清泥河流域综合治理工程护坡防护形式选择

刘启翔

（河南天地工程咨询有限公司，河南 信阳 464000）

1 问题的提出

为加强中小河流治理和山洪地质灾害防治，国务院印发了《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），国家发改委和水利部等五部委联合部署开展全国中小河流治理和中小水库除险加固、山洪地质灾害防治、易灾地区生态环境综合治理总体规划的编制工作。

许昌市清泥河流域综合治理工程已列入国家审批的独流入海河流治理项目。清泥河流域综合治理工程的治理范围总占地面积为51.28 km2，其中园建用地面积3.37 km2，水域面积约为26.60 km2，景观绿地面积约为21.31 km2。高营闸至七里店街段（桩号7+400～11+598），治理长度约4.2 km，该单位工程主要建设内容为拆除重建运粮河进水闸、幸福东支渠涵闸、清泥河右岸8+085 排水涵、清泥河左岸9+775 管涵、清泥河右岸9+775 管涵，4.2 km 河道两岸堤顶防汛路，抛石护岸、木质沉床护岸、鱼槽砖护岸。清泥河右岸8+085 排水涵、清泥河左岸9+775 管涵闸室采用C25F50W4 钢筋混凝土，明渠挡墙为C20混凝土，在出口段设置M7.5 浆砌石。工程区域内颍河干流及清泥河支流汛期流量大，部分河道堤岸易受风浪、水流作用产生冲刷破坏，为了防止水流等对河道、堤岸的冲刷，同时为了减少居民密集区房屋和工厂企业的拆迁，需要对现状岸坡进行必要的防护。

2 河道抗冲能力分析

颍河干流及清泥河支流属于山溪性河道，洪水暴涨暴落，洪水流速大，而护岸堤脚大多为砂砾石，靠近河口段则为淤泥或粉质粘土，需要进行防冲计算。

2.1 局部冲刷深度

2.1.1 水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算：

式中：hB为局部冲刷深度，m；hp为冲刷处的水深，m，以近似设计水位最大深度代替，本工程林福段、菇溪口段、下村段、西溪口段、黄田段设计水位分别为3.35 m、2.91 m、3.32 m、3.03 m、3.29 m、3.62 m；Vcp为平均流速，m/s；Vc为河床面上允许不冲流速，m/s；n 与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=0.25。

表1 平顺护岸局部冲刷深度计算成果表

2.1.2 水流斜冲防护岸坡产生的冲刷

式中：Δhp为从河底起算的局部冲深，m；α 为水流流向与岸坡交角，°；m 为防护建筑物迎水面边坡系数，林福段取m=2.5，其余断面取m=4；Vj为水流的局部冲刷流速，m/s；g 为重力加速度，取 g=9.81 m/s2。

表2 水流斜冲防护岸坡局部冲刷深度计算成果表

2.2 护坡厚度

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286—98）附录D 的有关规定进行计算。在波浪作用下，本工程护坡的护面厚度可按下式计算：

式中：K1为系数，取 K1=0.266；rb为块石的重度，kN/m3；r 为水的重度，kN/m3；H 为计算波高，m；L 为波长，m；m 为斜坡坡率。

根据计算，护坡的厚度应为26.1 cm，比设计值35 cm 低。

2.3 抗冲粒径（折算粒径）

水流作用下，防护工程护坡、设计水位以下护脚块石保持稳定的抗冲粒径（折算粒径）按下式确定：

式中：d 为折算粒径，m，按球型折算；S 为石块体积，m3；V 为水流流速，m/s；g 为重力加速度，9.81 m/s2；C 为石块运动的稳定系数，水平底坡C=0.9，倾斜底坡C=1.2；γs为石块的重度，取γs=26.5 kN/m3；γ 为水的重度，取 γ=10 kN/m3。

表3 护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径计算成果表

根据局部冲刷深度、护坡护脚计算成果，各堤段护脚深度及防冲块石体的重量要求如下：堤防迎水面根据枯水期平均水位，在平均水位附近高程设置控制性平台，水上部分采用生态格网护面和护脚，生态网垫厚35 cm，网垫之间相互连成整体，水下部分采用抛石填筑，表层抛填大块石镇压，可以满足防冲要求[1]。

