瀑拉河工程水毁修复及岸坡防护设计

马开彬，褚 鹏，杜 明

（烟台市水利建筑勘察设计院，山东 烟台 264001）

瀑拉河位于烟台市莱山区院格庄街道办事处，发源于院格庄街道办事处朱唐夼村南约3.5 km处的山丘区，由东南向西北流入外夹河。本次修复范围为瀑拉河规划设计工程（一期）治理段，长2.83 km。2013-07-12，烟台莱山区12 h降雨量达118 mm，核算瀑拉河污泥洼河支流以上洪峰流量228.1 m3/s，洪水频率达30年一遇，导致瀑拉河超标准行洪，一期工程2.83 km段两岸新建堤防冲毁严重，溢流堰两岸形成冲沟。

1 河道陡坝水毁原因分析

1.1 大坝设计标准低

早期建设的干砌陂坝或浆砌重力坝是陂坝水毁的主要坝型，这一类坝的建坝历史往往较长。由于设计标准低，又受当时建坝材料限制，如没有胶结材料或长期运行胶结材料老化脱离失效，石头间产生松动间隙，整体性能差，经多次洪水冲刷造成局部毁坏，如不及时维修，可能造成整座坝体水毁。

1.2 坝下坦水水毁

这一类陂坝往往建于非岩基上，建设时间较早，尾部采用松桩、松栏固定。由于洪水冲刷、河床演变，非岩基坝（尤其是山区河流河床坡降较陡的）一旦坦水下部砂石被掏空，则造成坦水沉陷变形破坏，最终将导致整座或一段陂坝水毁。

1.3 防洪设施不完善

坝肩两岸地势较低，又无基岩，且防洪堤不完善或防洪高度不足，洪水漫过坝肩两岸，先冲岸坡，后毁坏坝端，形成绕坝溪流(河床改道)，往往造成绕坝段水毁。由于坝基地质条件差异造成不均匀沉陷或坝下局部掏空造成拦河坝横向裂缝，导致一端拦河坝倾覆冲毁等。

2 工程计算

2.1 起始断面水位

水面线推求起始断面位于瀑拉河一期治理末端10号堰，即桩号4+730断面。20年一遇洪水起始水位为48.63 m，起始流量 250.4 m3/s，以此水位和流量向上游推求水面线，遇溢流堰处以堰顶水位为起始水位，逐段向上游推求。

2.2 河道糙率

河道糙率与河道形态、粗糙度、植被、水位（流速大小）、河道曲直等因素有关。瀑拉河河底主要为砾砂，糙率取0.025，两岸边坡种植物绿化，糙率取0.04，河道综合糙率取0.03。

2.3 过堰局部水头损失

根据《水力计算手册》（第二版），过闸、坝等建筑物堰上水头计算公式计算出堰顶水头及堰顶水位，以此水位为起始水位向上游推求水面线；堰后水位根据下游段推求水面线的过程求得。

2.4 桥墩阻力局部水头损失

根据《水力计算手册》（第二版），桥墩水头损失系数根据桥段面处过水面积与桥下游临近断面过水面积的比值计算求得。莱院路交通桥（桩号5+723）为钢筋混凝土灌注桩板桥，计算得桥墩阻力局部水头损失为0.1 m。

3 瀑拉河水毁修复及岸坡防护方案

堰两侧大冲沟设一道C25钢筋混凝土刺墙，厚0.5 m，底部与堰基础底面齐平，顶部至景观平台沥青混凝土下，刺墙上游侧竖直方向设Φ16@200钢筋，水平方向设Φ12@200钢筋，混凝土保护层厚度不小于50 mm。刺墙位于堰中，靠近堰侧与堰体可靠连接，靠岸坡侧伸入冲沟外侧岸坡不小于2.0 m。刺墙上、下游沟槽回填采用壤土回填并分层压实，压实度不小于0.92。

