河道防洪堤防冲加固形式比选

赵海军

（山西万水水利勘测设计咨询有限公司）

1 工程概况

清漳河属海河流域南运河水系，清漳河干流经下交漳村入峡谷地段，河道窄而曲折，至九腰会村以下出峡谷，经泽城、麻田入黎城县境，至黎城下清泉村流入河北省，在河北省涉县合漳村与浊漳河汇合称漳河。清漳河河道蜿蜒曲折，主流全长210 km，流域面积5 320 km2，其中清漳东源控制流域面积1 586 km2，河长105 km；清漳西源控制流域面积1 568 km2，河长104 km。清漳河山西段流经昔阳县、和顺县、左权县和黎城县，省内流域面积4 150 km2，主流长146 km。

2016年“7.19”洪灾是左权县近20年来遭受的最大的一次洪灾，全县水利基础设施受损严重。清漳河东源最大洪峰流量达到800～900 m3/s，造成堤防多处损坏，道路受损严重，给当地居民生命财产造成严重损失。2017年“7.27”洪灾，左权县境内出现强降雨，局部地区降雨量达130 mm 以上，清漳河河水猛涨，导致洪灾发生，部分农田、大棚被淹，桥梁（便桥）垮塌，水利设施冲毁，房屋受损。芹泉水文站记录下庄最大日降雨量43 mm，最大洪峰流量110m3/s。

清漳河东源现状枢纽由进水闸、泄洪闸、溢流堰、防洪堤组成，在运行过程中上游防洪堤冲刷日益严重，亟待加固处理。

2 防洪堤防冲加固形式比选

2.1 防冲加固形式

针对清漳河东源治理段具体情况，规划防洪堤全段长3.2 km，桩号为205+390～208+590。由于受资金限制，工程分为205+390～206+590，206+590～207+590，207+590～208+590三段，设计了两个防冲加固方案。

方案一：混凝土板加水力插板连续墙防冲

207+590～208+590防洪堤河床以上断面为梯形，高度4.50 m，堤顶宽为5.00 m，边坡为1∶2，迎水面采用C20现浇混凝土板护砌，混凝土板厚0.15 m，每块板长、宽为3.00 m×3.00 m，混凝土板下铺设0.30 m厚的砂砾石垫层，砂砾石垫层下设无纺布。基础防冲采用水力插板连续墙防冲方案，墙深12 m，水力插板板厚0.30 m，单板宽1.20 m，长11.50 m，为保证水力插板在洪水淘刷作用下的稳定性，每隔8.10 m 设置一道防冲板，交接处为T型板，齿长0.30 m，防冲板总长2.70 m；水力插板顶部设置帽梁，帽梁厚0.50 m，宽0.50 m的现浇C20混凝土，梁顶设置水平拉梁，间距8.10 m，断面为0.50 m×0.50 m×5 m，拉梁由锚梁固定，锚梁每隔24.30 m设置一道沉降缝，在拉梁与锚梁节点处设水力插板摩擦桩，锚板深6.00 m，间距为8.10 m，以保证防冲墙的稳定。

全坝段在混凝土护坡前抛投四面六边透水体，坝前平铺6 m，设置两层，以降低墙前水流流速，形成落淤，确保工程安全，为防止下滑铺设一层土工格栅。四面六边透水体框架杆件为混凝土结构，强度指标为C20，Ⅱ级配，抗冻指标为F200，抗渗指标为W6，截面面积为0.10 m×0.10 m，杆件长1.00 m，中心用φ 10钢筋进行构造连接。堤顶设砂砾石路面宽5.00 m，厚0.20 m。

方案二：雷诺护垫+格宾石笼

207+090～208+590防洪堤河床以上断面为梯形，高度3.60 m，坝坡采用雷诺护垫厚0.30 m，下设无纺布，规格为400 g/m2，自坝顶铺设至河床以下4.00 m 深度，雷诺护垫m=2.5，自河床以下5.20 m设置格宾石笼水平铺盖，自上而下分别为二层0.60 m厚格宾，规格为2 m×1 m×0.60 m（长×宽×高），格宾石笼的水平铺设长度为10 m。该防冲形式为半临时性加固措施，需在每年洪水期观测沉降量，按照自然沉降形成落淤稳定，必要时进行险工段的抛投加固。堤顶设砂砾石路面宽5.00 m，厚0.20 m。

