河道防護(hù)堤形式設(shè)計(jì)斷面優(yōu)化分析

李云中 劉冠

摘 要：以某防洪堤工程為背景，因工程所在區(qū)域內(nèi)地表抗沖刷能力較差，洪水期水流對(duì)河岸形成沖刷侵蝕，導(dǎo)致兩岸水土存在較為嚴(yán)重的流失問題，需要加強(qiáng)防洪堤斷面的相應(yīng)防護(hù)措施。通過對(duì)防洪堤段水文地質(zhì)條件的分析，提出適用性的筑堤材料，進(jìn)一步對(duì)堤頂、堤坡進(jìn)行設(shè)計(jì)，重點(diǎn)分析了護(hù)腳防護(hù)形式，提出三種護(hù)腳方案形式，防洪堤抗沖刷性能、基礎(chǔ)穩(wěn)定性和施工的控制質(zhì)量等諸多影響因素進(jìn)行了全面的對(duì)比分析。經(jīng)綜合分析后，決定護(hù)坡形式采用全斷面雷諾護(hù)墊結(jié)構(gòu)，護(hù)腳采用雷諾護(hù)墊斜鋪+水平鋪設(shè)格賓石籠+水平四面六邊混凝土透水框架群的防護(hù)堤形式，更利于工程應(yīng)用，為以后類似工程項(xiàng)目-提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：防洪堤工程;水土流失;斷面設(shè)計(jì);防護(hù)形式對(duì)比

中圖分類號(hào)：U617.8? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0095-02

1 防洪堤橫斷面設(shè)計(jì)

1.1新建防洪堤總體部署

此次項(xiàng)目施工中需要整治的河道長度達(dá)到了5.24km，在主要的河道中需要修建4.66km的防洪堤壩，其中主河道上段3.22km，下段2.93km。共修建支流入河口護(hù)堤1.144km， 其中主河道支流左岸386m主河道右岸154m。為了確保防洪工程將河流支流能夠流向主槽，在主槽的交匯之處設(shè)計(jì)了支流作為入口，為了有效能夠讓不同斷面結(jié)構(gòu)下的防洪堤壩能夠起到應(yīng)有的防洪效果，在防洪堤壩設(shè)計(jì)的過程中采取了漸進(jìn)過度形式的連接方式。另外為了能夠讓兩岸支流位置的水流流向主槽，在防洪堤壩的設(shè)計(jì)過程中還特別修建了相應(yīng)的排水管道。

1.2筑堤材料設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場對(duì)地質(zhì)的考核來看，滿足項(xiàng)目施工的安全性要求。另外根據(jù)現(xiàn)有的《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)堤身高度低于6米情況下堤防密度高于0.6的施工要求，需要施工的過程中堤身的壓實(shí)指標(biāo)密度 Dr≥0.65。

1.3堤頂設(shè)計(jì)

按照《防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求，3級(jí)別以下堤防寬度要大于3m[1-2]。根據(jù)項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn)結(jié)合此次項(xiàng)目施工狀況，確定本次堤頂寬度為 4m，采用了粉細(xì)砂土作為此次項(xiàng)目防洪堤的填筑材料?？紤]到堤頂容易遭受降水和風(fēng)侵蝕的影響，所以，此次項(xiàng)目運(yùn)用了25cm砂礫石進(jìn)行了防護(hù)，并且在防護(hù)層的下面鋪設(shè)了單層土工布，規(guī)格為500 g/m2，起到了有效提高路面穩(wěn)定性的效果[3]。

1.4堤坡設(shè)計(jì)

