白露河系統(tǒng)治理河道險工成因分析及處理措施探究

向廣銀

（信陽市水利勘測設計院 信陽 464000）

1 險工成因分析

白露河河道總長145km，河道兩岸現(xiàn)有險工22處，險工段累計總長達15.60km，約占河道總長度的10.8%左右。白露河險工形成的原因很多，主要有三個方面：一是白露河上游河道處多為強降雨多發(fā)區(qū)，洪水匯流快，并且干流無控制工程，當上游發(fā)生暴雨時，洪水迅速下泄，流速較大，加之河道彎曲，局部河段狹窄，水流曲折滾動凹岸極易被沖刷形成險工；二是河道岸坡多為上部的重粉質(zhì)壤土、下部的中粗砂、粗砂、礫砂等構成，土質(zhì)粘性較差，抗侵蝕能力較弱，在大洪水的浸泡下，岸坡土質(zhì)松軟，粘性降低，下部的砂質(zhì)結構松散，不均勻，抗沖刷能力較差，隨著洪水的快速退去，河岸坡腳極易被沖刷掏空，河岸懸空、失穩(wěn)，導致坍塌，形成險工；三是現(xiàn)狀河道主流離堤岸較近，水流對堤岸影響較大，由于砂質(zhì)抗沖刷能力較差，在河水沖刷和退水時地下水滲流共同作用下，岸坡易形成塌岸，影響岸坡穩(wěn)定。

根據(jù)統(tǒng)計分析，此次治理的22處險工，多位于河道迎流頂沖地段或者現(xiàn)狀河道主流離堤岸較近處，其中部分險工未治理過，其余各處均為老險工加長或者已治理過的險工坡腳拋石流失、基礎被沖毀、坡面護砌下部沿線塌陷、在護砌段上下游形成新的險工等。

2 工程措施

2.1 工程布置

險工布置遵循以下原則：①防護線路盡量順水流方向，和堤岸走向一致，并保持平滑順直，使洪水下泄順暢。②兼顧左、右岸的利益，避免過分挑流或者發(fā)生漩渦。③兼顧上、下游利益，與上、下游現(xiàn)有的防護工程合理銜接，使整個險工治理段渾然一體。④格賓、雷諾護墊、漿砌塊石以及拋石盡可能修筑在原狀土上，在條件允許的情況下，盡可能避免填方。

2.2 方案比選

2.2.1 固基工程

根據(jù)白露河干流河床多為砂質(zhì)、抗沖刷能力較差的地質(zhì)特征，險工基礎必須具有較強的抗沖能力，適應變形能力和雙向透水能力等，散拋石、鉛絲籠拋石、格賓石籠結合漿砌石基礎等措施均能滿足要求。本次選擇以下三種防護方式進行比選。

（1）散拋石：具有單價較低（比鉛絲籠拋石單價低20%左右）、施工便利的特點。缺點是拋石量較大，對石塊要求較高（石塊體積大且備料量大）。另外，散拋石抗沖刷能力較差，容易流失，使用壽命較短。通過對白露河已治理段的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)以前采用拋石固基、漿砌石基礎、干砌石平順護砌的險工段，坡腳拋石大部分流失，基墩被沖毀等又形成了新的險工。

（2）鉛絲籠拋石：即用鉛絲編織成六邊形網(wǎng)格的箱型網(wǎng)籠，內(nèi)部填充塊石，用竹排或者船舶將其沉入水底，作為險工基礎。鉛絲籠拋石對塊石粒徑要求不高，拋石總方量較小，不易被沖走流失，使用年限較長。缺點是鉛絲籠制作和拋石施工相對麻煩，鉛絲耐久性不易保證，易銹蝕。

（3）格賓石籠固基：格賓石籠屬于柔性結構，延展性好，適應性強，能很好地適應地基變形，韌性高，不易斷裂；耐腐蝕抗沖刷，有很強的抵御自然破壞、惡劣氣候變換和地震沖擊力的能力；具有透水性強，可防止由流體靜力造成的損害；施工簡便，不需要特殊技術，只需將石料裝入格賓網(wǎng)箱封口即可；格賓網(wǎng)箱可以折疊起來裝運，節(jié)約運輸費用；符合生態(tài)原則，石料縫隙間的淤泥有利于植物生長，可與周圍自然環(huán)境融為一體，滿足水土保持和綠化美化環(huán)境的要求。缺點是水深時施工難度大，施工質(zhì)量不容易控制，生態(tài)效果不夠明顯。

格賓石籠作為一種新興的固基材料，越來越多地被用于河道治理工程。通過對已建工程的實地考察，結合當?shù)厮块T的觀察意見，格賓石籠的抗沖刷能力強、抗腐蝕度高、延展性好、適應性強等諸多優(yōu)點在已建工程中得到了驗證。由于格賓石籠造價偏高，綜合確定白露河系統(tǒng)治理險工段，采用下部拋石護腳、上部格賓石籠基礎的治理方案。

