某應(yīng)急工程堤防型式研究

王軍

（甘肅省水利水電勘測設(shè)計研究院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 前言

應(yīng)急工程堤防要求在主汛期前完成施工。因此，因地制宜的堤防型式是防洪工程設(shè)計及施工設(shè)計成敗的關(guān)鍵。文章結(jié)合某防洪堤防工程實例，從堤防材料、斷面形式、工程造價及工程特性等視角入手，對防洪工程堤防型式進行選擇研究，確定最優(yōu)堤防選型方案，這對今后實施同類工程設(shè)計、施工具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。

1 項目背景

2020年8月中旬以來，××縣受持續(xù)強降雨影響，出現(xiàn)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害以及百年不遇洪水災(zāi)害，多處道路中斷，××江干流及其支流、山洪溝道部分河段發(fā)生改道、淤積、河床抬升等問題；沿河沿江兩岸房屋、農(nóng)田被沖毀，水利基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴重。根據(jù)河道現(xiàn)狀，結(jié)合河道兩岸地形條件，××縣××江防洪重點段災(zāi)后重建應(yīng)急工程治理涉及河道長約23.60 km。

工程建設(shè)的主要任務(wù)：一是通過對河道險工險段、人口集中鄉(xiāng)村段、農(nóng)田集中連片段等河段進行防洪工程建設(shè)，建立較為完善××江干流防洪體系，提高××江工程區(qū)段的防洪保障能力，保障當?shù)鼐用裆敭a(chǎn)安全，為沿河兩岸廣大人民群眾經(jīng)濟發(fā)展提供適宜的防洪安全保障。二是新建堤防、固定河床面及雍高水位、減緩溝道流速等措施，確?！痢两拥佬泻閷挾?，提高河道整體防洪能力，保護××江沿岸及村莊居民生命財產(chǎn)、農(nóng)田林地安全，為當?shù)亟?jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供保障。

2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)所處地貌特征，工程區(qū)地貌類型為巖質(zhì)高中山區(qū)及白水江谷地，大部分河段河谷呈不對稱發(fā)育，河谷地貌發(fā)育不全，河漫灘、階地等只在部分河段發(fā)育。由于河流沿山谷蜿蜒蛇行，河床縱坡較大，形成了較多的沖蝕岸及堆積岸，并在沖蝕岸形成了沖蝕陡坎。

工程水工建筑物有關(guān)巖性大部為河床、階地全新統(tǒng)漂石砂卵礫石，沖溝匯入段塊石碎石土。漂石砂卵礫石廣泛分布于××江河床、河漫灘及兩岸階地下部，厚度大于20 m，由漂石、卵礫石及砂組成，局部夾砂透鏡體（洪水淤積），青灰色，松散～中密，分選性較差，局部段水平層理清晰可見，漂石、卵礫石成分以砂巖、灰?guī)r、花崗巖及變質(zhì)巖為主，磨圓度較好，次圓、渾圓、橢圓狀居多，少數(shù)為次棱角狀，砂主要為石英、長石顆粒，以中粗砂為主，含泥量較小。塊石碎石土主要分布于沖溝洪積扇、洪積臺地和人工堆積臺地等，大小混雜，孤石、塊石含量高，無分選，厚度3～15 m不等，松散～中密。

工程治理段堤基地層漂石卵石混合土、砂、土層透鏡體組成，堤基地質(zhì)結(jié)構(gòu)分類為單一結(jié)構(gòu)。堤基地層允許承載力為400～450 kPa，堤基地層承載性能較好，是較為理想的堤基持力層。由于堤防較低，所形成的附加應(yīng)力較小，故不存在堤基穩(wěn)定及沉降變形問題。存在的主要工程地質(zhì)問題有河床沖刷和淤積、堤防基槽涌水和堤基滲透變形，較大沖溝附近堤岸存在沖溝的排洪及洪水沖蝕問題，以及岸坡穩(wěn)定性問題。

3 堤防設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

①堤防型式應(yīng)考慮堤防重要性、工期要求、與河床的適應(yīng)性、材料來源及延米造價等因素。②遵循堤防設(shè)計及施工相關(guān)規(guī)范要求。

