王河堤防工程設(shè)計方案比選及硬性防護(hù)布置探析

胡強光

(遼寧江河水利水電工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，遼寧 沈陽 110003)

1 概述

王河是遼河干流水系的河流，位于遼寧省，河流總長50.8km，河道平均比降為0.73‰，平均主槽寬度為20m左右。王河發(fā)源于遼寧省沈陽市法庫縣慈恩寺白石砬子山區(qū)，流經(jīng)法庫、鐵嶺的調(diào)兵山市和鐵嶺縣，在鐵嶺縣鎮(zhèn)西堡鄉(xiāng)大臺山下匯入遼河，屬遼河一級支流。王河流域總面積為482km2，其中山區(qū)面積278km2，平原面積204km2，在鐵嶺境內(nèi)長22km。王河沿岸為鐵嶺西部山區(qū)沖洪積形成的山前平原，地形開闊平坦，地勢較低，地下水位高。

2 治理工程范圍

王河流域綜合治理工程共治理河長11460m，其中王河干流治理6950m，柏家溝支流治理河段長4510m。

王河干流治理主要包括兩岸堤防7475m，其中左岸625m(左岸分上、下游兩段，上游100m，下游525m)，右岸6850m。干流治理范圍：右岸下游從萬家房排水站至上游曉大線公路橋，長6850m；左岸第一段下游從鐵嶺縣與調(diào)兵山市界至上游曉大線公路橋，長525m，第二段上游從S505公路橋至法庫縣與調(diào)兵山市界，長100m，左岸治理段總長625m。柏家溝支流治理范圍為匯合口處至上游鎮(zhèn)柏線公路，長4510m。

3 堤防硬性防護(hù)工程布置

3.1 王河干流

王河兩岸堤防迎水側(cè)采用綠濱墊護(hù)坡，考慮到生態(tài)網(wǎng)箱規(guī)格較為固定，在滿足防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量將網(wǎng)箱規(guī)格設(shè)計成整數(shù)尺寸，王河干流兩岸共布置綠濱墊護(hù)坡3880m，其中右岸3235m，左岸625m。詳見表1。

表1 王河干流堤防硬性防護(hù)工程統(tǒng)計表

3.2 柏家溝支流

柏家溝堤防迎水側(cè)以防護(hù)堤腳為主，對左岸堤防沒有工程措施段堤防進(jìn)行全線防護(hù)。堤腳采用固濱籠防護(hù)，柏家溝支流固濱籠護(hù)岸長5002m，其中左岸3650m，右岸1352m。詳見表2。

表2 柏家溝支流堤防硬性防護(hù)工程統(tǒng)計表

4 方案比選

對王河流域曉大公路橋以上堤防迎水側(cè)采取綠濱墊護(hù)坡，綠濱墊厚0.3m，基礎(chǔ)護(hù)腳1m×1m。王河干流兩岸堤防迎水側(cè)護(hù)坡采用的結(jié)構(gòu)與之一致，本次防護(hù)方案比選只對支流堤防防護(hù)形式進(jìn)行比較。

柏家溝左岸堤防堤腳及部分河道主槽沖刷嚴(yán)重，普遍形成陡峭岸坎，加之河道自身行洪斷面過小，如采用綠濱墊護(hù)坡形式，放坡后將侵占大部分主槽過流斷面，故本次柏家溝河支流防護(hù)以直立式護(hù)岸為主。

本階段擬定3種防護(hù)型式進(jìn)行初選，分別為固濱籠疊籠型式、漿砌石重力式擋土墻型式、鋼筋混凝土懸臂式擋土墻型式。分別從抗沖性能、生態(tài)效果、施工難易程度、工程投資、后期養(yǎng)護(hù)維修及其他性能等多方面進(jìn)行比較。

4.1 固濱籠疊籠擋墻(方案一)

抗沖性較好，可抵抗5～6m流速沖刷；兼有少量生態(tài)效果，擋墻落淤后可自然生長親水植物；投資造價較高，每延長米投資約800元；施工簡單、速度快；基本不需維護(hù)；柔性防護(hù)，可適應(yīng)沉降變形。

