柔性防护技术在河道生态防洪堤工程中的应用

卢凤丽

(辽宁省本溪市水库移民管理局，辽宁 本溪 117000)

中小河流在我国分布广泛，与人类生产、生活息息相关，其构成的空间结构、自然景观、水域环境和人文生态等服务于人类并同人类共同进步发展；而人类活动又会对河流的降雨时空分布、径流量和生态环境带来影响[1]。常规堤防工程建设中存在“重工程、轻人文，重硬化防洪、轻柔性生态”等现象，主要关注水资源利用、防洪等功能需求，而忽视了河流自身的生态环境和人文景观需求，河流自净功能和生态功能不断弱化，生态链遭受破坏。为了人、水和自然的和谐相处及发展，2010年《国务院关于切实加强中小河流治理和山洪地质灾害防治的若干意见》(国发〔2010〕31号)明确指出：要充分发挥中小型河流的减灾、兴利和生态环境的综合效益，实现水利建设可持续发展。因此，在中小河流治理工程建设中，除了要考虑防洪堤的强度、安全性和耐久性外，还需考虑其生态环境效果，探讨融合工程结构和生态环境为一体的护岸形式，充分发挥堤防的社会经济和生态环境效益[2- 5]。

1 工程概况

长宁河系长江上游地区较大的一级支流，发源于宜宾市兴文县玉秀乡，经珙县、长宁县，从江安县城西注入长江，全长110.1km。治理河段位于江安县红桥镇境内，全长2.20km，区域内无大的支沟汇入。治理河段的河道较宽，河谷为基本对称“U”形谷，河岸以土质边坡为主。治理河流属典型山区型河流，具有源短流急、短时汇流集中、洪峰流量大和水位变幅大等特点[6- 7]，且两岸未修建任何防洪措施，每逢雨季强降雨即发生洪涝灾害，河水上岸，良田损毁，城镇基础设施及居民住宅被淹，损失极大。

根据长宁河红桥镇河段的水文气象、地质地形和长宁河整体水系分布，为促进古镇保护与观音桥村集中安置点协调稳定发展，需修建防洪堤，设计防洪标准为20年一遇，整治河道全长2.20km。按照“防洪标准达标，防洪治理河段河畅、水清、路通、岸绿、景美”的治理目标，通过生态防护加固两岸，并协调江红公路近河路景观改造项目，将防洪堤与古镇保护、旅游开发和人文景观建设相融合，改善水环境，并打造良好水生态[8]。

2 河段防洪现状及治理措施

红桥镇依河而建，由于居民建房侵占河道，加上日常生活垃圾无序堆放，河道淤积严重，行洪断面狭窄，汛期雍水严重。河岸未修建任何防洪措施，仅有的两条排洪涵也存在严重堵塞问题，5年一遇以上洪水就会出现水位暴涨、行洪不畅，河水上岸，造成良田损毁和城镇被淹。河岸以土质边坡为主，因水流侵蚀形成的深槽，凹岸(左岸)的稳定性极差。根据长宁水文站(国家基本二类精度水文站)监测资料，采用HEC-RAS水面线分析软件计算得出典型断面现状行洪能力，见表1。

由表1可知，长宁河红桥镇河段重现期P=20%的洪峰流量为1680m3/s，而治理河段河道现状最大行洪能力仅为946.2m3/s，不能满足安全行洪要求。根据GB 50201—2014《防洪标准》，结合长宁河封闭防洪规划和红桥镇防洪保护区现状及经济社会发展需求，按20年一遇标准设防，即对七道坎(干0+000)至玉屏桥(干1+350)和霸柳湾(支0+000)至回水陀(支0+850)，总长2.20km的干流和支流河段采取生态防洪堤进行防护加固处理。在满足河道正常行洪、排涝等基本功能的同时，通过生态河床、生态护岸等生态工程措施修复生态环境，促进人与水环境、人与自然的和谐发展。

表1 长宁河红桥镇治理河段典型断面现状行洪能力

3 防洪堤设计

3.1 堤型比选

防洪堤设计时应充分把握安全性、耐久性和生态环境保护等原则。治理河段内出露地层岩性主要为侏罗系中统沙溪庙上亚组(J2S2)砂岩，破碎泥岩覆盖层厚1.5～2.2m，无不良物理地质现象，工程地质条件满足工程建设要求。治理河段覆盖层总体较厚，土体结构较松，不利于修建刚性结构堤型，宜优选柔性防护结构。按“因地制宜、就地取材”经济适用原则，结合长宁河红桥镇治理河段的地形地势、水文地质、堤基条件、建筑材料等条件，充分考虑到古镇保护和旅游开发规划，新建防洪堤型优选柔性生态型防洪堤和衡重式重力堤2种堤型3种除险加固方案进行技术经济比选。