3 护坡型式选择

按照推荐堤防型式，结合实际地形地质特点、生态要求、施工难易程度等方面，对堤防护坡选取以下三种形式进行比较。

（1）方案一：浆砌块石护坡+抛石护岸

迎水面采用M7.5 浆砌块石护坡，砌石厚度为35 cm，下设厚10 cm 碎石垫层，垫层底铺设300 g/m2土工布一层。浆砌块石砌筑所用的块石料由汽车运到施工点，再人工推运至砌筑点，人工砌筑。砂浆采用0.4 m3拌和机拌制，人工推胶轮车运输至施工点砌筑。抛石护岸将混凝土摊平，将石头摆放到混凝土上，摆放时将石头上的杂物清理；木质沉床框格为2 m×2 m，在框格内摆放10 cm～20 cm 粒径的卵石，粒径均匀；鱼草砖错缝砌筑，层与层之间用玻璃纤维固定。

（2）方案二：生态网垫护坡

迎水面采用生态网店护坡，厚35 cm 网垫下铺设厚10 cm的碎石垫层，垫层底铺设300 g/m2土工布一层。生态网垫可采用吊机整体吊运安装，水上、水下皆可施工，生态网垫施工前，按设计要求削坡并整平铺设面→铺设土工布→组装生态网垫→填充料施工→封盖→8t 汽车吊吊装安放。网格绑扎时，间隔网与网身应成90°相交后，才可绑扎成网垫，绑扎线必须是与网线同材质的钢丝，且用双股线绑扎绞紧。填充料规格质量必须符合设计要求。填充时应同时均匀地向同一组网格内填料。面层石料砌垒整平后封盖，封盖网与网身、间隔网间相交边框线必须每隔25 cm 绑扎一道，应将所有网垫组相邻的封盖框线与边框线绑扎在一起。生态网垫护坡是在综合工程力学、土壤学及生态学等的基础上进行堤坡全面支护以确保边坡稳定的技术，能够重新构建起水体、土壤和生物之间的良性循环，既能增强护坡的景观效果，又能促进水体自净能力的提升，使流域水体建立起新的生态系统。

（3）方案三：生态混凝土护坡

迎水面采用生态混凝土护坡，生态混凝土厚15 cm，通过砼框格固定，每30 m 为一个单元。生态混凝土表层铺设10 cm厚种植土，移植草皮或撒播草籽。

三种护坡方案综合比较见表4。

表4 护坡形式方案比较表

由表4 可知，从工程造价来看，方案一（浆砌块石护坡+抛石护岸）较小，方案二（生态网垫护坡）略大，方案三（生态混凝土护坡）最大；从施工条件来看，方案一、方案二均较常规，方案三施工难度相对较大；从抗冲刷性来看，三个方案相差不大，均具有一定的抗冲刷性能；从生态景观来看，方案一不能实现生态绿化，方案二、方案三生态性较好，但方案三在后期坡面植物退化后维护的难度较大。

综合工程造价、施工工艺、生态景观等各方面的因素，迎水面护坡设计考虑采用方案二生态网垫护坡形式，既具有显著的生态性，又能适应不同程度变形，抗冲刷能力强。考虑堤顶超标准洪水漫顶的可能，还应在背水坡设置一层15 cm 厚土工格室防冲，表层填筑30 cm 厚种植土及景观绿化。

4 结论

清泥河流域综合治理工程是许昌市三大水利重点项目之一，工程区域内颍河干流及清泥河支流汛期流量大，部分河道堤岸易受风浪、水流作用产生冲刷破坏，为防止水流等对河道、堤岸的冲刷，必须进行护坡加固防护。通过比较，最终确定采用生态网垫防护护坡技术，生态网垫护坡技术的运用与环境水利、民生水利及生态水利的治理理念不谋而合，通过对其护坡进行生态网垫防护加固处理，建立起良好的生态河道系统，确保了河道水利功能的顺利发挥，实现了护坡治理工程与周围环境的协调统一及人与自然和谐发展的目标。