安徽柏年河干沙河段防洪工程加固方案研究

梁軼飛

(桐城市水利局，安徽 安慶 231400)

1 工程概況

干沙河為柏年河的支流，流域上游原與三灣河流域相鄰，伊洛排澇站建成后流域被合界高速截?cái)?，合界高速以西匯水通過伊洛排澇站排入柏年河，合界高速以東徑流匯入干沙河，下游經(jīng)永福閘入柏年河。

干沙河段防洪工程主要針對(duì)干沙河雙港鎮(zhèn)段，涉及福橋村、長楓村及雙鋪村三個(gè)自然村，為河流沖洪積圩畈區(qū)，屬丘陵地貌單元。工程起點(diǎn)為鄉(xiāng)村中閘處(河道樁號(hào)K0+000)，終點(diǎn)位于新安圩永福閘處(河道樁號(hào)K3+833)，總治理河段長約3 833 m。河道流向自西北至東南，整體呈NW47°展布，河道基本順直?，F(xiàn)狀河底高程約為11.1～12.4 m，河道主槽寬度約為10～60 m。

工程區(qū)地表一般為第四系全新統(tǒng)地層所覆蓋，兩岸堤身一般為新近人工填土，未見基巖出露，在勘探深度范圍內(nèi)，出露和揭露的主要地層為下第三系望虎墩組砂巖(E1w)、第四系全新統(tǒng)(中細(xì)砂、中(重)粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘(壤)土、中粗砂)(alQ4)和近代人工填土層(Qs)。

干沙河是工程區(qū)內(nèi)地表水和地下水最低排泄基準(zhǔn)面，勘測(cè)期間區(qū)內(nèi)基本無降水，干沙河河道水位一般12.6～12.9 m，出口處柏年河水位一般12.5 m。工程區(qū)地下水主要類型為第四系孔隙水以及基巖裂隙水。

干沙河兩岸堤防均填筑于上世紀(jì)六、七十年代，主要利用土體多來源于堤線附近(圩內(nèi)農(nóng)田)，經(jīng)多次加高培厚而成。該工程僅左堤樁號(hào)K0+000～K0+380和右堤樁號(hào)K1+540～K1+690及K2+300～K2+930段堤身填土成分以中(重)粉質(zhì)壤土為主，夾少量砂土，其余兩岸堤身填土主要為中細(xì)砂、砂壤土，夾極少量輕粉質(zhì)壤土；現(xiàn)狀堤頂表層局部填筑0.6～0.8 m左右路基墊層，成分主要為礫質(zhì)壤土或碎石土。

河段兩岸房屋密集，堤坡較陡、堤腳臨槽；局部河道段河灘淤積；部分穿堤建筑物年久失修，設(shè)備老化，存在安全隱患等。70年代堤防潰破，2020年發(fā)生嚴(yán)重險(xiǎn)情，兩岸堤防險(xiǎn)工險(xiǎn)段較多，嚴(yán)重危及兩岸堤頂居民安全。為保障工程區(qū)內(nèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，對(duì)安徽柏年河干沙河段防洪工程的加固方案研究是必要的。

2 氣象水文

干沙河流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，氣候溫和，雨量豐沛。根據(jù)桐城氣象資料統(tǒng)計(jì)，桐城市年均氣溫在15.8℃～17.5℃，極端最高氣溫為40.6℃，極端最低氣溫為-12.5℃，7月平均氣溫最高，1月平均氣溫最低。干沙河流域降雨量較豐沛，年內(nèi)降雨分配不均勻，以沙河埠站為例，3-8月各月降雨量均在100 mm以上，且主要集中在5-8月，5-8月降雨量占全年的58.7%，6月份降雨量最大，占全年的18.7%，12月份降雨量最小。

干沙河流域無水文站、雨量站，附近有沙河埠水文站，沙河埠水文站位于潛山縣雙峰鄉(xiāng)金塥村，控制流域面積460 km2。本流域最大1 h、最大24 h暴雨多年平均值分別為48 mm、125 mm，Cv值分別為0.55、0.60。各頻率設(shè)計(jì)暴雨成果見表1。

