罗山县青蓬冲防洪治理工程设计

2016-10-17信阳市水利勘测设计院

河南水利与南水北调 2016年8期

□李　娟（信阳市水利勘测设计院）

罗山县青蓬冲防洪治理工程设计

□李娟（信阳市水利勘测设计院）

文章从格宾挡墙护岸的结构特点、设计原理、施工工艺及稳定计算等方面介绍了格宾挡墙在青蓬冲山洪沟防洪治理工程岸坡护砌中的应用，工程实施后，不仅提高治理段的行洪能力、减轻山洪灾害，而且能与周边环境完美融合，从而有力推动区域经济快速发展，对类似工程的建设具有一定的指导意义。

山洪沟防洪治理；岸坡护砌；格宾挡墙

1　工程概况

信阳市罗山县地处河南省南部、大别山北麓、淮河南岸，地势西南高、东北低；铁铺镇位于罗山县西南部，豫鄂交界的大别山区，镇域总面积127km2。青蓬冲于铁铺镇镇区段末端汇入九龙河。九龙河是淮河一级支流竹竿河上的重要支流之一，流域面积298 km2，流经罗山县铁铺镇、彭新镇、潘新镇、周党镇四个乡镇，于罗山县周党镇龙镇村入竹竿河，河道全长45 km，河道平均比降1/526。

青蓬冲铁铺镇三河桥以上河道右岸岸顶为乡镇交通路和农田，左岸为山岗，现状河道主河槽宽8.50～52.60m，河底平均比降约为1/187，河道相对稳定性较差，该段河道相对上游河沟平缓宽阔，上游山体风化垮塌随洪水狂奔直下，至此洪水流速变小，砂卵石、块石沉积，致使该段河道淤积严重，局部河段断面缩窄，部分河岸崩塌、滑坡，河道行洪能力逐年降低，危及两岸村镇居民及沿岸农田的安全。对青蓬冲山洪沟河道进行治理，以减轻洪水对沿岸危害，从而保障沿岸居民生命财产及两岸农田的安全。为防止岸坡坍塌，抵御洪水冲刷，根据工程实际情况，分段对河道岸坡进行护砌。

2　岸坡护砌方案选择

铁铺镇红色、生态旅游资源极为丰富，有历史名胜“九里关”、红色旅游经典景区“红二十五军长征出发地”、全国林业绿化千佳村“北安山”等众多自然、人文景观。2013年，该镇被省政府表彰为省级绿化模范乡镇，何家冲村入选省级美丽乡村试点村。设计岸坡防护不仅要满足工程的稳定性，结构的耐久性，同时还要与铁铺镇开展的美丽乡村建设协调一致，注重结构与自然环境协调融合。

传统的混凝土护岸抗冲刷能力强，美观，整体性好，不易被破坏，但施工难度较大，损坏后修复困难，对改善生态环境不利，投资较大；浆砌石护岸一般能就地取材，充分利用当地资源，且有较好的消浪作用，能很好地经受风浪冲刷，但从已建砌石护岸的情况分析，也存在一定的不足，外界因素作用下个别块石脱落离位能引起较大面积的破坏，同时与美丽乡村建设难以相映衬，且传统混凝土和浆砌石护岸将河水与土人为的分割开，不能形成水土自由交换，日积月累，河水不能自净，无法满足生态环保需要。综合考虑安全性、经济性和生态性，针对岸坡实际情况，拟采用墙式护岸结构：格宾生态挡墙。面墙退台0.50m，用于绿化（如台阶土工包袋、种植攀爬植被等）。方案中结构钢丝均采用高镀高尔凡进行防腐处理，以提高结构使用耐久性。

3　工程设计

3.1结构特点

3.1.1柔性+透水性

格宾为柔性结构，能很好的适应地基的不均匀沉降，且具有较好的透水性，同时，结构所具有的空隙能促进土壤淤积，为植被生长提供稳定的土壤环境。

3.1.2抗冲性

双绞网与石料所组成的空隙结构还能在一定程度上弱化水流冲击，降低水流流速，避免了由于结构后的土体被水流的直接淘刷而造成的岸坡崩塌、垮塌等破坏出现。

3.1.3环境亲和性

青蓬冲两岸林茂谷幽，清泉潺潺，美景天成，为天然的红色旅游胜地，格宾挡墙能与两岸环境完美融合，工程完工后不久即可生长自然植被，实现施工后生态环境的迅速恢复与重建。

3.1.4耐久性

格宾采用的钢丝经过严格的表面防腐处理，根据本工程所处环境，选择高镀高尔凡方式对钢丝进行防蚀处理，以保证结构的使用年限。施工后很快生长出的自然植被与结构本身的完美结合可以进一步增强结构耐久性。

3.1.5施工便捷性

可采用机械和人工相结合的施工方法，施工效率高。一般的普通工人经过简单讲解即可参与施工，施工过程受季节性气候条件限制机会相对较小，施工速度可以达到传统的浆砌石和混凝土结构施工的3～5倍。

3.1.6经济性

格宾挡墙对基础要求相对宽松，减少基础开挖；填充材料可利用青蓬冲河道内的卵石、片石或者是块石，由于就地取材，价格低廉；无需反滤层，大大降低造价；施工周期短，节省施工成本。

