铅丝石笼自沉式结构护坡在黑河甘州段河道治理中的应用及分析

蒲兴元

（甘肃省张掖市甘州区乌江水利管理所，甘肃 张掖 734000）

近年来，随着生态环保理念的不断深化，河道治理项目中普遍采用铅丝石笼或格宾石笼衬砌生态护岸，特别是铅丝石笼自沉式结构护坡护岸具有整体性、透水性、抗冲刷性强和造价低廉、施工方便等优点，有利于自然植物的生长,能够使岸坡环境得到改善，在实际中得到越来越广泛的应用。

1 研究区概况

黑河是我国西北地区第二大内陆河，发源于青藏高原北部的祁连山中段，流经青海、甘肃、内蒙古三省(区)，干流全长928km,流域面积约14.3 万km2。其中莺落峡以上为黑河上游，莺落峡至正义峡为黑河中游，正义峡以下为黑河下游。

黑河张掖市甘州区段位于黑河河道中游，该段河道长度204km,流域面积约2.56 万km2,河道比降约1/500～1/1000，这里光热资源丰富，昼夜温差大，是甘肃省重要的灌溉农业区，也是黑河径流的主要利用区。黑河右岸坐落着甘州古城区。甘州区是丝绸之路上的重镇,全区辖18 个乡镇,人口51.29 万人,其中城市人口20.28 万人，地属温带大陆性气候.地势平坦，土壤肥沃,日照充足,气候温和,是典型的绿洲灌溉农业区。黑河是甘州区最重要的城市经济发展带、农村经济承载区，是甘州区农业生产、农村经济发展的主要支撑。黑河河道治理对沿线的龙渠乡、新墩镇、乌江镇、三闸镇、靖安乡等众多村社具有十分重要的作用。

2 存在的主要问题

黑河甘州区段河道的突出特点为河床不稳定，主流摆动较大，特别是国道312 线至乌江镇平原村支家崖段为蜿蜒型河道，河床以侧向侵蚀和冲刷破坏为主，两侧河岸紧靠耕地，河岸宽浅不一，洪水频繁漫上河岸，大部分地段河岸坡脚被洪水淘空，多处岸坡坍塌，导致大面积水土流失和耕地冲毁，多年来给下游沿岸的3 个乡镇、8 个行政村群众生产、生活造成了极大损失。

3 采取的主要治理措施

黑河甘州段河道治理主要为国道312 线跨黑河大桥至乌江镇平原村支家崖，全长23.62km。堤防工程的级别为5 级，建筑物设防烈度为7 度。工程设计防洪标准为50 年一遇。因河道比降变化大，河岸线不规则，受黑河来水量冲刷部位和破坏程度不同，对黑河甘州段进行分段治理。

3.1 黑河甘州区国道312 线至兰新铁路桥段河道治理措施为：

1）新建防洪堤10.37km，其中:左岸5.37km，右岸5.0km；

2）排阴沟跨提涵管12 座，其中，左岸6 座，右岸6 座。

3）工程堤线基本沿河道两岸Ⅰ级阶地前缘布设，左右岸各建1 段堤防，其中左岸桩号27+363～32+733，右岸桩号29+424～34+424，堤防工程起点分别与左岸三门桥防护堤和右岸312 线国道黑河大桥防护堤连接，终点止于兰新铁路桥左、右岸防护堤，工程治理河宽655～1089m。新建堤防堤身采用砂砾石填筑，斜坡式梯形断面，顶宽3.5m，迎水面边坡1:1.5,背水面边坡1:1.25，迎水面采用0.2m 厚现浇C20 混凝土衬砌，基础放大脚0.6×0.4m，基础埋深至深泓线以下2.5m。自左岸桩号30+733～32+733、右岸桩号32+424～34+424 段防洪堤，采用铅丝笼块石柔性护砌方案，河床以上铅丝笼块石护坡衬砌厚度0.5m，河床以下基础护坡采用铅丝笼块石自沉式结构，衬砌厚度0.5m。

3.2 黑河甘州区兰新铁路桥至支家崖段河道治理措施为：

1）治理河长10km，修建堤防工程13.25km，其中，新建防洪堤11.14km，加固加高防洪堤2.11km。

2）穿堤闸带桥3 座，排阴沟跨堤涵管13 座。

3）堤防工程治理河宽104～397m，新建堤防堤身采用砂砾石填筑，斜坡式梯形断面，顶宽3.0m，兰新铁路桥至支家崖段迎水面边坡1:2，背水面边坡1:1.75，迎水面采用0.5m 厚铅丝笼块石护砌，下设0.3m 厚砾石灌缝，基础埋深至深泓线以下2.5m。

3.3 自沉式护坡衬砌形式及安全设计

以黑河甘州段河道治理某一典型断面为例，采用铅丝石笼自沉式护坡衬砌形式，设计结构如图1所示：

图1 设计结构

堤身结构采用梯形结构，堤顶高度根据推算的设计洪水位和安全超高进行计算，堤顶宽度为3.0m，堤顶向临水侧倾斜，坡度为2%。基础埋深根据计算的局部冲刷深度，并结合黑河已建防洪堤基础冲刷深度经验值选定安全深度，最终确定基础设计埋深值为深泓线以下2.5m。在确定基础埋深理论值后，按照自沉式结构原理，河床以下1.0m 处铅丝笼块石护坡基础变为水平护坡基础，水平护坡基础厚度不变，长度按照理论值进行折算。经对该断面进行抗滑稳定计算，其抗滑稳定安全系数大于1.3,满足规范要求。

