河道防护堤形式设计断面优化分析

李云中 刘冠

摘 要：以某防洪堤工程为背景，因工程所在区域内地表抗冲刷能力较差，洪水期水流对河岸形成冲刷侵蚀，导致两岸水土存在较为严重的流失问题，需要加强防洪堤断面的相应防护措施。通过对防洪堤段水文地质条件的分析，提出适用性的筑堤材料，进一步对堤顶、堤坡进行设计，重点分析了护脚防护形式，提出三种护脚方案形式，防洪堤抗冲刷性能、基础稳定性和施工的控制质量等诸多影响因素进行了全面的对比分析。经综合分析后，决定护坡形式采用全断面雷诺护垫结构，护脚采用雷诺护垫斜铺+水平铺设格宾石笼+水平四面六边混凝土透水框架群的防护堤形式，更利于工程应用，为以后类似工程项目-提供技术支持。

关键词：防洪堤工程;水土流失;断面设计;防护形式对比

中图分类号：U617.8             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0095-02

1 防洪堤横断面设计

1.1新建防洪堤总体部署

此次项目施工中需要整治的河道长度达到了5.24km，在主要的河道中需要修建4.66km的防洪堤坝，其中主河道上段3.22km，下段2.93km。共修建支流入河口护堤1.144km， 其中主河道支流左岸386m主河道右岸154m。为了确保防洪工程将河流支流能够流向主槽，在主槽的交汇之处设计了支流作为入口，为了有效能够让不同断面结构下的防洪堤坝能够起到应有的防洪效果，在防洪堤坝设计的过程中采取了渐进过度形式的连接方式。另外为了能够让两岸支流位置的水流流向主槽，在防洪堤坝的设计过程中还特别修建了相应的排水管道。

1.2筑堤材料设计

根据现场对地质的考核来看，满足项目施工的安全性要求。另外根据现有的《堤防工程设计规范》中对堤身高度低于6米情况下堤防密度高于0.6的施工要求，需要施工的过程中堤身的压实指标密度 Dr≥0.65。

1.3堤顶设计

按照《防洪工程设计规范》的设计要求，3级别以下堤防宽度要大于3m[1-2]。根据项目施工经验结合此次项目施工状况，确定本次堤顶宽度为 4m，采用了粉细砂土作為此次项目防洪堤的填筑材料。考虑到堤顶容易遭受降水和风侵蚀的影响，所以，此次项目运用了25cm砂砾石进行了防护，并且在防护层的下面铺设了单层土工布，规格为500 g/m2，起到了有效提高路面稳定性的效果[3]。

1.4堤坡设计

按照项目施工条件，要求迎水面坡度比例为1：3. 0，背水面坡度按照1：2. 5。铺设25cm的防护垫，起到了缓冲保护的作用，并在下面铺设了25cm砂砾石防护垫并设置有滤水土工布，大小规格为500g/m2 。按照项目施工要求每相隔100m安置了单层隔墙，每层宽度设置为50cm，深度为100cm。护垫垫层为3. 0m×3.0m×0. 3m，并且要求在每相隔1m的位置安置有一道隔断层。防护垫的材料采取了锌-5%铝-稀土复合型材料镀层，起到了稳固的工作;钢丝力学性能应符合施工要求，抗拉能力大于350 N/m2，钢丝伸长率应≥10%。在项目施工的过程中要秉承着节约性原则，在石笼内填充了U30硬质石料，粒径采用100～250mm。其中100～150mm粒径占30%，150～200mm粒径占50%，200～250mm粒径占20%。

2 护脚防护形式设计

2.1堤防基础冲刷深度计算

根据项目施工的要求，按照《堤防设计规范》GB50286—2013公式对堤防基础冲刷深度进行了计算[5-6]，具体如下：通过项目施工计算冲刷坑深度为0. 58～1. 12m。根据此次施工所提供的前期资料表明，此次项目施工中的局部基坑深度冲刷达到了8m左右，其中水下粉细砂稳定边为1∶3. 0，按照此计算结果将斜长为12～24m。

2.2护脚方案形式选择

综合考虑到了地形、砂石、自然生态环境等诸多因素对堤防的影响，结合项目施工多年所取得的建设经验，此次项目施工采取了以下3种方案作为对比，具体如下。

2.2.1施工工艺一

采取了透水框架群防冲刷的工艺对护脚进行施工处理，坡面防护形式采用雷诺护垫，基础防冲采用水平四面六边混凝土透水框架群+格宾石笼。对于坡脚的防护处理来说，综合运用了水平铺设格宾石笼，按照基面向下开挖1m的施工方法，按照水平方向铺设了格宾石笼防止冲击，每层格宾石笼厚度为0.8m。并且在上层格宾石笼顶部铺设了1层混凝土进行防水处理。具体施工工艺为图1所示。

