余庆河普兴河段生态护坡防洪堤设计

刘文达,白斌旭

(1.贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550002；2.西北农林科技大学，陕西 杨凌 712100)

1 工程概况

余庆河为长江流域乌江水系乌江右岸的一级支流，发源于瓮安县螺丝山大坡一带，经黄平县平溪镇、余庆县城和石阡县河坝乡后，汇入乌江。全流域集水面积1502km2，主河道长119km，总落差956m。普兴段在一期河道治理工程中由于受投资限制，仅对河道左岸进行过治理，治理长度为1.4km，治理范围为普兴大桥上游0.565km及下游0.835km。其余河段两岸为冲积沙滩及原始河坎未得到有效治理，河道未能形成封闭防洪体系，不能达到国家的防洪标准[1]，若遇洪水，必然对人民生命财产造成威胁。

根据河坝场乡普兴村地形及余庆河水系分布情况，治理工程以保护人口和农田为主兼顾美丽乡村建设。按10年一遇洪水设防(设计最大流量1220m3/s)，对余庆河普兴河段进行整治，提高防洪和行洪能力，保护农田1.5万亩，保护人口1.4万人。

2 河段防洪现状及治理措施

普兴治理河段位于余庆河河坝场乡，右岸为1.5万亩现代高效精品水果标准生产示范园。两岸多为天然土坎及冲积沙滩，河道内有大量砂卵砾石及河漫滩，对河道行洪造成较大影响。另外，人类活动造成部分水土流失严重，河床抬高，局部河段形成倒坡，加之余庆河洪峰流量较大，积水排洪不畅，使得普兴段不堪洪水重负，洪水时常淹没两岸田土，造成严重损失[2]。治理河段洪水淹没、右岸天然土坎、左岸冲积沙滩等现状，如图1所示。

图1 治理河段防洪现状

治理河段未能形成封闭系统，两岸大部分地势较为平缓，无防洪堤保护[3]。而河道洪峰较大，每遇洪水大量洪水会直接流入两岸农田及居民家中。泥沙随水流夹带至下游河段，抬高河床。个别河段弯折、跨河交通桥行洪断面较狭窄阻水，导致洪水向上游雍水严重。两岸为山地高效农业(扶贫)园区，由于汛期经常遭受水患，严重影响园区的建设。整治河段从上游普兴大桥处至下游印把山大桥段(M2～M15断面)处于余庆河的中下游，在猴子岩至印巴山之间，两岸开阔，多漫滩，对洪水束缚能力不强。河道现状安全行洪能力见表1。

表1 治理河段各断面安全行洪现状

普兴段治理工程主要是修建防洪堤和疏浚河道，将河道防洪标准提高到10年一遇，增强河道行洪能力，使洪水通畅排泄，以保护两岸人口及农田并兼顾美丽乡村整体建设。防洪河道堤轴线基本上按照原河道的走向布置，不进行大挖大填，局部通过扩宽河堤以满足设计宽度要求[4]。普兴河段两岸主要为农田、民房、山地高效农业(扶贫)园区，河道现状宽60～150m左右。河岸农田较多，且均分布在河道两岸，目前河岸仅普兴大桥下游左岸有一期防洪工程已建835m的防洪堤保护，其余河段均无防洪措施。河道内垃圾、冲积砂砾石、淤积物严重阻碍河道行洪[5]。考虑尽量少占用农田耕地和拆迁民房，以及集镇规划和农田建设土地整治项目对河道景观的要求，结合现有河床天然比降，设计确定河道堤距选为65～150m，采用格栅草皮生态护坡防洪堤治理方案。

3 生态式护坡防洪堤设计

余庆河治理工程普兴河段长5.852km，设计河床宽度65～150m。结合治理河段地形地质条件、防洪需求，充分考虑防洪规划和环境美化需求，选取重力式防洪堤与生态式皮护坡两种堤型进行比选。经地形地质条件适应性、工程布置、施工难易度、工程量及投资等多方面比较，生态式护坡不受基础、地形适应性强，工程布置简洁、施工简单，相比重力式堤型有明显优势[6]，且投资较重力式节省3745万元，因此设计采用生态式护坡堤型。

3.1 堤身断面型式

普兴段防洪治理工程堤型为生态式护坡，堤身采用砂砾石碾压填筑。在枯水位以上1.0～1.5m处设2.5m宽亲水平台，亲水平台以下采用格宾网护坡，坡比为1∶1.5，格宾网厚0.5m；基础采用C15毛石混凝土，埋深1.5m，基础底宽为1.2m；亲水平台以上采用C25钢筋混凝土格栅草皮护坡，坡比为1∶1.5，C25钢筋混凝土格栅结构尺寸为0.3m×0.3m，堤高5.33～9.11m，堤顶宽2.5m，采用混凝土路面，厚0.2m，以满足防汛、管理、施工、构造要求。

