白河县白石河宋家镇段防洪工程堤防型式选择

李 歧

（西安景天水利水电勘测设计咨询有限公司,陕西 西安 710014）

堤防工程设计中堤防型式应按照因地制宜、就地取材的原则,根据堤段所在的地理位置、重要程度、堤基地质、筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用和管理要求、工程造价等因素综合确定。宜与自然和谐,除必须采用硬护坡的河段外,可采用柔性护坡型式。对崩岸、塌岸、迎流顶冲、淘刷严重河段,应采取必要的护岸措施。堤防工程的结构、材料应坚固耐久、抗冲刷性能强；适应河床变形；应便于施工、修复、加固；应就地取材,并应经济合理。

1 坡式堤防比较

按照筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用和管理要求、环境景观、工程造价等等要求,对不同的坡式堤防进行比较,选取技术可行、经济合理的护坡型式。

（1）植草固土护坡

植草固土护坡是比较传统且最为常见的生态护坡型式。植草固土护坡既满足河道护坡功能,又有利于恢复河道护坡系统生态平衡的系统工程。植草固土护坡主要通过植被根系的力学效应（深根锚固和浅根加筋）和水文效应（降低孔压、消弱溅蚀和控制径流）来固土、防止水土流失,在满足生态环境需要的同时,还可以进行景观造景。

（2）植被型生态混凝土护坡

生态混凝土为多孔混凝土,由粗骨料、水泥、适量的掺合料组合而成,孔隙率一般＞40%,表面孔径为3 cm,孔隙自构件顶表面通至底面。孔隙内填充适于植物生长所需的材料,混凝土表面建植被时,根系沿着填充物孔隙穿透混凝土。在护岸护坡工程中,受水位骤降的影响较小；在季节性寒冷地区,有利于排出和降低被保护土内含水量,减少冻害破坏。

（3）连锁式生态砖护坡

连锁式生态砖护坡是专门为受低中型波浪作用的变坡提供有效、耐久的防止冲刷、护坡的作用。独特的锁型设计使每一个连锁式生态护坡块被相邻的连锁体锁住,这样保证每一块的位置准确,避免发生侧向移动。连锁式生态砖护坡铺面块是一个稳定、柔性和透水性的坡面保护层。连锁式生态护坡砖在混凝土中添加了醋酸纤维等高分子物质,使连锁式生态护坡混凝土连锁块在强度不变的情况下更有利于植物的生长。连锁式生态护坡混凝土块的形状与大小都适合人工铺设,施工简单快捷方便。连锁式生态砖块体与块体中间的孔隙内可以填土植草,花草生根后提高块体与基土之间的连接力,同时美化景观。可通过镀锌钢绞线进一步加固连接,连接更牢固,抵御洪水冲击能力更强,不易发生局部破坏而引起坡面塌陷。

（4）生态宾格网护坡

生态宾格网采用以机编六边形低碳钢丝网面制成的网垫,在网垫内填充合乎一定要求的石头共同构成的防护结构,钢丝表面处理采用10%铝锌合金钢丝镀层或者其它合金,使用寿命可到普通结构的6.5 倍以上。生态宾格网主要用于保护水工结构、河道整治等水利工程或航道工程来抵御水利冲刷、淘刷等,既可以防止河岸遭水流、风浪侵袭面破坏,又可实现水体与坡下土体间的自然对流交换功能,达到生态平衡。坡上植绿可增添景观、绿化效果。

生态护坡型式方案对比见表1。

表1 俄垤水库不同方法设计洪水结果对比表

2 墙式堤防比较

墙式堤防形式主要有：仰斜式挡土墙、衡重式挡土墙、悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙等几种形式。综合以上比较,在确定修建挡土墙经济合理的情况下,选择挡土墙类型通常应考虑以下因素和基本要求：工程地质、水文条件、地形条件、环境条件、作用荷载、工程规模和工程造价以及施工条件和其他条件等。

（1）仰斜式挡土墙

仰斜式挡土墙挡土墙用墙体本身重量平衡外力以满足稳定要求,仰斜式挡土墙由于体积和重量较大,在土地基上往往由于受地基承载力的限制,不能太高。过高的仰斜式挡土墙由于断面大,材料耗费较多,亦不经济,另外仰斜式挡土墙多就地取材,构造简单,施工方便,经济效果较好,所以本次设计断面除白石河构扒镇移民小区段堤防外其余形式均选取仰斜式浆砌石挡土墙。