4.2 漿砌石重力式擋土墻(方案二)

抗沖性能好，可抵抗6m以下流速沖刷；無生態(tài)效果；投資造價較高，每延長米投資約600元；施工較為復(fù)雜、速度較慢；一旦局部損壞將威脅整體安全，維修養(yǎng)護(hù)較為困難；剛性防護(hù)。由于基礎(chǔ)應(yīng)力較大，故適應(yīng)于基礎(chǔ)承載力較好的地質(zhì)區(qū)域，砂漿充實度不易控制，施工質(zhì)量難以保證。水流沖刷區(qū)易發(fā)生砂漿剝蝕松化，造成局部破壞，北方河道由于冰推及凍脹影響，表層塊石易脫落。

4.3 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻(方案三)

抗沖性能好，可抵抗8m以下流速沖刷；無生態(tài)效果；投資造價高，每延長米投資約2300元；施工煩瑣、速度慢；一旦局部損壞將整體傾斜，維修困難，維修費用高；剛性防護(hù)?；A(chǔ)盈利較重力式擋墻小，故適用于基礎(chǔ)承載力一般的地質(zhì)區(qū)域，通常布置于具有穩(wěn)定景觀水面的城市河道。

4.4 方案比選

方案一與其他方案相比，投資相對經(jīng)濟(jì)合理，而且施工簡單，容易控制施工質(zhì)量。而且方案一為柔性防護(hù)，一旦局部被沖刷，固濱籠將隨之沉降，不會出現(xiàn)河道險工情況?，F(xiàn)階段石籠防護(hù)在省內(nèi)各地應(yīng)用較為廣泛，投資相對合理，經(jīng)過長期工程運行后效果良好，管理單位及施工企業(yè)技術(shù)成熟。綜上所述，本次柏家溝支流直立式護(hù)岸選用固濱籠疊籠型式。

5 干流堤防綠濱墊護(hù)坡結(jié)構(gòu)設(shè)計

綠濱墊護(hù)坡頂高程為10年一遇洪水位，在滿足防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡量將網(wǎng)箱規(guī)格設(shè)計成整數(shù)尺寸。綠濱墊下層鋪設(shè)15kN/m土工布(延伸至護(hù)腳底部)，護(hù)腳采用固濱籠結(jié)構(gòu)，網(wǎng)箱規(guī)格為4m×2m×0.3m，單個網(wǎng)箱每米設(shè)單層隔片，100m3塊石消耗生態(tài)網(wǎng)面積900.6m2(擴(kuò)大系數(shù)為1.01)。

5.1 綠濱墊厚度計算

采用典型斷面進(jìn)行綠濱墊相關(guān)計算，綠濱墊護(hù)坡厚度計算按照CECS353：2013《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的公式計算，計算結(jié)果見表3。

表3 王河干流綠濱護(hù)坡厚度計算成果表 單位：m

根據(jù)計算結(jié)果可知，兩種情況下綠濱墊護(hù)坡厚度較大值均大于0.01m，結(jié)合填充塊石粒徑及施工要求，選取綠濱墊厚度為0.3m較合理。根據(jù)規(guī)定塊石粒徑填料的中值粒徑宜為1.5～2.0D，計算得出石籠網(wǎng)網(wǎng)孔尺寸應(yīng)控制在10cm以下，考慮工程實際經(jīng)驗，綠濱墊生態(tài)格網(wǎng)采用的網(wǎng)孔規(guī)格為80mm×100mm。

5.2 綠濱墊穩(wěn)定計算

綠濱墊護(hù)坡穩(wěn)定計算按照CECS353：2013中的公式計算，結(jié)果見表4。

表4 王河干流綠濱護(hù)坡穩(wěn)定計算表

根據(jù)計算結(jié)果可知，綠濱護(hù)坡滿足抗沖刷穩(wěn)定要求。

5.3 柏家溝支流固濱籠擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

固濱籠擋墻采用疊籠型式，共有三層，頂層規(guī)格為4m×1m×1m，中間層規(guī)格為4m×1.5m×1m，基礎(chǔ)層規(guī)格為4m×2m×1m，生態(tài)網(wǎng)箱中間設(shè)單層隔片，背水側(cè)鋪15kN/m土工布，延伸至護(hù)腳底部，見表5。