表1 設(shè)計(jì)暴雨成果表

3 工程現(xiàn)狀

3.1 河道現(xiàn)狀

河道流向自西北向東南，河底寬3.6～32 m，深4.0～9.0 m，平均深度約6m，河底高程12.03～11.04 m，平均坡降約為0.24‰。兩岸植被較好，河底水生植物生長茂盛，主要為水葫蘆，阻礙行洪。

3.2 堤防現(xiàn)狀

3.2.1 堤頂現(xiàn)狀

左岸現(xiàn)狀堤頂高程16.52～19.06 m，右岸現(xiàn)狀堤頂高程16.20～20.08 m，堤頂寬度1.5～6.0 m，民房密集段堤身一般較厚，頂寬最大可達(dá)50 m左右。

3.2.2 堤身現(xiàn)狀

堤身填筑土料較差，僅左堤樁號(hào)K0+000～K0+380和右堤樁號(hào)K1+540～K1+690及K2+300～K2+930段堤身填土成分以中(重)粉質(zhì)壤土為主，夾少量砂土，其余兩岸堤身填土主要為中細(xì)砂、砂壤土，夾極少量輕粉質(zhì)壤土，抗沖性差，堤腳長期處于水下，受人為和動(dòng)物活動(dòng)等影響，局部堤腳掏空。據(jù)調(diào)查，2020年超標(biāo)洪水期多處堤段出現(xiàn)散浸、管涌等滲透破壞，局部堤段出現(xiàn)岸坡坍塌、現(xiàn)狀護(hù)岸沖毀等險(xiǎn)情，危害堤防安全。

4 工程加固方案

4.1 河道疏浚

現(xiàn)狀河道為圩區(qū)河道，河床比降小，流速慢，導(dǎo)致河道內(nèi)水生植物生長茂盛，主要為水葫蘆，嚴(yán)重阻礙行洪；兩岸堤頂房屋密集點(diǎn)多，受人為活動(dòng)影響，多處岸坡植被破壞，加上堤身多為砂性土，水土流失嚴(yán)重，進(jìn)一步加重河床淤積。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，河道斷面呈上陡下緩狀，河岸植被根莖裸露，主要因河岸岸坡陡，長期坍塌導(dǎo)致，致使河道行洪斷面逐年縮窄，水土流失日益嚴(yán)重。本次工程擬對(duì)治理段河道進(jìn)行全線清淤疏浚，總長 3.833 km，結(jié)合河道現(xiàn)狀跨河建筑底板高程及河底高程，設(shè)計(jì)河道清淤疏浚以縱向疏浚為主，河道設(shè)計(jì)縱坡比降采用 0.03‰～0.6‰，設(shè)計(jì)河底高程為12.03～10.80 m，疏浚深度 0～1.65 m，疏浚底寬 8～32 m。共計(jì)疏浚土方量3.95萬 m3。

4.2 堤身加培設(shè)計(jì)

堤身加培前，對(duì)有白蟻的堤段，先挖除蟻巢，再對(duì)其加以藥土回填，然后再進(jìn)行堤身加培。據(jù)初步調(diào)查，本防洪工程局部堤段存在白蟻危害，主要位于右堤樁號(hào)K0+950～K1+050段，長度約為100 m。

堤身加高培厚采用素土回填，采用開挖土方，不足部分外運(yùn)土，壓實(shí)度不小于0.91。為保證新老堤身結(jié)合緊密，加培前應(yīng)對(duì)新老結(jié)合面進(jìn)行清基，清基范圍超出加培邊界0.5 m，要求徹底清除表面草皮、樹根、竹根、石塊及浮土等，清基厚度不小于0.3 m。

4.3 堤身、堤基防滲

4.3.1 多頭小直徑攪拌防滲墻

多頭小直徑攪拌防滲墻以連續(xù)的攪拌樁形成防滲墻體，適用于粘土、砂土、粉土、粉質(zhì)黏土、含有粒徑小于5 cm的砂礫石層、淤泥及含有粒徑小于20 cm的孤石，抗?jié)B性好、造價(jià)較低，防滲處理深度較大，適合堤身和堤基防滲處理，但對(duì)舊堤堤身填土密實(shí)度的提高無作用、工期較長[1]。截滲墻直徑采用0.4 m，理論成墻厚度250 mm，相對(duì)不透水層埋深較淺時(shí)，截滲墻進(jìn)入相對(duì)不透水層≥1.0 m，每米水泥用量約為15 kg。布置圖如圖1所示。

