清泥河流域綜合治理工程護坡防護形式選擇

劉啟翔

（河南天地工程咨詢有限公司，河南 信陽 464000）

1 問題的提出

為加強中小河流治理和山洪地質(zhì)災害防治，國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于切實加強中小河流治理和山洪地質(zhì)災害防治的若干意見》（國發(fā)[2010]31 號），國家發(fā)改委和水利部等五部委聯(lián)合部署開展全國中小河流治理和中小水庫除險加固、山洪地質(zhì)災害防治、易災地區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理總體規(guī)劃的編制工作。

許昌市清泥河流域綜合治理工程已列入國家審批的獨流入海河流治理項目。清泥河流域綜合治理工程的治理范圍總占地面積為51.28 km2，其中園建用地面積3.37 km2，水域面積約為26.60 km2，景觀綠地面積約為21.31 km2。高營閘至七里店街段（樁號7+400～11+598），治理長度約4.2 km，該單位工程主要建設(shè)內(nèi)容為拆除重建運糧河進水閘、幸福東支渠涵閘、清泥河右岸8+085 排水涵、清泥河左岸9+775 管涵、清泥河右岸9+775 管涵，4.2 km 河道兩岸堤頂防汛路，拋石護岸、木質(zhì)沉床護岸、魚槽磚護岸。清泥河右岸8+085 排水涵、清泥河左岸9+775 管涵閘室采用C25F50W4 鋼筋混凝土，明渠擋墻為C20混凝土，在出口段設(shè)置M7.5 漿砌石。工程區(qū)域內(nèi)潁河干流及清泥河支流汛期流量大，部分河道堤岸易受風浪、水流作用產(chǎn)生沖刷破壞，為了防止水流等對河道、堤岸的沖刷，同時為了減少居民密集區(qū)房屋和工廠企業(yè)的拆遷，需要對現(xiàn)狀岸坡進行必要的防護。

2 河道抗沖能力分析

潁河干流及清泥河支流屬于山溪性河道，洪水暴漲暴落，洪水流速大，而護岸堤腳大多為砂礫石，靠近河口段則為淤泥或粉質(zhì)粘土，需要進行防沖計算。

2.1 局部沖刷深度

2.1.1 水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷按下式計算：

式中：hB為局部沖刷深度，m；hp為沖刷處的水深，m，以近似設(shè)計水位最大深度代替，本工程林福段、菇溪口段、下村段、西溪口段、黃田段設(shè)計水位分別為3.35 m、2.91 m、3.32 m、3.03 m、3.29 m、3.62 m；Vcp為平均流速，m/s；Vc為河床面上允許不沖流速，m/s；n 與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=0.25。

表1 平順護岸局部沖刷深度計算成果表

2.1.2 水流斜沖防護岸坡產(chǎn)生的沖刷

式中：Δhp為從河底起算的局部沖深，m；α 為水流流向與岸坡交角，°；m 為防護建筑物迎水面邊坡系數(shù)，林福段取m=2.5，其余斷面取m=4；Vj為水流的局部沖刷流速，m/s；g 為重力加速度，取 g=9.81 m/s2。

表2 水流斜沖防護岸坡局部沖刷深度計算成果表

2.2 護坡厚度

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286—98）附錄D 的有關(guān)規(guī)定進行計算。在波浪作用下，本工程護坡的護面厚度可按下式計算：

式中：K1為系數(shù)，取 K1=0.266；rb為塊石的重度，kN/m3；r 為水的重度，kN/m3；H 為計算波高，m；L 為波長，m；m 為斜坡坡率。

根據(jù)計算，護坡的厚度應(yīng)為26.1 cm，比設(shè)計值35 cm 低。

2.3 抗沖粒徑（折算粒徑）

水流作用下，防護工程護坡、設(shè)計水位以下護腳塊石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑（折算粒徑）按下式確定：

式中：d 為折算粒徑，m，按球型折算；S 為石塊體積，m3；V 為水流流速，m/s；g 為重力加速度，9.81 m/s2；C 為石塊運動的穩(wěn)定系數(shù)，水平底坡C=0.9，傾斜底坡C=1.2；γs為石塊的重度，取γs=26.5 kN/m3；γ 為水的重度，取 γ=10 kN/m3。

表3 護坡、護腳塊石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑計算成果表

根據(jù)局部沖刷深度、護坡護腳計算成果，各堤段護腳深度及防沖塊石體的重量要求如下：堤防迎水面根據(jù)枯水期平均水位，在平均水位附近高程設(shè)置控制性平臺，水上部分采用生態(tài)格網(wǎng)護面和護腳，生態(tài)網(wǎng)墊厚35 cm，網(wǎng)墊之間相互連成整體，水下部分采用拋石填筑，表層拋填大塊石鎮(zhèn)壓，可以滿足防沖要求[1]。