（2）衡重式挡土墙

衡重式挡土墙由上墙、衡重台与下墙三部分组成。其稳定主要靠墙身自重和衡重台上填土重来满足。其衡重台下部为仰斜式,可以减少部分土压力。其优点是可利用衡重平台迫使墙身整体重心后移,使基底应力趋于平衡,这样可适当提高挡土高度。但衡重式挡墙的构造形式又限制了挡墙基底宽度不可能做得很大,衡重式挡墙一般应用于高度在8 m～10 m的挡墙断面。

（3）悬臂钢筋砼挡土墙（L型挡土墙）

此种挡土墙属于轻型钢筋混凝土结构,其稳定性主要依靠底板以上填土重及底板的宽度来调整,对于较高挡土墙,采用此种形式,由于土压力全部依靠悬臂结构阻挡,为了满足挡土墙的整体稳定、堤基应力及底部结构要求,往往致使悬臂墙底部厚度很大,底板很宽,且配筋率一般较大,由于尺寸及施工条件的要求,施工时造成挖、填方量很大,而且施工要求高,造价相对较高。墙体均为立模现浇,施工不易。所以,悬臂式挡土墙对于本工程不适用。

（4）扶臂式钢筋砼挡土墙

此种挡墙也属于轻型钢筋砼结构,是在悬臂钢筋砼挡墙基础上为了减少底板内力而增加扶壁结构,从而减少底板设计尺寸,其稳定性还是主要依靠底板以上填土及底板的宽度来保证。对于高挡土墙,为了满足挡土墙的整体稳定及底部结构要求,施工时挖、填方量大,夯实难度高,造价相对较高。墙体均为立模现浇,施工不易。因此,扶臂式挡土墙对于本工程不适用。

3 方案选取

由于白河县白石河宋家镇段防洪工程涉及段落多,且各段现状情况差异较大,故本次方案比选根据施工区现状情况分段选取。

（1）红石河中厂镇柴家院上段、下段、裴家厂段堤防工程方案选取

由于红石河中厂镇三段位于红石河主河槽上,两岸建筑物分布较少,能满足坡式堤防布设要求。考虑到河道属于山区河流,河水流速较大,对岸坎冲刷力度大。故本次分别选取连锁式生态砖护坡,仰斜式挡土墙两种形式在相同设计水位以及相同行洪断面的前提条件下进行比选。方案比选见表2。

表2 柴家院上、下段、裴家厂段堤防工程方案比选表

根据表1中,坡式堤防的造价比墙式堤防的造价更为经济,每米堤防造价坡式较墙式少约2000元。但考虑到陕南山区土地稀缺、寸土寸金,坡式堤防占地面积较大,每米堤防坡式较墙式多占地5 m2。考虑到白河县用地紧张,工程征地难度大等因素。结合建设方意见以及当地群众修筑堤防习惯,最终确定堤防结构形式为墙式堤防。

综上所述,本次红石河柴家院上段、下段、裴家厂段堤防工程选取挡土墙堤防方案。

挡土墙方案在满足墙身强度、整体稳定的情况下,尽量减小设计断面。本着因地制宜的设计原则,采用浆砌石挡墙既可以就地取材,又起到疏浚河床的作用。同时红石河属于山区性河流,具有砂石随洪水而下、流速大,洪水水流对河岸具有较大冲击力。因此挡土墙方案适宜红石河柴家院上段、下段、裴家厂段堤防工程。

由于工程区设计洪水位较高,整体采用仰斜式挡土墙亦不经济。故本次工程采用仰斜式挡土墙堤防,堤防顶设置1 m高0.5 m宽防浪墙。挡土墙墙顶高程与设计洪水位齐平,防浪墙顶高程为设计洪水位高程加1 m安全超高。

仰斜式M7.5 浆砌石挡土墙迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,挡土墙顶宽0.6 m,挡土墙顶设置1 m高0.5 m宽防浪墙。挡土墙墙顶高程与设计洪水位齐平,防浪墙顶高程为设计洪水位高程加1 m安全超高。挡土墙基础设1 m宽、1.5 m高墙趾。堤顶宽度为3.0 m,堤背回填土草皮护坡坡比为1∶2.0。

（2）白石河构扒镇移民小区段护岸工程方案选取

白石河构扒镇移民小区段堤防设计高度均达到9 m～11 m,考虑到工程占地的优化以及堤防的稳定安全,同时结合上游已建衡重式挡土墙工程,本次工程对构扒镇移民小区段堤防选取衡重式浆砌石挡土墙。

