鉛絲石籠自沉式結(jié)構(gòu)護(hù)坡在黑河甘州段河道治理中的應(yīng)用及分析

蒲興元

（甘肅省張掖市甘州區(qū)烏江水利管理所，甘肅 張掖 734000）

近年來，隨著生態(tài)環(huán)保理念的不斷深化，河道治理項(xiàng)目中普遍采用鉛絲石籠或格賓石籠襯砌生態(tài)護(hù)岸，特別是鉛絲石籠自沉式結(jié)構(gòu)護(hù)坡護(hù)岸具有整體性、透水性、抗沖刷性強(qiáng)和造價(jià)低廉、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，有利于自然植物的生長,能夠使岸坡環(huán)境得到改善，在實(shí)際中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

1 研究區(qū)概況

黑河是我國西北地區(qū)第二大內(nèi)陸河，發(fā)源于青藏高原北部的祁連山中段，流經(jīng)青海、甘肅、內(nèi)蒙古三省(區(qū))，干流全長928km,流域面積約14.3 萬km2。其中鶯落峽以上為黑河上游，鶯落峽至正義峽為黑河中游，正義峽以下為黑河下游。

黑河張掖市甘州區(qū)段位于黑河河道中游，該段河道長度204km,流域面積約2.56 萬km2,河道比降約1/500～1/1000，這里光熱資源豐富，晝夜溫差大，是甘肅省重要的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，也是黑河徑流的主要利用區(qū)。黑河右岸坐落著甘州古城區(qū)。甘州區(qū)是絲綢之路上的重鎮(zhèn),全區(qū)轄18 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),人口51.29 萬人,其中城市人口20.28 萬人，地屬溫帶大陸性氣候.地勢(shì)平坦，土壤肥沃,日照充足,氣候溫和,是典型的綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。黑河是甘州區(qū)最重要的城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)承載區(qū)，是甘州區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支撐。黑河河道治理對(duì)沿線的龍渠鄉(xiāng)、新墩鎮(zhèn)、烏江鎮(zhèn)、三閘鎮(zhèn)、靖安鄉(xiāng)等眾多村社具有十分重要的作用。

2 存在的主要問題

黑河甘州區(qū)段河道的突出特點(diǎn)為河床不穩(wěn)定，主流擺動(dòng)較大，特別是國道312 線至烏江鎮(zhèn)平原村支家崖段為蜿蜒型河道，河床以側(cè)向侵蝕和沖刷破壞為主，兩側(cè)河岸緊靠耕地，河岸寬淺不一，洪水頻繁漫上河岸，大部分地段河岸坡腳被洪水淘空，多處岸坡坍塌，導(dǎo)致大面積水土流失和耕地沖毀，多年來給下游沿岸的3 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、8 個(gè)行政村群眾生產(chǎn)、生活造成了極大損失。

3 采取的主要治理措施

黑河甘州段河道治理主要為國道312 線跨黑河大橋至烏江鎮(zhèn)平原村支家崖，全長23.62km。堤防工程的級(jí)別為5 級(jí)，建筑物設(shè)防烈度為7 度。工程設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50 年一遇。因河道比降變化大，河岸線不規(guī)則，受黑河來水量沖刷部位和破壞程度不同，對(duì)黑河甘州段進(jìn)行分段治理。

3.1 黑河甘州區(qū)國道312 線至蘭新鐵路橋段河道治理措施為：

1）新建防洪堤10.37km，其中:左岸5.37km，右岸5.0km；

2）排陰溝跨提涵管12 座，其中，左岸6 座，右岸6 座。

3）工程堤線基本沿河道兩岸Ⅰ級(jí)階地前緣布設(shè)，左右岸各建1 段堤防，其中左岸樁號(hào)27+363～32+733，右岸樁號(hào)29+424～34+424，堤防工程起點(diǎn)分別與左岸三門橋防護(hù)堤和右岸312 線國道黑河大橋防護(hù)堤連接，終點(diǎn)止于蘭新鐵路橋左、右岸防護(hù)堤，工程治理河寬655～1089m。新建堤防堤身采用砂礫石填筑，斜坡式梯形斷面，頂寬3.5m，迎水面邊坡1:1.5,背水面邊坡1:1.25，迎水面采用0.2m 厚現(xiàn)澆C20 混凝土襯砌，基礎(chǔ)放大腳0.6×0.4m，基礎(chǔ)埋深至深泓線以下2.5m。自左岸樁號(hào)30+733～32+733、右岸樁號(hào)32+424～34+424 段防洪堤，采用鉛絲籠塊石柔性護(hù)砌方案，河床以上鉛絲籠塊石護(hù)坡襯砌厚度0.5m，河床以下基礎(chǔ)護(hù)坡采用鉛絲籠塊石自沉式結(jié)構(gòu)，襯砌厚度0.5m。