3 護坡型式選擇

按照推薦堤防型式，結(jié)合實際地形地質(zhì)特點、生態(tài)要求、施工難易程度等方面，對堤防護坡選取以下三種形式進行比較。

（1）方案一：漿砌塊石護坡+拋石護岸

迎水面采用M7.5 漿砌塊石護坡，砌石厚度為35 cm，下設(shè)厚10 cm 碎石墊層，墊層底鋪設(shè)300 g/m2土工布一層。漿砌塊石砌筑所用的塊石料由汽車運到施工點，再人工推運至砌筑點，人工砌筑。砂漿采用0.4 m3拌和機拌制，人工推膠輪車運輸至施工點砌筑。拋石護岸將混凝土攤平，將石頭擺放到混凝土上，擺放時將石頭上的雜物清理；木質(zhì)沉床框格為2 m×2 m，在框格內(nèi)擺放10 cm～20 cm 粒徑的卵石，粒徑均勻；魚草磚錯縫砌筑，層與層之間用玻璃纖維固定。

（2）方案二：生態(tài)網(wǎng)墊護坡

迎水面采用生態(tài)網(wǎng)店護坡，厚35 cm 網(wǎng)墊下鋪設(shè)厚10 cm的碎石墊層，墊層底鋪設(shè)300 g/m2土工布一層。生態(tài)網(wǎng)墊可采用吊機整體吊運安裝，水上、水下皆可施工，生態(tài)網(wǎng)墊施工前，按設(shè)計要求削坡并整平鋪設(shè)面→鋪設(shè)土工布→組裝生態(tài)網(wǎng)墊→填充料施工→封蓋→8t 汽車吊吊裝安放。網(wǎng)格綁扎時，間隔網(wǎng)與網(wǎng)身應(yīng)成90°相交后，才可綁扎成網(wǎng)墊，綁扎線必須是與網(wǎng)線同材質(zhì)的鋼絲，且用雙股線綁扎絞緊。填充料規(guī)格質(zhì)量必須符合設(shè)計要求。填充時應(yīng)同時均勻地向同一組網(wǎng)格內(nèi)填料。面層石料砌壘整平后封蓋，封蓋網(wǎng)與網(wǎng)身、間隔網(wǎng)間相交邊框線必須每隔25 cm 綁扎一道，應(yīng)將所有網(wǎng)墊組相鄰的封蓋框線與邊框線綁扎在一起。生態(tài)網(wǎng)墊護坡是在綜合工程力學、土壤學及生態(tài)學等的基礎(chǔ)上進行堤坡全面支護以確保邊坡穩(wěn)定的技術(shù)，能夠重新構(gòu)建起水體、土壤和生物之間的良性循環(huán)，既能增強護坡的景觀效果，又能促進水體自凈能力的提升，使流域水體建立起新的生態(tài)系統(tǒng)。

（3）方案三：生態(tài)混凝土護坡

迎水面采用生態(tài)混凝土護坡，生態(tài)混凝土厚15 cm，通過砼框格固定，每30 m 為一個單元。生態(tài)混凝土表層鋪設(shè)10 cm厚種植土，移植草皮或撒播草籽。

三種護坡方案綜合比較見表4。

表4 護坡形式方案比較表

由表4 可知，從工程造價來看，方案一（漿砌塊石護坡+拋石護岸）較小，方案二（生態(tài)網(wǎng)墊護坡）略大，方案三（生態(tài)混凝土護坡）最大；從施工條件來看，方案一、方案二均較常規(guī)，方案三施工難度相對較大；從抗沖刷性來看，三個方案相差不大，均具有一定的抗沖刷性能；從生態(tài)景觀來看，方案一不能實現(xiàn)生態(tài)綠化，方案二、方案三生態(tài)性較好，但方案三在后期坡面植物退化后維護的難度較大。

綜合工程造價、施工工藝、生態(tài)景觀等各方面的因素，迎水面護坡設(shè)計考慮采用方案二生態(tài)網(wǎng)墊護坡形式，既具有顯著的生態(tài)性，又能適應(yīng)不同程度變形，抗沖刷能力強?？紤]堤頂超標準洪水漫頂?shù)目赡?，還應(yīng)在背水坡設(shè)置一層15 cm 厚土工格室防沖，表層填筑30 cm 厚種植土及景觀綠化。

4 結(jié)論

清泥河流域綜合治理工程是許昌市三大水利重點項目之一，工程區(qū)域內(nèi)潁河干流及清泥河支流汛期流量大，部分河道堤岸易受風浪、水流作用產(chǎn)生沖刷破壞，為防止水流等對河道、堤岸的沖刷，必須進行護坡加固防護。通過比較，最終確定采用生態(tài)網(wǎng)墊防護護坡技術(shù)，生態(tài)網(wǎng)墊護坡技術(shù)的運用與環(huán)境水利、民生水利及生態(tài)水利的治理理念不謀而合，通過對其護坡進行生態(tài)網(wǎng)墊防護加固處理，建立起良好的生態(tài)河道系統(tǒng)，確保了河道水利功能的順利發(fā)揮，實現(xiàn)了護坡治理工程與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一及人與自然和諧發(fā)展的目標。