3.2 斷面型式選擇

斷面型式選擇依據(jù)保護對象的重要程度、工期要求，并結(jié)合岸坡陡峻的地貌特征，斷面型式選擇仰斜式、重力式、衡重式三種混凝土結(jié)構(gòu)型式，工程典型斷面型式見圖1～3。

圖1 方案一（仰斜式典型斷面）圖

圖2 方案二（重力式典型斷面）圖

圖3 方案三（衡重式典型斷面）圖

三種方案的技術(shù)與經(jīng)濟對比表見表1。

表1 技術(shù)與經(jīng)濟比選表

堤防每延米混凝土造價占每延米堤防造價的權(quán)重最大，按照8.5斷面高度測算，各方案混凝土工程每m工程量比較見表2。

表2 堤防混凝土每m工程量比較表

綜上所述，方案一穩(wěn)定性差，與治理段河道縱坡大及岸坡陡峻的地貌特征不適應(yīng)；方案二、三雖總價高，但強度、抗沖能力及穩(wěn)定性好，能滿足工程保護對象重要性、工期緊迫及岸坡陡峻的工程特性。因此，為村民生命、財產(chǎn)安全，工程設(shè)計堤防采用重力式，針對高岸坎段，采用衡重式。

3.3 堤防材料選擇

3.3.1 方案一（現(xiàn)澆C20混凝土堤防）

優(yōu)點：整體性及剛性較好、抗沖刷能力強。

缺點：施工難度小，對地基穩(wěn)定性和承載力要求高，透水性較差；結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，每延米造價較高；屬于剛性堤型，抗基礎(chǔ)變形的能力差、易裂。

3.3.2 方案二（C15細?；炷疗鰤K石堤防）

優(yōu)點：整體性及剛性較差、抗沖刷能力弱。

缺點：施工難度高，對地基穩(wěn)定性和承載力要求高，透水性差；結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，每延米造價高；屬于剛性堤型，抗基礎(chǔ)變形的能力極差、易裂。

3.3.3 方案三（C20埋石混凝土堤防）

優(yōu)點：該方案具有強度高、抗沖刷能力強、穩(wěn)定性好等。

缺點：施工難度較高，對地基穩(wěn)定性和承載力要求高，透水性差；結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下，每延米造價低；屬于剛性堤型，抗基礎(chǔ)變形的能力較差、易裂。需要說明的是，該堤型對埋石整體性及抗壓強度要求高。石料天然重度不小于2.4 t/m3，凍融損失率＜1%，其飽和抗壓強度≥30 MPa，最大吸水率不大于10%，軟化系數(shù)不小于0.75，埋石混凝土含石率控制在20%。石料粒徑不宜小于30 cm，最大粒徑不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)斷面最小邊長的1/4。埋石料的含泥量應(yīng)≤0.5%。施工時，應(yīng)先鋪一層砼放一層塊石，再振搗密實至塊石沉入混凝土中，不得先擺石再澆混凝土。塊石應(yīng)分布均勻，石塊間距不小于10 cm，離開模板距離應(yīng)大于15 cm。每層澆筑混凝土厚度不得大于30 cm，塊石上下之間不得疊置，應(yīng)有10 cm以上的間距，最終層面，應(yīng)有10 cm純混凝土覆蓋層。

經(jīng)比選，各方案綜合性能見表3所示。

三種方案雖均能滿足堤防功能要求，方案一造價最高，但卻唯獨方案一滿足了保護對象重要性、工期緊迫、需施工難度低及就地取材的工程特性，因此，堤防材料采用現(xiàn)澆C20混凝土。

4 研究結(jié)論

堤防設(shè)計應(yīng)本著因地制宜、施工技術(shù)可行、經(jīng)濟合理及安全可靠的原則，考慮實際地形、地質(zhì)條件、建設(shè)條件及施工難度情況下綜合確定堤防型式。針對工程岸坡陡峻、需施工難度低、就地取材、保護對象重要及工期緊迫的應(yīng)急工程特性，著重考慮到村民生命、財產(chǎn)安全，堤防型式為現(xiàn)澆C20混凝土重力式及衡重式。

表3 方案綜合性能比較表