3投資適中，綜合以上3個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本工程最后推薦方案2。

4 永定河左堤泛區(qū)段險(xiǎn)工防護(hù)設(shè)計(jì)

永定河左堤泛區(qū)段險(xiǎn)工防護(hù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為護(hù)坡厚度計(jì)算、水平防護(hù)厚度和寬度計(jì)算。

4.1 漿砌石護(hù)坡厚度計(jì)算

漿砌石護(hù)坡的塊石質(zhì)量及護(hù)面層厚度參照GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》分別按式（1）、（2）進(jìn)行計(jì)算：

式中Q為主要護(hù)面層的護(hù)面塊體、 塊石個(gè)體質(zhì)量（t）；rb為人工塊體或塊石的容重（kN/m3）；γ為水的容重，取10kN/m3；H為設(shè)計(jì)波高（m）；KD為穩(wěn)定系數(shù)取5.5；t為塊體或塊石護(hù)面層厚度（m）；n為護(hù)面塊體或塊石的層數(shù)；m為斜坡坡率取3；c為系數(shù)，取1.4。

經(jīng)計(jì)算，漿砌石護(hù)坡的塊石個(gè)體質(zhì)量為0.0184t，護(hù)面厚度為0.28m，本工程取0.3m。

4.2 格賓網(wǎng)石籠水平防護(hù)計(jì)算

險(xiǎn)工段護(hù)腳采用格賓網(wǎng)石籠水平防護(hù)計(jì)算。

4.2.1 格賓網(wǎng)石籠水平防護(hù)厚度

參照GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》按式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中d為折算粒徑（m）按球型折算；v為水流速度（取1.45～1.7m/s）；g為重力加速度（9.81m/s2）；C為石塊運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定系數(shù)；水平底坡取1.2，傾斜底坡取0.9；γs為石塊的容重（kN/m3）；γ 為水的容重，取10kN/m3。

經(jīng)計(jì)算，抗沖粒徑0.26～0.32m。水平護(hù)砌厚度取0.4m。

4.2.2 格賓網(wǎng)石籠護(hù)底寬度

參照J(rèn)TJ062—91《公路橋位勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范》按式（4）進(jìn)行計(jì)算：

式中L為格賓網(wǎng)石籠水平防護(hù)寬度 （m）；m為格賓網(wǎng)石籠入沖刷坑形成的邊坡系數(shù)，近似取m=2.0；h為最大沖刷深度 （洪水沖深取1.5～2.5m）；ΔL為安全寬度（m），取2.0m。

根據(jù)沖刷深度計(jì)算成果，格賓網(wǎng)石籠水平護(hù)砌寬度5.4～6.5m，設(shè)計(jì)取6.0～7.0m。

根據(jù)以上計(jì)算，永定河左堤泛區(qū)段險(xiǎn)工堤坡采用漿砌石護(hù)坡，護(hù)坡邊坡坡度1∶3.0，護(hù)坡厚0.3m，下設(shè)10cm厚碎石墊層和300g/m2土工布，護(hù)砌高度設(shè)計(jì)水位以上0.5m，護(hù)坡以上至坡頂采用六角框格護(hù)砌，框格內(nèi)植草，頂部設(shè)混凝土護(hù)肩。

沖深采用格賓網(wǎng)石籠水平護(hù)砌防護(hù)，格賓網(wǎng)石籠厚度0.4m，水平護(hù)砌寬度6.0～7.0m。為了滿足復(fù)耕要求，格賓網(wǎng)石籠埋置堤腳高程以下0.9m。

5 結(jié)語

（1）堤防險(xiǎn)工的防護(hù)形式，堤坡一般采取漿砌石或賓格網(wǎng)石籠防護(hù)，坡腳沖深防護(hù)采用賓格網(wǎng)石籠水平防護(hù)。此種防護(hù)型式施工簡(jiǎn)單，總投資較低。

（2）在堤坡不滿足滲透穩(wěn)定時(shí)采用垂直防護(hù)。由于賓格網(wǎng)石籠水平防護(hù)施工簡(jiǎn)單，適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)，節(jié)省投資，在不產(chǎn)生永久征地情況下盡量采用；為了滿足綠化和耕種要求，可適當(dāng)將水平防護(hù)向下設(shè)置。