按照項(xiàng)目施工條件，要求迎水面坡度比例為1：3. 0，背水面坡度按照1：2. 5。鋪設(shè)25cm的防護(hù)墊，起到了緩沖保護(hù)的作用，并在下面鋪設(shè)了25cm砂礫石防護(hù)墊并設(shè)置有濾水土工布，大小規(guī)格為500g/m2 。按照項(xiàng)目施工要求每相隔100m安置了單層隔墻，每層寬度設(shè)置為50cm，深度為100cm。護(hù)墊墊層為3. 0m×3.0m×0. 3m，并且要求在每相隔1m的位置安置有一道隔斷層。防護(hù)墊的材料采取了鋅-5%鋁-稀土復(fù)合型材料鍍層，起到了穩(wěn)固的工作;鋼絲力學(xué)性能應(yīng)符合施工要求，抗拉能力大于350 N/m2，鋼絲伸長率應(yīng)≥10%。在項(xiàng)目施工的過程中要秉承著節(jié)約性原則，在石籠內(nèi)填充了U30硬質(zhì)石料，粒徑采用100～250mm。其中100～150mm粒徑占30%，150～200mm粒徑占50%，200～250mm粒徑占20%。

2 護(hù)腳防護(hù)形式設(shè)計(jì)

2.1堤防基礎(chǔ)沖刷深度計(jì)算

根據(jù)項(xiàng)目施工的要求，按照《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—2013公式對(duì)堤防基礎(chǔ)沖刷深度進(jìn)行了計(jì)算[5-6]，具體如下：通過項(xiàng)目施工計(jì)算沖刷坑深度為0. 58～1. 12m。根據(jù)此次施工所提供的前期資料表明，此次項(xiàng)目施工中的局部基坑深度沖刷達(dá)到了8m左右，其中水下粉細(xì)砂穩(wěn)定邊為1∶3. 0，按照此計(jì)算結(jié)果將斜長為12～24m。

2.2護(hù)腳方案形式選擇

綜合考慮到了地形、砂石、自然生態(tài)環(huán)境等諸多因素對(duì)堤防的影響，結(jié)合項(xiàng)目施工多年所取得的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，此次項(xiàng)目施工采取了以下3種方案作為對(duì)比，具體如下。

2.2.1施工工藝一

采取了透水框架群防沖刷的工藝對(duì)護(hù)腳進(jìn)行施工處理，坡面防護(hù)形式采用雷諾護(hù)墊，基礎(chǔ)防沖采用水平四面六邊混凝土透水框架群+格賓石籠。對(duì)于坡腳的防護(hù)處理來說，綜合運(yùn)用了水平鋪設(shè)格賓石籠，按照基面向下開挖1m的施工方法，按照水平方向鋪設(shè)了格賓石籠防止沖擊，每層格賓石籠厚度為0.8m。并且在上層格賓石籠頂部鋪設(shè)了1層混凝土進(jìn)行防水處理。具體施工工藝為圖1所示。

2.2.2施工工藝二

運(yùn)用了雷諾護(hù)墊作為此次項(xiàng)目施工過程中的坡面防護(hù)，另外為了防止對(duì)兩岸水土的侵蝕，運(yùn)用了防滲墻+混凝土透水框架群對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行了相應(yīng)的防護(hù)處理。運(yùn)用了雷諾護(hù)墊對(duì)護(hù)腳進(jìn)行處理，并且采取了混凝土透水框架進(jìn)行防滲透處理，通過于河床基面向下設(shè)計(jì)了10米的深槽，并采取了混凝土加固，厚度達(dá)到了0. 8m。項(xiàng)目施工完成以后，采取了水平鋪設(shè)的方法鋪墊了透水框架群，相應(yīng)的橫斷結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

2.2.3施工工藝三

采取了雷諾護(hù)墊斜鋪和水平鋪設(shè)格賓石籠的方式對(duì)護(hù)腳進(jìn)行了處理。運(yùn)用了護(hù)墊斜鋪、水平鋪設(shè)以及混凝土透水框架融合施工的工藝，按照河床基面向下挖開6m，水平鋪設(shè)石籠起到防護(hù)的作用，鋪設(shè)長度為10. 0m;并且在石籠以下鋪設(shè)有500 g/m2的工布，具體施工方案如方案下圖3所示。