2.2.2施工工艺二

运用了雷诺护垫作为此次项目施工过程中的坡面防护，另外为了防止对两岸水土的侵蚀，运用了防渗墙+混凝土透水框架群对基础进行了相应的防护处理。运用了雷诺护垫对护脚进行处理，并且采取了混凝土透水框架进行防渗透处理，通过于河床基面向下设计了10米的深槽，并采取了混凝土加固，厚度达到了0. 8m。项目施工完成以后，采取了水平铺设的方法铺垫了透水框架群，相应的横断结构如下图2所示。

2.2.3施工工艺三

采取了雷诺护垫斜铺和水平铺设格宾石笼的方式对护脚进行了处理。运用了护垫斜铺、水平铺设以及混凝土透水框架融合施工的工艺，按照河床基面向下挖开6m，水平铺设石笼起到防护的作用，铺设长度为10. 0m;并且在石笼以下铺设有500 g/m2的工布，具体施工方案如方案下图3所示。

3方案比选

此次项目施工按照防洪堤段地形的特点，整体上对防洪堤抗冲刷性能、基础适应性、施工的难易程度以及工程投资等诸多影响因素进行了综合性的对比分析：

（1）防洪堤抗冲性能护分析方面，三个护脚护坡防护方案均具有较强的坡面抗冲刷能力。

（2）基础适应性方面，方案一护脚防冲采用垂直+水平组合型式，格宾石笼能适应较大变形。透水框架固滩效果较好;方案二垂直防渗墙为刚性防护，适应基础变形能力差;方案三护脚防冲采用垂直+水平组合型式，格宾石笼能适应较大变形，透水框架固滩效果较好。

（3）施工难易程度，方案一水下边坡开挖较浅，施工难度较小，坡脚采用柔性结构，容易维修;方案二坡面防护项目施工可操作性强，对于垂直防渗墙施工工艺复杂，难度大，维修困难;方案三水下边坡开挖大，施工难度较大。

（4）工程投资方面，经过预算计算，方案一预计投资1678.38万元;方案二预计投资2685.44万元;方案三预计投资528.39万元。

通过对上述不同施工方案的对比，得出以下结论：

（1）方案一采取了水平防冲工艺，在水平位置铺设了柔性的石笼，提高了河床的整体稳固性，因为河道中垂直开挖深度有限，施工量较小，难度较低，通过综合对比，这种施工工艺防冲能力有限。

（2）方案二采取了垂直防渗墙工艺，此施工工艺容易诱发墙体倒塌的情况，另外，因为防洪堤的基础采取了粉细砂，缺乏整体稳固性，导致了成槽困难，容易发生坍塌問题，另外垂直防渗工艺复杂，对施工的工期来说比较迟缓施。

（3）方案三采取了水下斜铺防冲工艺，在水平位置铺设有宾石笼，使得在防护构成方面为柔性结构，增强了河床的应变能力，因为河床的开挖深度大，对项目施工难度提出要求高，按照已有经验，此工艺的实际防冲效果最好。

相对于前两种施工工艺，最后一种投资相对较少，对比方案二可以减少1400万元支出。综上，从经济性考虑，相对于前两种施工工艺，第三种工艺整体项目适应性较好，所以此次项目施工采取了第三种施工工艺。

4 结论

针对于最为复杂重要的防护堤堤脚断面形式，提出三个护脚护坡防护方案，并进行了综合比选，通过多项因素对比分析，选择坡面抗冲刷能力更强，基础变形适应更好，经济性更合适，适应性更好的防护堤方案，有效地解决了河流两岸冲刷侵蚀剧烈问题，保障区域防洪安全。

参考文献：

[1]方国华，汝向文，吴婷婷，等.兴化市城市防洪工程后评价[J].水利经济，2010，28（5）：2932，78.

[2]金菊良，刘永芳，丁晶，等.城市防洪工程经济风险分析的蒙特卡洛法[J].长江科学院院报，2003（1）：40- 43.

[3]陈守煜，郭瑜.模糊可变集合及其在防洪工程体系综合风险评价中的应用[J].水利水电科技进展，2005（ 6） ： 4-8.

[4]张朋，刘楷操.港珠澳大桥鸭涌河恢复工程防洪影响分析[J].陕西水利，2019（5） ： 61-63.

[5]李淑惠，许艳杰.辽中县蒲河大桥防洪评价编制关键问题[J].水利规划与设计，2017（7）： 6-8.

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