皂河入渭口段河床下切治理措施浅析

韩晓荣杨莉

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

皂河入渭口段河床下切治理措施浅析

韩晓荣杨莉

（陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安710001）

本文对皂河入渭口段河道下切原因进行了分析，针对河床地层岩性为砂土软基的实际情况，采用格宾石笼柔性护脚以适应地基变形要求，在治理末端修建格宾石笼深齿墙与渭河南岸大堤基础相接形成封闭屏障以阻止河床进一步冲刷下切。实践证明，此方案对河道起到了显著的防护作用，可供后续类似工程设计参考。

皂河；河床下切；格宾石笼护脚；深齿墙；方案设计

1 工程概况

皂河发源于西安市长安区水寨村，流经长安区申店、韦曲，在下塔坡入西安城市段，全长33.5km，流域面积331km2，河道平均比降1.4‰。西安市城区段长27.34km，接纳城区约277km2面积的雨洪排水。

2001年西安市政府对皂河排洪工程进行治理，于2004年12月底完成，运行几年后，皂河入渭口段呈现淤积状态，且日益严重，2007年进行了河道清淤。2008年11月渭河西安城市段南岸堤防加固工程启动，对原皂河入渭区域河道进行了裁弯取直，皂河在渭河的汇流长度由原来的5.3km减少到2.266km，河道比降变陡，流速加大，西站皂河桥至入渭口段河底不断受到淘刷下切，河道两岸堤防的浆砌石、铅丝石笼基础不断的出现跨塌、倾斜，致使河道堤身两岸护坡局部也出现垮塌破损，2010年8月、2012年4月对新建皂河桥下河底高程进行实测，淘刷深度分别为1.8m、3.0m，河床在严重下切；若不及时对河道进行加固治理，堤防基础及岸坡垮塌现象将日益加剧，危及堤防安全。

2 设计原则

本工程为加固工程，原堤防堤身完整性较好，可以加以利用，以减小工程投资，主要针对堤脚冲刷及河床下切问题进行处理。处理措施应本着经济合理、施工安全方便、工程效果显著的原则，对各种可能实施的方案进行比较。

3 设计方案选择

2004年西安市政府已对本治理河段两岸堤防修建完成，经水力复核该堤防工程堤线、堤距满足本次设计洪水标准要求，利用现有堤防具有工程量小、措施简单、费用省、对两岸扰动较小等优点，因此本次河道治理基本维持现有堤线布置，设计主要任务为：堤防基础加固、阻断河床下切。

3.1 堤防基础加固方案

（1）方案一：根据冲刷计算结果，堤防平顺段、转弯段基础应分别埋置于深泓以下0.8m、1.4m。顺现状堤防临水侧坡比1：1.5方向向河道下部挖深，至设计基底高程，修筑浆砌石护坡及基础。此方案存在的问题是：因河床地基岩性为细砂和中粗砂，且因地下水位的影响，开挖过程中可能因流沙而使边坡垮塌难以成型，施工难度非常大，导致施工临时工程量剧增而工期延长，并影响堤防安全。经分析论证，认为对于砂土柔性地基，采用柔性材料对堤防基础进行水平防护，适应地基变形能力较强且施工方便，特此提出方案二。

（2）方案二：对堤防基础按现状地面形式设置水平防护基础，其宽度根据冲刷深度及达到最大冲刷深时形成的稳定边坡确定。由计算及地质调查，平顺段和斜冲段冲刷深度分别为0.8m、1.4m，稳定边坡1:2.5（细砂和中粗砂，水下），所需要的水平防护基础宽度分别为2.0m和3.5m。

两岸堤防设置水平防护基础后，对河道中间无砌护河床宽度较小河段，会形成一个冲刷薄弱带，为尽可能减小冲刷，设计对此段河道河底均进行衬护。对河底宽度稍宽河段，堤防基础水平防护后，河道中间无砌护宽度较大，最初拟对河底不进行衬护，但考虑到：①河床岩性为细砂和中粗砂，抗冲能力较小，遇较大流速则冲起悬浮于水中，随水流冲走，造成河床进一步淘刷下切，为提高河道抗冲能力、稳定河床，对此段河底进行衬护是必要的；②本段河道长度不大，在上游河底已经衬护的情况下，单留此一小段冲刷薄弱段而危及堤防基础安全不甚合理；③河底衬护后可增加平整度，防止水草生长，提高河道过流能力。所以经综合分析，对此段河道河底进行衬护。

3）防护材料选择：堤防基础采用浆砌石、砼和格宾石笼三种砌护型式进行比较，前两种均为刚性结构，适应地基（细砂、中粗砂）变形的能力差，地基发生不均匀沉陷易产生剪切破坏，且工程量和投资较大，据调查西站皂河桥上游河底在2004年综合治理时采用浆砌石砌护，局部因河底不均匀沉降已产生破坏；格宾石笼为柔性结构，适应地基变形能力强，施工方便，投资省，对现状河底稍做修整，铺筑0.5m厚格宾石笼即可。推荐采用格宾石笼水平防护方案。