4 采用铅丝石笼自沉式护坡衬砌优点

防洪堤衬砌护岸柔性衬砌结构形式的基础护坡采用铅丝笼块石自沉式结构，主要有以下优点：

4.1 不受水文地质条件限制

工程区地下水为第四系松散岩类孔隙性潜水，含水层岩性为圆砾、砾砂及中、粗砂等，地下水位埋深0.3～0.5m,地下水与地表水相互转化，水位变幅0.5m 左右。特别是桩号33+471 地段地下水大量出露，且最佳施工期恰好处于黑河向下游调水期，地下水位较高，基础开挖深度难以达到深泓线以下2.5m，对施工影响较大，采用自沉式结构，不受开挖深度和地质条件限制，减小了施工难度，缩短了工期。

4.2 能满足施工导流条件要求

工程设计采用明沟式排水方案，明沟式排水机动性较好，造价较低，适宜于长时段排水，比较适合本工程的施工特点。但由于施工导流必须要穿越兰新铁路桥，受铁路桥基础限制，导流沟开挖深度只能达到1.0m 左右，无法创造更好的施工排水条件。采用自沉式结构护坡衬砌，减小了基础挖深，能满足施工导流条件要求。

4.3 对河床开挖扰动破坏小

根据本工程的特点，在施工过程中应尽量减少对原河床开挖扰动，否则会导致基础护脚部位的河床变为松散体，极易冲刷造成基础裸露，影响坝体稳定。先期工程采用一坡式护岸基础开挖深度较大，增加了土方开挖工程量，对基础部位河床扰动较大，采用自沉式结构后，开挖深度1.5m，减少了土方开挖工程量，同时也减少了对河床的扰动破坏。

5 主要施工工艺

铅丝笼块石施工在防洪堤堤身填筑、基础土方开挖及堤身迎水面削坡工序完成后开始，主要分为下层铅丝网铺设、机械装填块石、人工翻整块石、砾石灌缝、上层铅丝网铺设、人工绑扎铅丝六道工序。为保证铅丝笼的整体性，上下层铅丝网不宜分离，采用整卷铅丝网，定制时每卷长度应比上下层铅丝网理论长度加长1.0m 左右。铺设时铅丝网卷沿坡面自上而下拆铺，坡顶上端预留2.0m 左右的搭接长度，铺至坡底处剩余铅丝网卷暂不拆开，待完成块石装填及砾石灌缝后，再将剩余铅丝网卷拆开覆盖在块石上面，上下端铅丝网搭接长度不宜小于0.5m，左右相邻两块铅丝网搭接宽度不宜小于0.2m。施工中为保证搭接面铅丝绑扎牢固，使上下层铅丝网连接为一个整体，沿护坡面每间隔1m，设置底层与上层铅丝网的拉结丝一道。

6 运行效果

采用自沉式基础护坡结构后，施工导流和基础排水难度大大降低，施工条件得到极大改善。运行时水平护坡基础随着冲刷深度加深而自行下沉加深，基础下沉形态如图2 所示：

图2 基础下沉形态

工程自2016 年建成以来，有利的保护工程区两岸靖安乡、乌江镇、平原堡两个乡镇2.25 万人和3.06 万亩的耕地免受洪灾威胁，有效防止黑河洪涝灾害，减少水土流失，保护沿河乡镇和农田不受洪水侵害，改善生态环境，防治沿岸土地淘蚀剥落，使河段的防洪能力得到显著增强，确保人民群众的生命财产安全。

通过4 年汛期运行，经运行管理单位观测，基础护坡下沉状态稳定，除局部顶冲部位由于不均匀沉降坡面有轻微拉动变形外，其余地段堤身及护坡完好，没有产生冲刷破坏和滑坡现象。

7 结论

1）自沉式结构在设计中模拟的是一种均匀沉降的理想化状态，在实际运行中基础下沉产生的是不规则变形，往往导致基础埋深不足，因此水平基础护坡长度应比理论计算的基础埋深折算值适当加长0.5m 以上。

2）在施工中基础部位块石宜采用大粒径块石，提高抗冲性能，增加坝基稳定性。

3）本设计中考虑堤身为砂砾石填筑，填筑料粒径较大，经过设计优化，取消了铅丝笼块石下0.3m厚的砾石保护层。但从实际运行效果看，还是应考虑防滤要求，为便于施工，采用土工布防滤为佳。

4）因铅丝笼块石装填过程中质量控制的重点是减少孔隙率，表面平整度在施工过程中往往难以达到规范要求，为考虑几何尺寸偏差对衬砌厚度的影响，当河道纵坡大于1/250 时，建议设计衬砌厚度不小于0.6m。

5）根据施工经验，当防洪堤衬砌护坡长度大于10m 时，机械施工难度增加，容易对铅丝产生破坏，不宜采用本结构。