3.2 黑河甘州區(qū)蘭新鐵路橋至支家崖段河道治理措施為：

1）治理河長10km，修建堤防工程13.25km，其中，新建防洪堤11.14km，加固加高防洪堤2.11km。

2）穿堤閘帶橋3 座，排陰溝跨堤涵管13 座。

3）堤防工程治理河寬104～397m，新建堤防堤身采用砂礫石填筑，斜坡式梯形斷面，頂寬3.0m，蘭新鐵路橋至支家崖段迎水面邊坡1:2，背水面邊坡1:1.75，迎水面采用0.5m 厚鉛絲籠塊石護(hù)砌，下設(shè)0.3m 厚礫石灌縫，基礎(chǔ)埋深至深泓線以下2.5m。

3.3 自沉式護(hù)坡襯砌形式及安全設(shè)計(jì)

以黑河甘州段河道治理某一典型斷面為例，采用鉛絲石籠自沉式護(hù)坡襯砌形式，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

堤身結(jié)構(gòu)采用梯形結(jié)構(gòu)，堤頂高度根據(jù)推算的設(shè)計(jì)洪水位和安全超高進(jìn)行計(jì)算，堤頂寬度為3.0m，堤頂向臨水側(cè)傾斜，坡度為2%?；A(chǔ)埋深根據(jù)計(jì)算的局部沖刷深度，并結(jié)合黑河已建防洪堤基礎(chǔ)沖刷深度經(jīng)驗(yàn)值選定安全深度，最終確定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)埋深值為深泓線以下2.5m。在確定基礎(chǔ)埋深理論值后，按照自沉式結(jié)構(gòu)原理，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)，水平護(hù)坡基礎(chǔ)厚度不變，長度按照理論值進(jìn)行折算。經(jīng)對(duì)該斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.3,滿足規(guī)范要求。

4 采用鉛絲石籠自沉式護(hù)坡襯砌優(yōu)點(diǎn)

防洪堤襯砌護(hù)岸柔性襯砌結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)護(hù)坡采用鉛絲籠塊石自沉式結(jié)構(gòu)，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

4.1 不受水文地質(zhì)條件限制

工程區(qū)地下水為第四系松散巖類孔隙性潛水，含水層巖性為圓礫、礫砂及中、粗砂等，地下水位埋深0.3～0.5m,地下水與地表水相互轉(zhuǎn)化，水位變幅0.5m 左右。特別是樁號(hào)33+471 地段地下水大量出露，且最佳施工期恰好處于黑河向下游調(diào)水期，地下水位較高，基礎(chǔ)開挖深度難以達(dá)到深泓線以下2.5m，對(duì)施工影響較大，采用自沉式結(jié)構(gòu)，不受開挖深度和地質(zhì)條件限制，減小了施工難度，縮短了工期。

4.2 能滿足施工導(dǎo)流條件要求

工程設(shè)計(jì)采用明溝式排水方案，明溝式排水機(jī)動(dòng)性較好，造價(jià)較低，適宜于長時(shí)段排水，比較適合本工程的施工特點(diǎn)。但由于施工導(dǎo)流必須要穿越蘭新鐵路橋，受鐵路橋基礎(chǔ)限制，導(dǎo)流溝開挖深度只能達(dá)到1.0m 左右，無法創(chuàng)造更好的施工排水條件。采用自沉式結(jié)構(gòu)護(hù)坡襯砌，減小了基礎(chǔ)挖深，能滿足施工導(dǎo)流條件要求。

4.3 對(duì)河床開挖擾動(dòng)破壞小

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，在施工過程中應(yīng)盡量減少對(duì)原河床開挖擾動(dòng)，否則會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)護(hù)腳部位的河床變?yōu)樗缮Ⅲw，極易沖刷造成基礎(chǔ)裸露，影響壩體穩(wěn)定。先期工程采用一坡式護(hù)岸基礎(chǔ)開挖深度較大，增加了土方開挖工程量，對(duì)基礎(chǔ)部位河床擾動(dòng)較大，采用自沉式結(jié)構(gòu)后，開挖深度1.5m，減少了土方開挖工程量，同時(shí)也減少了對(duì)河床的擾動(dòng)破壞。