（4）加固河床：要从根本上解决堤脚淘刷破坏问题，关键是要阻止河床进一步冲刷下切，最初提出在工程末端（新皂河大桥下游）河床设置旋喷砼墙方案截断河床冲刷下切，随着设计工作的深入，与工程各方的沟通探讨，认为此方案对施工机械要求高、施工难度大且工期长、费用高。根据2009年开始西安渭浐河城市段管理中心每年对新皂河大桥处河底高程测量结果，4年内河道冲刷下切已余3m，而近两年下切缓慢，趋于平衡，结合工程实际，设计改为在皂河出口河床开挖沟槽设置一定深度齿墙方案。齿墙布置如下：在本工程末端河床设置格宾石笼深齿墙，两端与渭河南岸大堤基础相衔接，形成封闭的阻止河床进一步冲刷下切的屏障，齿墙深3.0m，长度116.64m，顶面高程370.5m，底面高程367.5m，此处渭河大堤基础高程约为372.2m，齿墙较渭河大堤基础高程低4.7m，两端采用斜坡型式与渭河大堤基础相接。

齿墙与原过水堰上游坡相重合，将重合部分堰体拆除修筑齿墙，下游利用原堰体抛石体作为海漫，将原堰体369.50m高程以上部分拆除，沿整个堰面铺筑一层1.0m厚格宾石笼防止冲刷。

3.2 滚水坝设计方案

图1 齿墙布置剖面图

图2A-A剖面图

为稳定河床，防止河床进一步下切，在新皂河大桥下游10m处修建一座宽顶堰式滚水坝，以使坝上游河道形成淤积态势，堤防垮塌破坏基础埋置于淤积面以下，可不进行加固处理。设计堰顶高程372.91m，与原2004年皂河综合治理此处设计河底高程相同，而较现状下切河床高2.91m。堰顶长度165m，宽度6.68m，从堰顶以1:4的斜坡与下游护坦相接，堰基宽度18.32m，高程366.0m，置于深泓线以下4.0m中粗砂地基上，堰高6.91m，堰身采用浆砌石砌筑。堰下游设置长10m、厚1m的浆砌石护坦，护坦后设置长20m、厚1m的格宾石笼海漫，防止水流对堰基的冲刷。滚水坝剖面设计见图3。

滚水坝的修建，使上游河道形成淤积，最终使坝址以上河底高程恢复到原设计高程，可维持上游河道河床稳定，阻止河床进一步下切，保证堤防基础安全。但滚水坝抬高了工程末端现状河床的高度，水流能量积聚于此，下游消能难度增加，冲刷剧烈，使坝基淘刷破坏，工程措施失效。

3.3 方案比选

两方案各有优缺点。滚水坝方案上游堤防基础不进行加固，总工程量相对较小，但坝基处理工程量大，坝下游消能难度大，冲刷严重，且皂河排放的是西安市工业和生活污水，由于坝的拦挡作用，污物易堆积于河道内，对周边生态环境及附近居民健康造成极大影响，与现有西安经济技术开发区、六村堡工业园区及现代农业综合开发区的大环境不相适应，对招商引资造成不利影响。堤防基础加固方案虽格宾石笼衬护方量较大，但污物不会堆积于河道，对周围环境不会造成影响，格宾石笼为柔性结构，适应地基变形能力强，防护性能好，施工方便，对于软土地基是一种适应性较强的堤防基础加固方式，综合比较后采用加固堤防基础、加固河床末端方案。

4 技术难点及处理措施

河床地基岩性为细砂和中粗砂，地质建议开挖坡比细砂水上1：1.25，水下1:2，中粗砂1:2，稳定开挖坡比较缓。深齿墙施工时，两岸滩地段现状地面较高约为375.15m，而齿墙基底高程367.50m，开挖高度达7.65m，若按1：2稳定边坡开挖，开挖范围大，可能对齿墙上游新皂河大桥基础造成破坏，影响大桥安全，另一方面开挖工程量较大。施工单位在施工过程中采用1：1较陡边坡开挖而加强边坡临时支护型式，但在开挖过程中因河道水位过高为369.5m左右，齿墙基础高程为367.5m，高差2m左右，水位以下基槽开挖流砂量大，边坡边挖边塌，难以成型，基坑中积水排泄不及，导致无法施工，经研究，提出如下解决措施：将齿墙底层1m厚格宾石笼改为水下抛石，减小施工难度，推进项目进展。方案调整后，齿墙施工顺利完成。

图3 滚水坝纵剖面图

5 洪水检验

工程于2014年8月竣工，经过2014年、2015年两个洪水季节过洪考验，治理段河道河床无下切淘刷现象，下游水流出流平稳顺畅，堤防堤脚及深齿墙结构完好无损，证明工程所采取治理措施安全有效。

6 结语

一般加固工程受到原工程各种条件的制约影响，给设计、施工造成一定的难度，需从原工程根本出发，尽量加以利用，以节约投资。在加固原工程不能达到应有的作用时，在有条件且经济合理的情况下，可增加局部新建工程措施。工程设计时，应放眼工程项目长远效益，综合考虑工程投资、施工条件，运行管理等各种因素，使设计方案达到最优。

皂河入渭口段河道治理工程设计中几个值得借鉴之处：有效利用原堤防节省工程投资；吸取上游河道治理经验教训，采用柔性护脚材料以适应软土地基变形要求；河道下游设置深齿墙有效解决了河床进一步下切问题。陕西水利

[1]堤防工程设计规范GB 50286-2013［S］.中国计划出版社，2013.

（责任编辑：畅妮）

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