塔里木河中游防洪堤護坡形式探析

翟新博

(塔里木河流域干流管理局，新疆 庫爾勒 841000)

塔里木河流域基本涵蓋了整個新疆南部，干流烏斯?jié)M樞紐至阿其克樞紐段是塔里木河中游的防洪重點。該河段為自由河灣，年內流量變化大，洪峰高，來勢猛，洪水期、枯水期水位變化大。凹岸坍塌、凸岸淤積，洪水季節(jié)，頂沖劇烈，岸坡后退逼近防洪堤，影響防洪堤的安全。為提高該河段防洪能力，需對規(guī)劃修建的7處護坡形式進行探討。

1 現(xiàn)狀

塔里木河干流長1321km，項目工程區(qū)位于塔里木盆地北部尉犁縣境內，河段全長239.40km。河道兩岸有部分村莊，大部分地區(qū)為自然生態(tài)林及草地。兩岸共建有堤防117.29km(左岸57.35km，右岸59.94km)，左岸堤防工程部分堤段布置與尉犁縣至喀爾曲尕鄉(xiāng)公路走向一致，防洪堤主要為壤土、砂壤土和粉砂構成。地層巖性主要為粉土及粉細砂互層，局部夾有厚0.3～0.6m左右的灰黃色的砂壤土、壤土，抗沖刷能力差。

2 存在問題

工程存在的問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 護坡不完善

現(xiàn)有護坡工程均為因害設防、無全面統(tǒng)籌考慮意識，已建成工程多為局部考慮防護對象采取工程措施，措施不盡合理，構筑防洪工程結構尺寸不夠或范圍小，填筑質量不滿足要求。比如592+650～593+080段、599+850～600+200段、672+325～673+500段右護坡工程，均因為河勢改變，使得洪水頂沖點上移繞流，或者是水流淘刷岸坡，造成堤防出現(xiàn)破損和坍塌。

2.2 護坡被淘刷坍塌嚴重

塔里木河干流中游河勢變化較大，經(jīng)過十多年運行，主河槽距堤岸越來越近，直接淘刷現(xiàn)有護坡，比如693+450～693+800段、712+800～713+200段、718+330～718+790段、728+200～728+605段左護坡工程，受主流頂沖、淘刷、侵蝕，臨水面散拋石松動、塌陷，導致堤防塌陷。

2.3 護坡設計不合理，缺乏科學規(guī)劃

通過近幾年的運行、水蝕、風蝕、牲畜踐踏、機械車輛碾壓等，部分堤段護坡已經(jīng)達不到設計要求，加之缺乏系統(tǒng)規(guī)劃，沒有建立相應的管理制度，使得整個護坡工程存在的問題較為突出，進行防洪工程護坡建設十分必要。

3 工程護坡型式比選

本次擬建防洪工程位于塔里木河干流中游英巴扎至阿其克區(qū)間河段，河道樁號495+000～734+400。工程任務為保護兩岸3.0萬畝耕地及8330人生命財及輸水堤安全，使本河段防洪能力達到10年一遇洪水標準。規(guī)劃修建護坡7處、長度3570m，防護型式采用“坡式護岸+水平鋪蓋基礎”，以達到合理利用主體空間。

3.1 堤防護坡形式比選

(1)方案一：拋石護坡方案

臨水面護坡采用拋散石護坡、水平采用備塌體+拋石護底方案。此方案適用于開挖基槽難度較大且水流頂沖較大，沖刷較嚴重的河段，具有施工速度快、環(huán)境污染小的特點。邊坡采用拋石護坡體(頂寬1.0m，內邊坡1∶1.3，外邊坡1∶1.5)、底部敷設無紡布?；A采用水平備塌體寬度4m、厚度2.1m(上部為合金鋼絲石籠厚0.7m，下部塊石厚1.4m)、埋深1.0m，如圖1所示。