衡重式M7.5 浆砌石挡土墙顶宽1 m,迎水坡坡比1∶0.1,背水坡坡比1∶0.25,衡重台宽2 m,高度设置在基础以上墙高1/3处。基础采用1.7 m厚浆砌石底座,设置宽0.8 m、高1.7 m墙趾。基础下部铺设0.3 m厚C15 混凝土垫层。堤顶宽度为3.0 m,堤背回填土草皮护坡坡比为1∶2.0。

（3）白石河构扒镇凉水村段、城关镇吊桥段护岸工程方案选取

考虑到白石河构扒镇凉水村段、城关镇吊桥段工程区岸坎坡度较缓。但由于白石河属于山区性河流,砂石随洪水而下,河床上部流速小,下部流速大,洪水对河岸下部具有较大冲击力。故本次采用浆砌石挡土墙基础与生态护坡复式结构。

通过方案比较,连锁式生态护坡方案不但景观效果好,而且投资较小,故选用联锁式生态砖护坡方案。

构扒镇凉水村段堤防工程采用下部仰斜式M7.5 浆砌石挡土墙上部联锁式生态砖护坡的复式堤防。由于河道属于陕南地区山区河道,河道流速较大,对于基础冲刷较为剧烈。为限制河水对基础的冲刷破坏影响,下部仰斜式挡土墙墙顶高程定于河道常水位以上1 m,经过现场调查河道常水位接近于深泓点以上2 m处。仰斜式M7.5 浆砌石挡土墙迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,挡土墙顶宽0.6 m,墙趾基础宽0.6 m,高0.8 m；上部联锁式生态砖护坡,设计坡比1∶2.0,坡面侧采用12 cm厚C20 混凝土预制铰接式生态砖护坡,下部依次铺设土工布以及15 cm厚粗砂垫层。护坡坡顶高程为设计洪水位加安全超高。

城关镇安坪村吊桥段护岸工程由于右岸民居靠岸修建,在考虑到防洪保安的基础上,同时也要满足周边局面休闲娱乐以及沿岸整体美观。城关镇安坪村吊桥段护岸工程采用下部仰斜式M7.5 浆砌石挡土墙上部联锁式生态砖护坡的复式堤防。在保证河道行洪和基础防冲的前提下,打造休闲的亲水平台可以更好地服务于周边群众。经过现场调查河道常水位接近于深泓点以上2 m处,为保证亲水平台长期高于水平面,亲水平台高程（挡土墙顶高程）确定为河道常水位以上1 m,平台宽度为2 m（包含挡墙顶宽0.6 m）厚0.5 m,位置设置在挡土墙基础与连锁式生态护坡之间。仰斜式M7.5 浆砌石挡土墙迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,挡土墙顶宽0.6 m,墙趾基础宽0.6 m,高0.8 m；上部联锁式生态砖护坡,设计坡比1∶2.5,坡面侧采用12 cm厚C20 混凝土预制铰接式生态砖护坡,下部依次铺设土工布以及15 cm厚粗砂垫层。

（4）白石河城关镇安坪村段、城关镇污水处理厂段护岸工程方案选取

本次护岸采用防冲不防淹的设计方案。护岸工程在防止河道基础冲刷加剧的前提下,防止了上部坡面滑坡、溜坡；美化了河道整体性；同时为居民提供了亲水交通。

城关镇安坪村段及污水处理厂段护岸工程根据白石河现状情况,选取仰斜式M7.5 浆砌石挡土墙作为护岸,护岸墙顶后布设平台已便人行通勤。护岸工程采用M7.5 浆砌石砌筑。挡墙迎水坡坡比1∶0.4,背水坡比1∶0.1,挡墙顶宽0.6 m,墙后设置1 m宽0.5 m厚平台。基础采用M7.5 浆砌石砌筑,基础设0.6 m宽、0.8 m高墙趾。为防止河道基础冲刷而造成岸坎垮塌,墙顶高程根据河道常水位以及现状岸坎高度确定。

4 结语

白河县白石河宋家镇段防洪工程段落多,各段落现状情况复杂,工程设计中充分考虑各段落特点,因地制宜的选择堤防断面形式。工程完工后,从近几年汛期工程的运行效果看,使治理前经常遭受洪水威胁的河段得到了有效防护,提高保护区的防洪能力,改善了河道生态环境,确保了防洪安全。同时,也使两岸人民群众得到了保护,其防洪效益得到了体现。