3.1 防护方案

1）平台防护。堰头最大落差为1.9 m，位于8#堰下游两侧。堰头平台基础为150 mm厚的灰土和10 cm厚的C25混凝土，结合上下游水头差2.38 m及单宽流量5.22 m3/s，根据水闸设计规范消力池底板抗冲计算底板厚度为0.43 m。从计算的结果可以看出，设计的平台基础较薄，建议增设一层Φ12@200构造钢筋和齿墙，以提高整体性和抗裂作用。

2）堰上下游附近坡面防护。堰头水面变化大，水流条件复杂，由层流变为紊流，流速为2.25～3.28 m/s。适用于这个流速的方案有混凝土面板、浆砌方块石、生态混凝土方案，因混凝土面板景观效果差，不适用于该工程，仅对后两个方案进行技术经济比较。

方案一：浆砌方块石方案。20年一遇洪水位+0.5 m高程以下、堰上游10 m、防冲槽下游10 m范围内斜坡面采用厚0.2 m的M10浆砌方块石护坡，坡比不大于1∶1.5，首末两端均设0.8 m深的齿墙，坡底设1.5 m深、0.8 m厚的M10浆砌块石基础，坡顶为M10浆砌粗料压顶石。护坡石下部设0.15 m厚碎石垫层及200 g/m2土工布一层。

方案二：生态混凝土护坡方案。护坡范围同浆砌块石护坡方案，坡面采用0.12 m厚的绿化混凝土块，下设一层200 g/m2土工布。

方案比较：浆砌块石护坡可靠性高，就地取材，质量好，施工方便；缺点是美观性、生态性较差。生态混凝土护坡作为一种新开发的产品，绿化效果好，但在附近莱西的应用效果一般，投资价格高。故推荐采用浆砌块石护坡方案。

3.2 堰间连接段护坡方案

1）护砌范围。根据计算，该段流速在0.97～2.68 m/s之间，大部分河段在1.7～2.2 m/s之间，岸坡砂的不冲流速为0.7 m/s，原设计全部采用草皮护坡不太合适，重点部位必须采用防护措施。岸坡坡比在 1∶2～1∶10 之间，大部分河段坡比在 1∶3～1∶5之间。对于弯道凸岸和小于1∶5的缓坡段，推荐采用植物防护措施，即植草防护，初期加强草皮养护，确保植物生长良好。其余弯道凹岸和大于1∶5的陡坡段，推荐采取工程防护措施。

2）工程防护方案。护砌范围采用分段护砌，根据瀑拉河生态治理的功能特点，适应于该工程的护坡方式有镀高尔凡雷诺护垫护坡、生态混凝土护坡方案。

方案一：雷诺护垫方案。20年一遇洪水位以下采用雷诺护垫护坡，系厚17 cm的镀高尔凡雷诺格宾网内装碎石，下设200 g/m2土工布一层，底层为20 cm厚种植土，雷诺护垫里面空隙充填种植土，坡面植草护坡。雷诺护垫具有绿化效果好、变形能力强的特点，施工简单，造价中等。

方案二：雷诺护垫与生态混凝土结合的护坡方案。对坡比大于1∶3的陡坡及弯道凹岸，采用抗冲能力强的生态混凝土护坡，其余范围采用雷诺护垫护坡。

方案比较：雷诺护垫具有绿化效果好、变形能力强的特点，施工简单，造价中等。生态混凝土护坡具有抗冲能力强的特点，但造价高。推荐采用雷诺护垫与生态混凝土结合的护坡方案。

4 结语

陂坝水毁原因很多，修复时要具体分析水毁原因，不宜原样简单再修复。为保证水毁设计的科学合理，在设计时要认真研究水毁工程所在地的地形、地质条件和下泄水流流态，尽量避免防洪堤防堤线与水流流线呈角度交叉。同时，建议水库管理单位认真研究洪水调度原则，尽量避免同一泄水建筑物集中大流量下泄的情况发生，以保证下游河道水流流态平稳，最大限度地减少水流对下游防护堤的冲刷破坏。