(2)方案二：合金鋼絲籠護坡方案

臨水面護坡采用備塌體護坡、水平采用備塌體+拋石護底方案。此方案適用于開挖基槽難度較大且水流頂沖較大，沖刷較嚴重的河段。鋼絲網(wǎng)籠填充卵石作為護坡結構，面層覆耕植土，利于綠色植物生長。護坡采用合金鋼絲籠(厚0.3m、坡度1∶2)、底部敷設無紡布?；A設水平備塌體埋深1.0m、厚度2.1m(上部1.4m厚度為塊石，下部0.7m厚度為合金鋼絲石籠)、寬4.0m。采用的合金鋼絲籠結構同方案一，如圖2所示。

(3)方案三：雷諾護墊護坡+格賓石籠水平鋪蓋

迎水面采用雷諾護墊坡面與格賓石籠水平鋪蓋連為一體的柔性防沖結構，雷諾護墊(厚30cm)，底敷設無紡布(500g/)。格賓石籠水平鋪124塔里木河流域干流中游烏斯?jié)M樞紐至阿其克樞紐防洪工程蓋(厚50cm、長8m)。在水平鋪蓋上設置二層6排的四面六邊體透水框架，以降低墻前水流流速，形成落淤，確保工程安全。四面六邊體透水框架桿件為C25F150W6預制鋼筋砼構件，桿件長1.0m，截面尺寸0.1m×0.1m，中心用φ12鋼筋進行連接。該方案對河道坡基不做大的改變，不用大面積的開挖土方，對環(huán)境破壞較小。適用于基槽開挖比較困難的河段，屬于柔性材料，使用壽命長(40—50年)且抗沖刷能力強，對河床的適應能力較強，施工及后期維護簡單，但對塊石的需求量大，如圖3所示。

(4)方案四：無紡布土工袋(護坡+水平鋪蓋)

圖1 拋石護坡方案

圖2 合金鋼絲石籠護坡

防護型式采用“坡式護岸+水平鋪蓋基礎”。邊坡防護采用無紡布土工袋(規(guī)格0.3m×1.2m)、臺階狀疊加碼放，坡度1∶2。水平鋪蓋基礎采用無紡布土工袋(長12.0m、厚0.6m)，末端迎水面?zhèn)仍O木樁阻滑防沖。邊坡及水平鋪蓋底部均敷設無紡布(500g/m2)，表層覆土(厚20cm)。坡腳處放置一層6排四邊六棱透水框架。涉水段基礎河床地層巖性為粉細砂，基礎采用明排水、邊坡塌陷；采用井點排水費用較高?；A采用拋填無紡布土袋加固處理，拋填寬度8.0m、深度1～2m，如圖4所示。

(5)方案五：邊坡防護(雷諾護墊)+水平鋪蓋(無紡布土工袋)

防護型式采用“坡式護岸+水平鋪蓋基礎”。坡式護岸是一種常見的形式[11]，邊坡采用雷諾護墊(厚30cm)、邊坡1∶3，水平鋪蓋基礎采用無紡布土工袋(長12.0m、厚0.6m)，邊坡和水平鋪蓋底敷設無紡布(500g/)，末端迎水面?zhèn)仍O木樁阻滑防沖。坡腳處放置一層6排四邊六棱透水框架，基坑采用拋填無紡布土袋加固處理，拋填寬度12.0m，深度1～2m。如圖5所示。

3.2 護坡型式確定

(1)方案一拋石護坡方案

護坡采用1m厚散拋石，基礎防沖采用備塌體+拋石護底方案。本河段河道基礎為低液限粉土、細砂[12]。河道附近沒有砂礫料場。坡面采用散拋石柔性防護能較好的適應粉細砂河床和堤岸的變形。備塌體+拋石護基礎利于施工，且備塌體在散拋石上有利于保持基礎的整體穩(wěn)定。該方案耐久性性能較好，工程施工難度小，耗費人力少，工期相對較短。運行效果好，維修加固較簡單。防沖刷結構采用水平防沖形式，水平布置備塌體為柔性結構，減輕了坡腳沖刷強度[13]，適應河床變形能力較強。本方案在河道中垂直開挖深度相對126塔里木河流域干流中游烏斯?jié)M樞紐至阿其克樞紐防洪工程較淺，水下施工工程量較小，施工難度較小。單公里投資865萬元。

