丁溪河工程防洪堤結(jié)構(gòu)型式選擇的探討

徐小亮

(東臺市水利建設(shè)有限公司，江蘇 東臺 224200)

1 工程概況

川東港工程是《淮河流域重點平原洼地除澇規(guī)劃》中規(guī)劃新增的里下河腹部排水入海主要通道，以保障區(qū)域防洪安全、排澇減災(zāi)為重點，在里下河地區(qū)中部形成里下河腹部直接入海的排水專道，增加腹部地區(qū)外排能力200m3/s。川東港工程包括何垛河、丁溪河、老川東港、車路河、川東港新老閘等5個河段的拓浚分部工程，施工總長度達(dá)90.6km(不含新閘上游1.05km，該段已列入川東港閘工程實施完成)，其中丁溪河長19.86km，老川東港長30.8km，新老閘間長5.1km。

里下河地區(qū)形成洪澇災(zāi)害主要受7d和15d雨量控制，根據(jù)里下河腹部地區(qū)暴雨特性，選用1991年作為設(shè)計雨型。6月28日至7月15日的降雨過程作為設(shè)計設(shè)計暴雨典型過程。不同重現(xiàn)期降雨過程均由1991年6月28日—7月16日實況雨型，按腹部地區(qū)10d一遇排澇、20a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，采用最大7d和最大15d雨量同頻率縮放。

現(xiàn)狀河道左右兩岸部分地段有不連續(xù)分布的原防洪堤，試驗結(jié)果表明，原防洪堤身碾壓質(zhì)量較好，建議繼續(xù)利用，但砌石護(hù)坡需拆除后重新砌筑、基礎(chǔ)需加深處理。擬建防洪工程主要為左、右岸的防洪堤。防洪堤基礎(chǔ)均坐落于Ⅰ級階地或前緣崖坎下河床內(nèi)的沖洪積礫砂或圓礫層上，其地層承載性能較好，是較理想的堤基礎(chǔ)持力層，不存在堤基穩(wěn)定及沉降變形問題，也不存在地震液化問題，防洪堤沿線地下水位埋深僅0.3-0.5m，施工應(yīng)做好基坑排水工作，建議開挖邊坡系數(shù)水上1∶1.5；水下1∶0.75-1∶1.5[1]。

2 防洪堤結(jié)構(gòu)型式

目前東臺市已經(jīng)建成的和已經(jīng)批復(fù)的堤防結(jié)構(gòu)形式主要是梯形斷面砂礫石碾壓填筑堤身，砂礫石材料填筑臨水面以及堤壩壩基襯砌結(jié)構(gòu)大部分為剛性結(jié)構(gòu)，如C15-C20現(xiàn)澆混凝土、C15細(xì)礫混凝土砌石和砂漿砌石，主要布置于靠近城市和城市附近上下游的河段，靠近東臺城區(qū)的里下河段均采用剛性結(jié)構(gòu)型式；少部分為柔性結(jié)構(gòu)，如干砌石、鉛絲籠塊石，零星分布于農(nóng)防段，主要分布在離城市較遠(yuǎn)的農(nóng)田防護(hù)段的堤防。本項目確定的治理段的堤防填筑料基本接近，均為碾壓砂礫石，但各拓浚治理施工段在地形地質(zhì)、堤防填筑材料、河道水文水力特性、河相關(guān)系、生態(tài)及地貌景觀差別較大，必須在綜合分析的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行砂礫石材料填筑臨水面以及堤壩壩基襯砌結(jié)構(gòu)是采用剛性襯砌還是柔性襯砌的比選與確定，根據(jù)川東港丁溪河工程治理河段的具體情況，本次設(shè)計對防洪堤結(jié)構(gòu)以下3個方案進(jìn)行比選。