3方案比選

此次項(xiàng)目施工按照防洪堤段地形的特點(diǎn)，整體上對(duì)防洪堤抗沖刷性能、基礎(chǔ)適應(yīng)性、施工的難易程度以及工程投資等諸多影響因素進(jìn)行了綜合性的對(duì)比分析：

（1）防洪堤抗沖性能護(hù)分析方面，三個(gè)護(hù)腳護(hù)坡防護(hù)方案均具有較強(qiáng)的坡面抗沖刷能力。

（2）基礎(chǔ)適應(yīng)性方面，方案一護(hù)腳防沖采用垂直+水平組合型式，格賓石籠能適應(yīng)較大變形。透水框架固灘效果較好;方案二垂直防滲墻為剛性防護(hù)，適應(yīng)基礎(chǔ)變形能力差;方案三護(hù)腳防沖采用垂直+水平組合型式，格賓石籠能適應(yīng)較大變形，透水框架固灘效果較好。

（3）施工難易程度，方案一水下邊坡開挖較淺，施工難度較小，坡腳采用柔性結(jié)構(gòu)，容易維修;方案二坡面防護(hù)項(xiàng)目施工可操作性強(qiáng)，對(duì)于垂直防滲墻施工工藝復(fù)雜，難度大，維修困難;方案三水下邊坡開挖大，施工難度較大。

（4）工程投資方面，經(jīng)過預(yù)算計(jì)算，方案一預(yù)計(jì)投資1678.38萬元;方案二預(yù)計(jì)投資2685.44萬元;方案三預(yù)計(jì)投資528.39萬元。

通過對(duì)上述不同施工方案的對(duì)比，得出以下結(jié)論：

（1）方案一采取了水平防沖工藝，在水平位置鋪設(shè)了柔性的石籠，提高了河床的整體穩(wěn)固性，因?yàn)楹拥乐写怪遍_挖深度有限，施工量較小，難度較低，通過綜合對(duì)比，這種施工工藝防沖能力有限。

（2）方案二采取了垂直防滲墻工藝，此施工工藝容易誘發(fā)墻體倒塌的情況，另外，因?yàn)榉篮榈痰幕A(chǔ)采取了粉細(xì)砂，缺乏整體穩(wěn)固性，導(dǎo)致了成槽困難，容易發(fā)生坍塌問題，另外垂直防滲工藝復(fù)雜，對(duì)施工的工期來說比較遲緩施。

（3）方案三采取了水下斜鋪防沖工藝，在水平位置鋪設(shè)有賓石籠，使得在防護(hù)構(gòu)成方面為柔性結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了河床的應(yīng)變能力，因?yàn)楹哟驳拈_挖深度大，對(duì)項(xiàng)目施工難度提出要求高，按照已有經(jīng)驗(yàn)，此工藝的實(shí)際防沖效果最好。

相對(duì)于前兩種施工工藝，最后一種投資相對(duì)較少，對(duì)比方案二可以減少1400萬元支出。綜上，從經(jīng)濟(jì)性考慮，相對(duì)于前兩種施工工藝，第三種工藝整體項(xiàng)目適應(yīng)性較好，所以此次項(xiàng)目施工采取了第三種施工工藝。

4 結(jié)論

針對(duì)于最為復(fù)雜重要的防護(hù)堤堤腳斷面形式，提出三個(gè)護(hù)腳護(hù)坡防護(hù)方案，并進(jìn)行了綜合比選，通過多項(xiàng)因素對(duì)比分析，選擇坡面抗沖刷能力更強(qiáng)，基礎(chǔ)變形適應(yīng)更好，經(jīng)濟(jì)性更合適，適應(yīng)性更好的防護(hù)堤方案，有效地解決了河流兩岸沖刷侵蝕劇烈問題，保障區(qū)域防洪安全。

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