圖3 雷諾護墊護坡+格賓石籠水平鋪蓋

圖4 無紡布土工袋(護坡+水平鋪蓋)

圖5 雷諾護墊護坡+無紡布土工袋水平鋪蓋

(2)方案二合金鋼絲籠護坡方案

護坡采用合金鋼絲石籠(厚0.3m)，基礎防沖采用金鋼絲石籠+拋石備塌體。坡面采用金鋼絲石籠柔性防護能較好的適應粉細砂河床和堤岸的變形，且拋石用量少，節(jié)省投資。該方案耐久性性能較好，工程施工難度不大，耗費人力少，工期相對較短。運行效果好，維修加固較簡單。但基礎金鋼絲石籠鋪底，在水下施工、需施工排水，修建臨時圍堰。相對于第一方案而言，由于坡面采用30cm后拋石，且用合金鋼絲籠裹護，不利于后期由于結構自降后，預留塊石的投放，基礎金鋼絲石籠鋪底無法修復。單公里投資843萬元。

(3)方案三雷諾護墊護坡+格賓石籠水平鋪蓋(拋投四面六邊體透水框架)方案

采用雷諾護墊、格賓石籠，柔性防護能較好的適應粉細砂河床和堤岸的變形較強。耐久性性能較好，工程施工難度不大，耗費人力少，工期相對較短，運行效果好，維修加固較簡單。但塊石運距較遠、填料收集較困難、造價。本方案水平鋪蓋基礎施工時需排水，修建臨時圍堰、開挖導流渠。單公里投資821萬元。

(4)方案四無紡布土工袋(護坡+水平鋪蓋)方案

邊坡及基礎均采用無紡布土工袋防護，軟體結構加固防護與傳統(tǒng)的硬體結構相比，優(yōu)點具有反濾保土、變形能力強，地域適應性強、施工便利，適宜性好、就地取材造價較低、生態(tài)功能好等。缺點其耐久性不如其他方案，紫外線輻射老化現(xiàn)象需表層覆土減緩老化速度，在鋪設過程中易受損傷且不易被發(fā)現(xiàn)。試驗研究發(fā)現(xiàn)，埋在土中的織物老化主要是由于機械損傷引起的，鋪設造成孔洞是使材料強度降低的主要因素。單公里投資665萬元。

(5)方案五邊坡防護(雷諾護墊)+水平鋪蓋(無紡布土工袋)

此方案介于方案三和方案四之間，枯水期護坡大部分漏出水面，采用雷諾護墊(厚30cm)，具有很強的柔韌性，能夠適應地基與被防護體的局部沉陷變形，并且可以自行調整愈合，阻止變形的繼續(xù)發(fā)展。機編六邊形低碳鋼絲網(wǎng)面加上硬質石塊聯(lián)合形成耐久性很強的整體。水平鋪蓋采用無紡布土工袋，基本位于水面以下，可防紫外線輻射，具有良好的抗水解性能。單公里投資765萬元。各方案比較見表1。

經(jīng)過綜合分析比較，結合本工程河段的實際情況，方案三、四、五作為推薦方案。

4 工程護坡方案具體實施

4.1 (592+650～593+080段、599+850～600+200段)右護坡工程

該段護坡邊坡采用無紡布土工袋(規(guī)格0.3×1.2m)、臺階狀疊加碼放，坡度1∶2；水平鋪蓋基礎采用無紡布土工袋填筑(長12.0m、厚0.6m)，護坡和基礎底部均敷設無紡布(500g/m2)，末端迎水面?zhèn)仍O木樁阻滑防沖。邊坡及水平鋪蓋基礎表層覆土(厚20cm)，水平鋪蓋坡腳處放置一層6排四邊六棱透水框架?；A處理采用拋填無紡布土工袋(規(guī)格0.6m×0.9m)回填至枯水期水位，拋填寬度12.0m，深度0.5～1.0m。