2.1 方案一

柔性襯砌方案，防洪堤護(hù)坡及基礎(chǔ)均通過鉛絲籠塊石加固處理。采用該方案主要原因在于丁溪河工程拓浚治理施工段地下水位埋深淺，平均在0.5-1m以內(nèi)，通過鉛絲籠塊石襯砌施工方便；此外，丁溪河工程拓浚治理施工段河道沿岸植被完善，林地、濕地景觀豐富，通過鉛絲籠塊石襯砌，能充分增強(qiáng)堤防透水性能，對植被保護(hù)、生態(tài)景觀的維護(hù)具有積極意義；最后，里下河干流地表水和地下水在丁溪河工程拓浚治理施工段進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過鉛絲籠塊石襯砌能保證地下水與原河道之間的通路，河道沿岸均為農(nóng)田、林地、草地等，對堤防的防滲要求不高，該河道均處于里下河中游，河道縱坡較緩，流速較小。

堤身采用砂礫石夯填，堤頂寬3m，堤身由河床砂礫石填筑，壓實相對密度≥0.60，背水坡坡比為1∶1.75，河床以上鉛絲籠塊石護(hù)坡襯砌厚度為0.3m，鉛絲籠塊石下面鋪設(shè)0.3m厚的礫石墊層，臨水坡坡比為1∶2；河床以下基礎(chǔ)護(hù)坡采用鉛絲籠塊石自沉式結(jié)構(gòu)，開挖臨時邊坡為1∶1，鉛絲籠塊石厚度0.6m，基礎(chǔ)埋深為深泓線以下2.5m，施工時河床以下1.0m處鉛絲籠塊石護(hù)坡基礎(chǔ)變?yōu)樗阶o(hù)坡基礎(chǔ)，運行時水平護(hù)坡基礎(chǔ)隨著沖刷深度加深而加深，滿足護(hù)岸基礎(chǔ)埋深深泓線以下2.5m的要求。每米防洪堤建筑工程投資2143元。防洪堤典型斷面(方案1)見圖1。

圖1 防洪堤典型斷面(方案1)

2.2 方案二

即防洪堤護(hù)坡及基礎(chǔ)均采用C15細(xì)?；炷疗鍪躺聿捎蒙暗[石夯填的剛性襯砌方案。采用剛性襯砌方案的理由：①該段河道靠近鐵路橋，考慮了與鐵路橋的安全結(jié)合問題；②該段河道處于河道的中上游段，河道縱坡較陡，流速較大，采用剛性襯砌方案抗沖能力較強(qiáng)；③堤防沿線大部分為砂石河床，河道沿岸植被較少，采用剛性襯砌方案建成后對河道生態(tài)影響較?。虎艿叵滤宦癫厣疃认鄬^大，采用剛性襯砌方案，便于施工襯砌。

防洪堤堤身總高度6.39m，其中深泓線以上3.89m，深泓線以下2.5m。護(hù)岸護(hù)坡厚度0.6m，封頂寬0.5m，迎水面堤坡1∶1.5，背水面堤坡1∶1.5，堤頂寬3.0m，河床以上護(hù)坡襯砌厚度0.3m，河床以下基礎(chǔ)襯砌厚度0.5m，堤身由河床砂礫石填筑，壓實相對密度≥0.60。河堤護(hù)面橫向每10m設(shè)一道瀝青砂漿伸縮縫。每米防洪堤建筑工程投資2578元。防洪堤典型斷面(方案2)見圖2。

圖2 防洪堤典型斷面(方案2)

2.3 方案三

即防洪堤采用C15混凝土現(xiàn)澆坡式結(jié)構(gòu)型式，堤身采用砂礫石夯填的剛性襯砌方案，護(hù)坡厚度自上而下由0.15m漸變?yōu)?.25m，臨水坡坡比1∶1.5，背邊坡坡比1∶1.5，基礎(chǔ)埋深深泓線以下2.5m；坡底設(shè)深0.4m 、寬0.5m基座，封頂寬50cm，厚15cm，河床內(nèi)砂礫石開挖邊坡為1∶0.75。堤頂寬3m，堤身填筑材料主要選用相對壓實密度≥0.58的河床砂礫石，，采用閉孔泡沫板填縫和聚氯乙烯膠泥止水。護(hù)坡體混凝土強(qiáng)度標(biāo)號為C15，混凝土抗凍標(biāo)號F100，針對地下水對普通混凝土具有硫酸鹽弱腐蝕性，采用提高混凝土抗?jié)B標(biāo)號解決，即混凝土抗?jié)B標(biāo)號為W6。每米防洪堤建筑工程投資2422元。防洪堤典型斷面(方案3)見圖3。