(1)方案一

防洪堤堤型为“浆砌石挡墙+六角空心预制块+镀高尔凡加筋麦克垫”，如图1所示。

图1 六角空心预制块生态防洪堤断面(单位：mm)

根据长宁河红桥镇治理河段特征水位及防洪堤功能，设置马道和人行休闲步道，其中，马道P=50%(2年一遇)的水位为227.07m，高0.2m，宽3.0m；人行休闲步道P=20%(5年一遇)的水位为231.34m，高0.3m，宽3.0m。步道以下迎水面采用六角空心预制块(植草护坡)，步道以上采用镀高尔凡加筋麦克垫进行生态护坡(U型钉固定)，坡比为1∶1.5。马道以下采用M7.5浆砌石重力式挡墙护脚，底宽为2.9m，迎水面坡比为1∶0.3，墙背铅直。坝坡按1∶1开挖至清挖线，采用土石渣回填夯实。

(2)方案二

防洪堤堤型为“浆砌石挡墙+镀高尔凡雷诺护垫+镀高尔凡加筋麦克垫”，其设计水位和整体防护结构与方案一完全相同，仅马道和人行休闲步道间的护坡采用镀高尔凡雷诺护垫(聚酯长纤无纺布垫层)。

(3)方案三

防洪堤堤型为“浆砌石挡墙+镀高尔凡加筋麦克垫”的衡重式重力堤，如图2所示。

图2 衡重式重力堤断面(单位：mm)

设置一条马道兼人行休闲步道，宽3.0m。步道以下采用浆砌石重力式挡墙护脚，底宽为2.92m，迎、背水面坡比均为1∶0.3；步道以上采用镀高尔凡加筋麦克垫进行生态护坡(U型钉固定)，坡比为1∶1.5。坝坡按1∶1开挖至清挖线，采用土石渣回填夯实。

(4)比选结果

对地形地质适应性、工程占地、生态环保、城镇景观协调性、工程造价等方面进行综合比较可知，①地形地质适应性：生态堤较衡重式重力堤，除浆砌石挡墙护脚外均为柔性结构，其地质变形适应性更强；②工程占地：衡重式重力堤的工程占地要比生态堤小，但其砌石量约为生态堤的2倍，仅M7.5浆砌石量就达到256850m3；③生态环保：生态堤的开挖量较衡重式重力堤小，区域生态破坏小，生态及环保影响较小；④城镇景观协调性：采用生态堤方案更利于生态修复和古城保护旅游生态景观建设；⑤工程造价：衡重式重力堤方案总投资为5750.52万元；而六角空心预制块生态堤投资为4512.36万元，雷诺护垫生态堤投资为4708.19万元。因此，设计优选六角空心预制块生态堤，其工作造价最低，且比衡重式重力堤更接近自然，更利于生态环境保护和人文景观建设。

3.2 堤坝渗透变形分析

生态堤可实现资源回用，降低工程造价，采用堤基开挖料进行夯实回填，其中表层开挖料主要为杂填土，主要成分为建筑废弃料及建筑垃圾，不能用作回填料。杂填土下部为砂质黏土层，夹杂较厚砂质泥岩与粉砂岩等。堤身回填料主要为砂质黏土、砂质泥岩及粉砂岩等混合料；堤基置于砂质泥岩与粉砂岩上。试验获得工程材料容重，浆砌块石为23kN/m3；回填土(碴)为18kN/m3，内摩擦角φ=18°。根据规范GB 50287—99《水利水电工程地质勘察规范》中附录M，对堤基进行渗透变形判别，即

(1)

式中，Pc—土的细粒颗粒含量，以质量百分率计，%；n—土的孔隙率，%。

3.3 堤坝稳定性分析

采用SLOPE/W边坡稳定性分析软件，分别在设计洪水位有水工况和枯水位无水工况条件下，对生态堤的结构稳定性进行分析，计算成果见表2。

表2 生态防洪堤稳定性分析成果

由表2可知，在无水工况下，防洪堤最小安全系数为1.375；在有水工况下，防洪堤最小安全系数为1.269，均满足规范要求。基底最大应力为83.2kPa，小于地基允许承载力450kPa，防洪堤堤型结构的安全稳定性好。

4 结论

(1)治理河段总长2.20km，按20年一遇洪水标准设计，堤线按原河道走向布置，治理后既要提高河段防洪能力以确保安全行洪，又要美化城镇生态环境。

(2)六角空心预制块生态堤相比衡重式重力堤和雷诺护垫生态堤，在地形地质适应性、施工条件、生态环保、工程造价等方面均较优，具有较高技术可行性和经济优越性。

(3)堤坝渗透变形和稳定性分析成果表明，六角空心预制块生态堤不会发生渗透变形破坏，结构应力及稳定安全系数均在规范允许限值指标，整体安全可靠。