表5 柏家溝支流固濱籠尺寸一覽表

5.3.1固濱籠穩(wěn)定、基地壓力計算

選取支流不利典型斷面固濱籠進(jìn)行穩(wěn)定計算，地基土為砂土。固濱籠穩(wěn)定根據(jù)CECS353：2013中的公式進(jìn)行計算，作用在擋墻上的荷載可分為基本荷載和特殊荷載兩類?；竞奢d包括自重、土壓力、兩側(cè)水壓力等有效荷載；地震荷載及其他出現(xiàn)機(jī)會較少的荷載本次計算不予考慮，特殊荷載只考慮施工期情況。固濱籠穩(wěn)計算參數(shù)表和成果見表6和表7。

表6 柏家溝支流固濱籠穩(wěn)計算參數(shù)表

表7 柏家溝支流固濱籠穩(wěn)定計算成果表

根據(jù)表7可知，固濱籠抗傾覆、抗滑、基底壓應(yīng)力均滿足允許值，符合規(guī)范要求。

5.3.2堤防穩(wěn)定計算

(1)堤防穩(wěn)定計算

根據(jù)10年水位及堤防實際情況，分別在王河及柏家溝選取一個不利典型斷面對堤防浸潤線、滲流穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定進(jìn)行計算。堤防滲透系數(shù)結(jié)果見表8。

表8 堤防滲透系數(shù)計算參數(shù)表

(2)滲流穩(wěn)定計算

滲流出逸比降是滲流穩(wěn)定分析的重要依據(jù)，如果坡面受到滲透力作用而產(chǎn)生局部破壞，極易危及堤防的整體安全，因此，堤防滲流穩(wěn)定分析計算采用GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計規(guī)范》的公式計算，計算成果見表9。

表9 堤防滲流出口滲透穩(wěn)定計算成果表

根據(jù)滲流穩(wěn)定計算成果，堤身、堤基滲流口出逸比降小于允許比降，因此本工程堤身、堤基滲流穩(wěn)定滿足要求。

(3)抗滑穩(wěn)定計算

根據(jù)GB 50286—2013，采用瑞典圓弧滑動法進(jìn)行計算，分為正常運用工況和非常運用工況。參數(shù)及成果見表10及表11。

表10 邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)表

表11 邊坡穩(wěn)定計算成果表

根據(jù)表12可知，各工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

5.4 柏家溝支流沖溝防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

沖溝防護(hù)坡長度根據(jù)現(xiàn)場情況確定，左岸太龍線公路橋上游、龍家村上游2處沖溝防護(hù)長度均為15m，沖溝底部與主槽固濱籠擋墻相連。農(nóng)橋下游左岸沖溝防護(hù)長10m，河底5m長采用石籠海漫。

沖溝均采用綠濱墊防護(hù)，底寬2m，兩側(cè)邊坡比均為1∶1，兩側(cè)各設(shè)壓頂0.5m，防護(hù)溝深1m。綠濱墊網(wǎng)箱規(guī)格為4m×2m×0.3m，網(wǎng)箱每米設(shè)單層隔片，下層鋪設(shè)15kN/m土工布(延伸至護(hù)腳底部)。護(hù)腳采用固濱籠結(jié)構(gòu)，網(wǎng)箱規(guī)格為4m×1m×1m，單個網(wǎng)箱中間設(shè)單層隔片。

6 結(jié)語

王河河道整治，使得王河流域的洪澇災(zāi)害損失大大減少，對方案的選擇及堤防硬性設(shè)計，有效解決了王河和支流柏家溝存在的防洪安全隱患，進(jìn)而改善王河流域的環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)了王河獨特的生態(tài)價值，對于改善投資環(huán)境，促進(jìn)人民安居樂業(yè)，提高當(dāng)?shù)厝罕娚钏剑S護(hù)社會穩(wěn)定有積極作用。