圖3 防洪堤典型斷面(方案3)

3 防洪堤結(jié)構(gòu)型式選擇

以上3種形式在堤防工程中都適用，方案一為柔性襯砌，方案二和方案三為剛性襯砌。防洪堤身填筑料可就近在工程區(qū)內(nèi)沿線河床采取，分層碾壓，碾壓后相對密度應(yīng)>0.6，即上段干密度應(yīng)>2.10g/cm3；下段干密度應(yīng)>2.11g/cm3[2]。堤壩填筑砂礫石料選在工程區(qū)內(nèi)沿防洪堤分布的里下河河床中，可就近開采利用，各項指標(biāo)均滿足質(zhì)量指標(biāo)要求，適宜做防洪堤壩填筑料，儲量可滿足工程建設(shè)需求，平均運距500m。

從技術(shù)角度比較，漿砌石護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式簡單，且具有較好的抗凍脹性能，但是護(hù)岸墻身斷面較大，對堤防基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求較高。而混凝土護(hù)岸墻身斷面小，但，施工簡單，工期短，由于混凝土面板厚度小，抗沖擊、抗凍脹和抗?jié)B能力比漿砌石護(hù)岸稍弱。鉛絲籠塊石護(hù)岸，其整體性、抗沖擊、抗凍脹較漿砌石護(hù)岸、素混凝土護(hù)岸性能好，但鉛絲籠塊石護(hù)坡為透水襯砌，對于河道縱坡緩、流速小、堤防防滲要求低、地下水埋深淺、堤防沿線植被景觀良好、有河道內(nèi)外水資源交換要求的拓浚治理河段較為適用[3]。

從經(jīng)濟(jì)角度比較，混凝土護(hù)岸每米建筑工程投資為1567元，C15細(xì)粒混凝土砌石護(hù)岸每米建筑工程投資為1934元，鉛絲籠塊石護(hù)岸每米建筑工程投資為1780元，剛性襯砌方案中，混凝土護(hù)岸方案較C15細(xì)?；炷疗鍪o(hù)岸方案投資較少，因此，從經(jīng)濟(jì)角度，柔性襯砌方案推薦鉛絲籠塊石護(hù)岸，剛性襯砌方案推薦混凝土護(hù)岸方案[4]。防洪堤方案比選詳見表1。

綜合比較后推薦柔性襯砌方案采用方案一，即護(hù)坡、基礎(chǔ)均采用鉛絲籠塊石襯砌方案；剛性襯砌方案采用方案三，即護(hù)坡采用C15混凝土襯砌方案。

表1 防洪堤方案比選單位工程量表

4 結(jié) 論

丁溪河工程防洪堤結(jié)構(gòu)型式的選擇必須在充分考慮工程河道實際的基礎(chǔ)上，因地制宜、就地取材，充分保護(hù)河道現(xiàn)有的生態(tài)景觀條件，處理好河道拓浚防洪治理施工與河流生態(tài)保護(hù)之間的辯證關(guān)系，通過選用適宜的堤防加固襯砌結(jié)構(gòu)，既達(dá)到防洪治理的目的，又同時滿足河流生態(tài)系統(tǒng)維護(hù)的要求，盡可能不改變原河道的自然地貌，并在綜合考慮河段地理位置、治理目標(biāo)、水文水力條件、筑堤材料、工程造價等的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合比選。經(jīng)綜合分析，本工程在技術(shù)上可行，運行維護(hù)可靠，工程屬于公益性項目，能提高河道行洪能力，優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、確保丁溪河河道沿岸人民生命財產(chǎn)安全，推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)，并帶來十分顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)防洪效益。