2.2 工程方案的比较

从运行管理、使用寿命、工程施工难易程度、防渗效果、抗冲能力、耐久性能、总投资等角度［1］进行防洪堤防冲加固形式优缺点的比选，具体见下表。

表1 防洪堤防冲加固形式比较

以上两个方案从技术角度来讲都是可行的，但从施工难易程度、施工质量控制、投资等方面综合比较，方案一混凝土板护坡+水力插板防冲优越性较明显，施工工期有保证，有利于机械化施工，受恶劣天气的影响较小，考虑到清漳河东源治理段上游的防冲形式，故推荐方案一。

3 水力插板连续墙施工要点

3.1 钢筋制作

根据设计将钢筋笼制作好，钢筋笼每节按18 m考虑，根据钢筋加工量每个工段设工棚50 m2，料场100 m2。工棚内设置14 kW钢筋调直机，20 kW钢筋切断机，φ6～40钢筋弯曲机，30 kW直流电焊机，150 型电弧对焊机来完成钢筋加工，然后通过5t载重汽车运至各安装点绑扎，钢筋加工焊接及绑扎的好坏，直接影响整个工程的质量，为此在钢筋调直、除锈、下料、弯制成形、焊接、绑扎等工序上严格按照施工规范进行。

3.2 钢筋混凝土板桩的预制

先进行水力插板连续钢筋混凝土板桩的预制，配置的混凝土标号必须满足设计要求，一律选用硅酸盐水泥。施工机具、施工条件、操作工艺、质量和成品养护应符合GB 50204-2015的规定［2］。混凝土浇筑前，应检查并做到模板的标高、位置、截面尺寸均符合设计要求；模板的缝隙嵌严，模板的支撑、木楔、垫板等均牢固、稳定。检查并做到钢筋的数量、排列、直径、弯曲位置、构件同一截面钢筋接头数量和距离以及钢筋保护层厚度均符合设计要求。用普通硅酸盐水泥制混凝土板浇水养护时间不少于7 d，可采取措施保持混凝土处于足够的湿润状态。预制混凝土板养护气温不低于5 ℃。

3.3 水力插板施工

水力插板工程是由单块水力插板通过类似摆积木一样的施工方法建设形成。陆地施工时，需先平整好场地，然后定位、放线、确定标高，沿插板桩轴线方向开挖沟槽，内宽能保证插板桩正常插入，安放扶正器，地下返出的高含沙水从已插混凝土板两侧流过。水上施工时，首先安装在底部焊有三面封闭一面开口导流拦沙挡板的操作平台，确保水力喷射切割地层返出地面的高含沙水从已插完的混凝土板两侧流过，达到导流沉沙加固桩板的目的。水泵吸水口必须安装过滤筛网，不允许吸水口接触地面。预制钢筋混凝土板桩起吊时绳索与板水平面夹角应大于45°。第一块板插入时应严格控制方位及垂直度，达到设计要求。第二块板的滑板应插入第一块板的滑道内，当板顶离设计标高0.50 m时应降低排量，使滑板的限位板缓慢平稳接触第一块板的滑道顶面。在隔水道中下入膜袋，从下至上注满水泥浆使两板结合部形成全封闭的“内腔室”。下入注浆管道使“内腔室”从下至上注满水泥浆固结成带有夹心钢板的混凝土整体从而使密封性能超过钢筋混凝土板。施工结束后，板桩的沉降为设计高程的±20 mm。

根据设计要求，首先制作钢筋笼，预制钢筋混凝土板墙；其次将预制成型的水力插板依靠水力喷射将混凝土板插入地层；再次将插入地层的单个水力插板通过注浆、固缝形成一道整体地下连续墙；最后绑扎钢筋现浇混凝土形成帽梁。整个施工过程最主要是预制钢筋混凝土板和插入地层两个环节。水力插板的工艺流程图、注浆、固缝示意图［3］如下：

图1 水力插板施工工艺流程图

4 结论

在清漳河东源治理段防洪堤加固施工过程中，混凝土板护坡+水力插板连续墙防冲加固型式具有防冲、防冻、防渗效果好、稳定性强、使用寿命长、施工开挖断面小，施工方便、不受施工排水及场地限制、易机械化施工、运行管理方便，施工质量较容易控制，投资最低，减少河道淤积，节省材料、运费等优势，应该选用。在渠首防洪堤水力插板连续墙防冲加固施工过程中，为确保防冲加固施工质量，应该加强对钢筋制作、钢筋混凝土板桩预制及水力插板施工工艺的控制。