5 主要施工工藝

鉛絲籠塊石施工在防洪堤堤身填筑、基礎(chǔ)土方開挖及堤身迎水面削坡工序完成后開始，主要分為下層鉛絲網(wǎng)鋪設(shè)、機(jī)械裝填塊石、人工翻整塊石、礫石灌縫、上層鉛絲網(wǎng)鋪設(shè)、人工綁扎鉛絲六道工序。為保證鉛絲籠的整體性，上下層鉛絲網(wǎng)不宜分離，采用整卷鉛絲網(wǎng)，定制時(shí)每卷長度應(yīng)比上下層鉛絲網(wǎng)理論長度加長1.0m 左右。鋪設(shè)時(shí)鉛絲網(wǎng)卷沿坡面自上而下拆鋪，坡頂上端預(yù)留2.0m 左右的搭接長度，鋪至坡底處剩余鉛絲網(wǎng)卷暫不拆開，待完成塊石裝填及礫石灌縫后，再將剩余鉛絲網(wǎng)卷拆開覆蓋在塊石上面，上下端鉛絲網(wǎng)搭接長度不宜小于0.5m，左右相鄰兩塊鉛絲網(wǎng)搭接寬度不宜小于0.2m。施工中為保證搭接面鉛絲綁扎牢固，使上下層鉛絲網(wǎng)連接為一個(gè)整體，沿護(hù)坡面每間隔1m，設(shè)置底層與上層鉛絲網(wǎng)的拉結(jié)絲一道。

6 運(yùn)行效果

采用自沉式基礎(chǔ)護(hù)坡結(jié)構(gòu)后，施工導(dǎo)流和基礎(chǔ)排水難度大大降低，施工條件得到極大改善。運(yùn)行時(shí)水平護(hù)坡基礎(chǔ)隨著沖刷深度加深而自行下沉加深，基礎(chǔ)下沉形態(tài)如圖2 所示：

圖2 基礎(chǔ)下沉形態(tài)

工程自2016 年建成以來，有利的保護(hù)工程區(qū)兩岸靖安鄉(xiāng)、烏江鎮(zhèn)、平原堡兩個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)2.25 萬人和3.06 萬畝的耕地免受洪災(zāi)威脅，有效防止黑河洪澇災(zāi)害，減少水土流失，保護(hù)沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)田不受洪水侵害，改善生態(tài)環(huán)境，防治沿岸土地淘蝕剝落，使河段的防洪能力得到顯著增強(qiáng)，確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

通過4 年汛期運(yùn)行，經(jīng)運(yùn)行管理單位觀測，基礎(chǔ)護(hù)坡下沉狀態(tài)穩(wěn)定，除局部頂沖部位由于不均勻沉降坡面有輕微拉動(dòng)變形外，其余地段堤身及護(hù)坡完好，沒有產(chǎn)生沖刷破壞和滑坡現(xiàn)象。

7 結(jié)論

1）自沉式結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中模擬的是一種均勻沉降的理想化狀態(tài)，在實(shí)際運(yùn)行中基礎(chǔ)下沉產(chǎn)生的是不規(guī)則變形，往往導(dǎo)致基礎(chǔ)埋深不足，因此水平基礎(chǔ)護(hù)坡長度應(yīng)比理論計(jì)算的基礎(chǔ)埋深折算值適當(dāng)加長0.5m 以上。

2）在施工中基礎(chǔ)部位塊石宜采用大粒徑塊石，提高抗沖性能，增加壩基穩(wěn)定性。

3）本設(shè)計(jì)中考慮堤身為砂礫石填筑，填筑料粒徑較大，經(jīng)過設(shè)計(jì)優(yōu)化，取消了鉛絲籠塊石下0.3m厚的礫石保護(hù)層。但從實(shí)際運(yùn)行效果看，還是應(yīng)考慮防濾要求，為便于施工，采用土工布防濾為佳。

4）因鉛絲籠塊石裝填過程中質(zhì)量控制的重點(diǎn)是減少孔隙率，表面平整度在施工過程中往往難以達(dá)到規(guī)范要求，為考慮幾何尺寸偏差對(duì)襯砌厚度的影響，當(dāng)河道縱坡大于1/250 時(shí)，建議設(shè)計(jì)襯砌厚度不小于0.6m。

5）根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)防洪堤襯砌護(hù)坡長度大于10m 時(shí)，機(jī)械施工難度增加，容易對(duì)鉛絲產(chǎn)生破壞，不宜采用本結(jié)構(gòu)。