圖1 多頭小直徑攪拌防滲墻布置圖

4.3.2 堤身堤基防滲典型設(shè)計(jì)

防滲墻布置于堤外側(cè)，墻體中心線距離現(xiàn)堤頂外側(cè)邊線1.2 m，多頭小直徑攪拌樁截滲墻水泥摻入重量比擬定15%，底部進(jìn)入相對(duì)不透水層約1.0 m，防滲墻墻體高度約2.5～12.3 m，樁徑0.4 m，樁心距0.3 m，成墻厚約0.25 m，控制滲透系數(shù)k≤1.0e-06cm/s[2]。多頭小直徑防滲墻處理總長度2 323 m，處理范圍見表2，堤身防滲設(shè)計(jì)典型斷面圖見圖2。

表2 多頭小直徑防滲墻加固處理范圍

4.4 護(hù)岸護(hù)腳工程

4.4.1 護(hù)岸設(shè)計(jì)

1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本次護(hù)岸設(shè)計(jì)總長265 m，其中拆除重建護(hù)岸14 m，新建護(hù)岸251 m。具體對(duì)應(yīng)堤段見下表3。

表3 護(hù)岸統(tǒng)計(jì)表

圖2 堤身防滲設(shè)計(jì)典型斷面圖

2)漿砌石擋墻

圖3 漿砌石擋墻典型斷面圖

3)生態(tài)擋墻+預(yù)制塊護(hù)坡

圖4 生態(tài)擋墻+預(yù)制塊護(hù)坡典型斷面圖

4.4.2 護(hù)腳設(shè)計(jì)

根據(jù)地勘資料，兩岸堤防以中細(xì)砂、砂壤土為主，堤身下部多為中細(xì)砂，抗沖能力較差，其中穩(wěn)定性較差類岸坡的長度占76.8%，必須要進(jìn)行堤防加固處理[3]，其他堤段根據(jù)需要設(shè)置；考慮兩岸堤腳的穩(wěn)定及河道岸線美觀，結(jié)合堤腳坍塌現(xiàn)狀，對(duì)治理河段進(jìn)行生態(tài)護(hù)腳。

河道護(hù)腳采用階梯式生態(tài)擋墻斷面型式。由基礎(chǔ)、墻體和土工布組成。護(hù)腳的基礎(chǔ)采用厚0.4 m的C25素混凝凝土結(jié)構(gòu)，鄰水側(cè)設(shè)置0.4 m高擋坎，頂寬0.3 m，基礎(chǔ)下設(shè)0.1 m厚碎石墊層；墻體采用C30預(yù)制的高0.5 m生態(tài)砌塊壘砌，寬1 m，長2 m，共壘砌4塊；墻體后設(shè)300 g/m2土工布一層。基礎(chǔ)以上三塊擋墻內(nèi)采用碎石塊回填，粒徑不小于0.1 m，頂層擋墻內(nèi)采用腐殖土回填，種植地被植物。墻后設(shè)置1 m寬平臺(tái)后與現(xiàn)狀岸坡連接(見圖5和圖6)。

圖5 階梯式生態(tài)擋墻

圖6 階梯式生態(tài)擋墻實(shí)體圖

5 結(jié)語

安徽柏年河干沙河段防洪工程采用堤身加培設(shè)計(jì)、堤身堤基防滲設(shè)計(jì)、護(hù)岸護(hù)腳設(shè)計(jì)等加固治理方法，有效遏制了河道、河灘地持續(xù)侵占行為，確保河道行洪順暢，提高了河道泄洪能力，緩解了沿河兩岸農(nóng)田、城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村的內(nèi)澇問題，改善和提高河流水動(dòng)力條件、增強(qiáng)水資源水環(huán)境承載力、提高水體自凈能力、保護(hù)水域生態(tài)環(huán)境、恢復(fù)自然岸線，是充分發(fā)揮河湖水系連通的資源、環(huán)境、生態(tài)等多種功能的水利工程。