3.2设计原理

格宾重力式挡墙的基本稳定原理同传统的浆砌石重力式挡土墙和混凝土重力式挡土墙相同，都是通过墙体自重来维持稳定。格宾重力式挡土墙的外部型式通常有外台阶、内台阶、宝塔式和阶梯式四种。考虑到青蓬冲左岸岸顶即为交通路，为减少开挖，保持正常交通，设计采用外台阶式，即迎水面为台阶式。

3.3施工工艺

施工前，先对岸坡进行清基，尽可能保持岸坡原有形状，清除突出的树根、石块等坚硬、尖锐杂物，将基础夯实刮平后进行垫层铺筑，之后进行钢丝石笼的砌筑。

3.3.1组装

将折叠好的格宾单元取出放置于坚硬、平整的表面上，打开并展开后调正，各面板垂直摆放，并在面板间采取用边端钢丝互相缠绕的方法绞合牢固，使得所有隔、背板与前、侧面板都能充分绞合，绞边钢丝应缠绕两次，一次是固定在加粗边端钢丝上，另一次是在面板绞合时。为对箱体定型加固，在箱体内设八字线。

3.3.2安装

根据施工组织设计，将预先组装好的箱体放置至设计选定位置，用绑线与相邻箱体用扎线连接，充分绞合以保证构成一个连续的整体结构，当底层的格宾单元安装完成后，用绑线沿新组装格宾单元下部边框将其固定在已安装好的底层格宾单元上，上、下层箱体错缝搭接，再重复同一层相邻箱体的绑锁。

3.3.3填充

在同一水平层施工时，应将格宾单元箱体全部就位安装后才能开始填充石料，石料摆放有序、合理，大小均匀、密实，严禁使用锈石、风化石，箱体填石块径9～20 cm；护垫填石块径9～15cm。填石时，要求层箱均匀放置，及时调整箱体线条，保证砌体线条平顺，倾斜度一致，面墙外表面的石头采用手工摆放，并尽量将相对较平的一面朝外摆放。为了防止格宾网变形，格宾上表面应保持平整，且尽可能地降低空隙率，以保证顶板能够与上一层格宾充分连接。

3.3.4闭合及填筑

当格宾笼内填满石料且空隙率降到最低后，将顶盖盖下，选用合适的闭合工具将顶板拉伸并折叠，使各面板充分连接，用绑线将互相重合的格宾单元边框线螺旋状扭紧；在格宾挡墙与回填土间铺设聚酯长纤无纺布，无纺布应在上部和下部各折入30 cm，在砌筑好的格宾挡墙上铺填10～15 cm的腐植土，以便植被生长。

3.4稳定计算

3.4.1计算断面

选取治理后典型断面进行计算。其断面图见下图。

3.4.2设计参数

格宾挡墙摩擦角为40°，凝聚力为12.50 kPa，容重17.5 kN/m3；墙后填土为砂性土，其摩擦角为30°，凝聚力为0，容重19 kN/m3；地基土为卵石，摩擦角为38°，凝聚力为0.50kPa，容重20kN/m3。

3.4.3计算方法及计算公式

将格宾挡墙看作刚体进行重力式支挡结构的安全分析。格宾挡墙墙背粗糙，排水良好，填土会嵌入墙背中，格宾与填土不会形成明显的界面，土压力合力作用方向与挡墙墙背的法线成φ夹角，φ为墙后填土的内摩擦角。

格宾挡墙墙后基于反滤要求铺设土工布时，土压力作用方向与挡墙墙背的法线夹角φ考虑一定的折减，与土工布的克重有关，当土工布克重≤200g/m2，根据试验数据，折减10%。参照《生态格网结构技术规程》，计算公式如下：

3.4.3.1抗滑稳定性验算

抗滑稳定安全系数Ks按下式计算：

式中：c0—基底粘聚力（kPa）；f—格宾挡墙底面与地基间的摩擦系数，f=0.58；ΣG—作用在格宾挡墙上全部竖向荷载之和（kN）；ΣH—作用在格宾挡墙上全部水平向荷载之和（kN）。

3.4.3.2抗倾覆稳定计算

抗倾覆安全系数可按下式计算：

式中：ΣMV—对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）；ΣMH—对挡土墙基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

3.4.3.3基底应力验算偏心矩按下式计算：

基础底面的最大、最小应力可按下式计算：

3.4.3.4计算成果

表1　格宾挡墙稳定计算成果表

格宾挡墙稳定计算成果见表1。

通过马克菲尔公司软件MacstarsW分析，格宾挡墙稳定性满足规范要求。根据地质勘察报告，挡土墙基础均坐落在卵石层上，地基承载力为280kPa，从上表可知，地基应力满足承载力要求。

4　结语

考虑治理段山洪沟两岸为农田或道路，本着少占耕地、维持正常交通、因地制宜的原则，同时与铁铺镇"美丽乡村"建设协调一致，岸坡防护采用生态型格宾挡墙，作为一种柔性挡墙，格宾具有透水性、抗冲性、环境亲和性、耐久性、施工便捷性和经济性等优点，工程实施后，其内植入的植物可形成一条绿色生态景观长廊；加之工程右岸岸顶即为乡镇公路，路基会因长期浸水而导致失稳，而格宾挡墙的透水性恰好能较好地避免这一点，同时透水性还可释放墙背面的水压力，从而减小挡墙体积，降低工程造价，经济效益良好。

（责任编辑：蔡传运）