表1 輸水堤護坡型式方案

護基壩采用下調式丁壩，與岸線成45°夾角。壩長14.85m，壩頂寬3.0m，高度3.5m，邊坡1∶2，壩體采用無紡布土袋填筑(規(guī)格0.6m×0.9m)，表層覆土(厚20cm)，基礎建在已建水平鋪蓋上。工程建設完成后有效地增強了該河段的防沖刷能力。

4.2 (672+325～673+500段)右護坡工程

672+325～673+500段右護坡工程長度1175m，右岸工程的上部護坡采用雷諾護墊(厚30cm、坡度1∶3)防護，下部護腳采用格賓石籠水平鋪蓋(長8.0m、厚0.6m)，末端迎水面?zhèn)仍O木樁阻滑防沖。邊坡及水平鋪蓋底部均敷設無紡布(500g/m2)。673+100～673+500段右護坡工程為涉水段基礎長400m，拋填無紡布土袋(規(guī)格尺寸0.6m×0.9m)回填至枯水期水位，拋填寬度8.0m，深度0.6～1.2m。坡腳處放置二層6排四邊六棱透水框架，為C25鋼筋砼預制構件(規(guī)格為100cm×10cm×10cm、中心鋼筋為φ12圓鋼)現(xiàn)場焊接拼裝。

沿護坡設下挑式護基壩2座，順水流方向與岸線成45°夾角，護基壩長度均為14.5m，護基壩頂寬3.0m，邊坡均為1∶2，壩體采用無紡布土袋填筑。

4.3 (693+450～693+800段、712+800～713+200段、718+330～718+790段、728+200～728+605段)左護坡工程

693+450～693+800段左護坡工程長350m，護坡緊靠現(xiàn)有輸水堤臨河岸坎臺階狀布置，護岸上部護坡采用雷諾護墊(厚30cm、坡度1∶3)。下部護腳采用水平鋪蓋長度12m，其中坡腳為格賓石籠(寬2m、厚50cm)，其余水平鋪蓋為無紡布土袋(寬10.0m、厚60cm)，末端迎水面?zhèn)茸瞿緲斗雷o，邊坡及水平鋪蓋底部均敷設無紡布(500g/m2)?；A處理拋填無紡布土工袋，拋填寬度12.0m，深度0.6～2.4m。坡腳處放置2～3層6排四邊六棱透水框架，為C25鋼筋砼預制構件(規(guī)格為100cm×10cm×10cm、中心鋼筋為φ12圓鋼)現(xiàn)場焊接拼裝。沿線順水流方向設下挑式護基壩，與岸線成45°夾角，護基壩長21.45m，壩頂寬3.0m，邊坡均為1∶2，護基壩壩體采用無紡布土袋填筑。有效地防御了近幾次大洪水，抗沖刷能力較強[14]。

5 結語

塔里木河中游河道多為細沙、粉沙和亞沙土，為柔性結構，不適宜建剛性或半剛性防護工程。加之堤防工程土質疏松，抗沖刷能力弱[15]，使得塔里木河干流中游烏斯?jié)M樞紐至阿其克樞紐段堤防洪水掏刷嚴重，堤岸坍塌較多，急需進行護坡建設。文章通過對五種護坡形式的優(yōu)缺點對比，提出三種護坡推薦方案，并結合實際，對適宜采用的無紡布土工袋、雷諾護墊護坡方案和雷諾護墊+無紡布土工袋三種護坡形式，在7處工程段的具體實施方案進行了技術探討，為提高塔里木河中游防洪能力、完善防洪體系具有重要促進作用，可供類似的工程進行護坡建設進行參考借鑒。