表1 三種護坡方案投資對比表

圖1 險工治理典型斷面圖

2.2.2 護坡工程

根據(jù)信陽市境內(nèi)多條河流的治理經(jīng)驗，以堰北頭險工100m護岸為典型，選擇三種方案進行比較：方案一，現(xiàn)澆混凝土板護岸；方案二，漿砌石護坡；方案三，雷諾護墊護坡。三種護坡的固基均采用下部拋石護腳，上部格賓石籠基礎。方案一采用混凝土護岸，抗沖刷能力強，施工工期較短，缺點是護坡將覆蓋整個坡面，坡后排水條件較差，且混凝土板與下部土體結合較差，容易產(chǎn)生失穩(wěn)。另外，該方案護坡?lián)p毀一般是下部墊層和土體被掏空，表面又不易被發(fā)現(xiàn)，一旦出現(xiàn)問題，后果較為嚴重；方案二采用漿砌石護岸，具備一定的抗沖能力，維修管理較方便，但適應變形能力也較差，從已治理過的險工段成果看，經(jīng)過大洪水的多次沖刷，砌石下部塌陷嚴重，又形成了新的險工；方案三采用雷諾護墊護岸，雷諾護墊是將低碳鋼絲經(jīng)機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)格組合的工程構件，在構件中填石構成主要用于沖刷防護的結構，具有很強的柔韌性及變形能力，生態(tài)環(huán)保，美觀耐久，施工便捷。而且施工機械化程度較高，便于大面積施工，具有一定的整體性，抗沖能力好，與其他方案比較，具有較大的綜合優(yōu)勢。

治理范圍內(nèi)選取100m岸坡，三種護坡方案投資比較見表1。

從表1數(shù)據(jù)可以看出，三種護坡方案投資相差不大，經(jīng)綜合分析，該段護坡工程推薦選用方案三，即雷諾護墊護岸。

2.3 工程設計

根據(jù)險工險情調(diào)查情況、地形地質(zhì)條件和河道演變狀況，結合已治理過險工的現(xiàn)狀，確定本次白露河系統(tǒng)治理新險工治理方案：雷諾護墊護岸，格賓石籠固基。對于以前已治理過、現(xiàn)階段調(diào)查又出現(xiàn)險情的老險工段，護岸采用漿砌石維修加固，坡腳拋石固基。

新險工治理護岸采用雷諾護墊，厚0.3m，邊坡1∶1.5～1∶3.0，下設400g/m2無紡針刺布；坡頂設置C20混凝土墩護肩，寬0.4m，高0.6m；險工護腳采用拋石基礎、格賓石籠固基，拋石基礎上底寬3.0m、下底寬6.0m，高2.0m，格賓石籠規(guī)格（長×寬×高）為1.5m×1m×1m，下設400g/m2無紡針刺布。按照險工治理典型斷面，要求格賓石籠頂面高程高于枯水位不小于1.0m，且拋石基礎埋深不小于1.5m，如若不滿足上述要求，則將拋石基礎向下延展至3.0m高，如圖1。格賓采用特殊防腐處理的低碳鋼絲經(jīng)機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)格組合的工程構件，要求其網(wǎng)面抗拉強度不低于50kN/m，延伸率不低于10%；要求填充石料堅硬、不易風化、不易水解的卵石或者塊石，粒徑以150～300mm為宜。

3 設計計算

3.1 雷諾護墊護岸厚度計算

雷諾護墊厚度按照《生態(tài)格網(wǎng)結構技術規(guī)程 CECS 353 2013》中的方法計算，公式如下：

t=2.0Dm，，式中各符號意義見技術規(guī)程。根據(jù)上式計算護坡厚度t=0.22～0.28m。結合工程施工經(jīng)驗，選用厚度0.30m的雷諾護墊。

3.2 沖刷計算

護岸的沖刷深度是合理確定護岸基礎埋深的重要依據(jù)。根據(jù)《河道整治設計規(guī)范》（GB50707-2011），水流斜沖防護工程產(chǎn)生的沖刷深度可按公式進行計算：

4 結語

確定白露河系統(tǒng)治理河道險工治理方案時，既要考慮方案的適應性和耐久性，又要考慮生態(tài)水利和水環(huán)境、水景觀的要求。本文結合散拋石、鉛絲籠拋石、格賓石籠基礎等三種固基方案比選，混凝土護坡、漿砌石護坡、雷諾護墊護坡等三種護坡方案比選，綜合確定采用格賓石籠基礎的固基、雷諾護墊護坡的險工治理方案■