格宾网采用钢丝编织而成[7]，规格为6cm×8cm，钢丝平均直径为2.5mm，采用高镀高尔凡防腐处理，最小抗拉强度为350～550N/mm2，最小断裂延伸率不低于8%。网箱内填石粒径为70～150mm，空隙率不超过30%，要求石料质地坚硬，强度等级MU30，比重不小于2.5t/m3，遇水不易崩解和水解，抗风化。堤身采用混凝土护栅格护坡，栅格采用C25钢筋混凝土，断面为30cm×30cm，单个栅格规格为1.6m×1.6m，栅格内回填耕植土厚30cm，耕植土表面种植草皮，以满足草籽种植、生长等要求[8]。堤身填筑材料为开挖砂砾石弃渣料填筑。同时，土堤迎水面原则上按100m的距离设置下堤踏步，以满足河道两岸居民用水及耕种取水要求，踏步采用C15混凝土顺堤坡浇筑。生态式护坡堤型，其断面型式如图2所示。

3.2 堤顶超高计算

普兴河段防洪堤为5级建筑物，防洪标准为10年一遇，汛期多年平均最大风速为10.5m/s，风区长度F为100m，平均水深d为5.0m，平均波浪高H为0.075m，平均波周期T为1.218m，波长L为2.32m。根据GB50286- 2013《堤防工程设计规范》，经计算[9]：波浪爬高R为0.379m，壅水高e为0.00065m，安全加高A为0.3m，堤顶超高Y=R+e+A为0.68m，堤顶超高取0.70m。根据坝顶高程计算成果，普兴河段生态式护坡防洪堤特征参数，见表2。

图2 生态式护坡防洪堤典型断面

桩号河底宽/m设计水深/m亲水平台高/m格栅护坡高/m防洪堤高/m设计比降ZX0+000.00～ZX0+900.00120～1504.961.73.965.660.714‰ZX0+900.00～ZX1+500.00100～1504.631.73.635.330.833‰ZX1+500.00～ZX2+800.001004.63～6.551.75.557.252.5‰ZX2+800.00～ZX4+300.00707.111.76.117.811.07‰ZX4+300.00～ZX5+852.0065～1508.411.77.419.111.33‰

3.3 堤坡稳定性分析

根据地勘材料分析知：河床砂砾石容重为20kN/m3，填筑砂砾石容重为21kN/m3，格宾网块石容重为23kN/m3，松散砂砾石容重为20kN/m3。防洪堤堤高为5.33～9.11mm，堤身采用砂砾石碾压填筑，基础采用C15毛石混凝土。根据GB50286- 2013的规定[10]，当堤身、堤基渗透系数大于或等于1.0×10-3cm/s应进行堤坡渗流稳定分析。计算工况组合为：工况①(正常工况)：临水侧为设计洪水位，背水侧为相应洪水位；工况②(非常工况)：临水侧为设计洪水位，背水侧为低水或无水；工况③(非常工况)：洪水降落时对临水侧堤坡最不稳定情况。采用AUTOBANK7.4.1分析软件，按瑞典圆弧法和简化毕肖普法进行计算，计算成果见表3。

表3 临水侧堤坡安全系数计算结果

从表3可知：临水侧堤坡按瑞典圆弧法计算其最小安全系数为正常工况1.15，非常工况1.11均大于规范要求的[1.10]和[1.05]限值指标；按简化毕肖普法计算其最小安全系数为正常工况1.28，非常工况1.25均大于规范要求的[1.20]和[1.10]限值指标。两种计算方法计算得出，最小安全系数均满足规程规范要求，防洪堤安全稳定性较高且具有一定富裕。

4 结论

余庆河普兴河段河道纵向坡较缓，两岸为山地高效农业(扶贫)园区农田较集中，河道横流冲刷凹岸淤积凸岸，河段不顺直。加上长期无人治理，虽一期河道治理工程中修建部分防洪堤，但由于受投资限制，仅左岸1.4km河段完成防洪堤修建，其余河段两岸多为冲积沙滩及原始河坎，未能形成封闭防洪体系。每遇洪水，大量洪水流入两岸农田及居民家形成较为严重洪涝灾害。为与余庆河和河坝场乡城镇封闭防洪体系和美丽乡村建设相匹配，提高河段综合防洪和行洪能力，设计采取修建格栅草皮生态护坡防洪堤和河道疏浚的治理方案。

(1)治理河段为从上游普兴大桥处至下游印把山大桥段，综合治理长度5.852km，河道清淤5.852km。新建防洪堤10.666km，其中：左岸防洪堤4.827km，右岸5.839km。

(2)按10年一遇洪水标准进行防洪堤设计，堤线按原河道走向布置，采用格栅草皮生态护坡防洪堤堤型，堤顶超高采用0.70m，设计堤顶宽2.5m，堤身采用混凝土栅格护坡。

(3)对新建防洪堤的堤顶高程和整体稳定性进行计算分析，成果表明：生态式护坡防洪堤整体结构和特性参数均满足规范要求，可为河道治理工程防洪堤设计提供一定参考。