金溪县浒湾堤除险加固设计方案综述

彭 刚

(萍乡市水利设计研究院，江西 萍乡 337000)

1 工程概况

浒湾堤除险加固工程位于金溪县西南部，抚河中游右岸，上起浒湾镇政府附近的老鸦洲，下至浒湾镇与临川区湖南乡交界处的下马山山脚处，全长12.84km，保护人口3.45万人，保护866.67hm2良田以及浒湾镇驻地及316国道干线，浒湾堤为5级堤防，防洪标准为10a一遇，现状堤高3.4-6.7m，堤顶宽3.5-15.3m，临水坡坡比1∶2.5-1∶3.6，背水坡坡比1∶2-1∶3.3，堤顶高程44.66-51.18m，堤身由砂类土填筑，防渗性能较差，汛期易发生泡泉散浸等险情，同时，抚河弯曲段较多造成水流流态紊乱，迎流顶冲段水流淘刷堤脚及岸坡，形成崩岸险情，危及堤防安全。

根据调查，浒湾堤目前存在的主要问题包括：汛期局部堤段背水侧泡泉散浸、局部堤坡迎水坡冲刷严重、局部堤脚被挖、迎流顶冲段岸坡垮塌、堤顶公路损毁严重等。

2 工程总布置

根据浒湾堤现状及实际存在的问题，加固内容主要包括：堤身堤基防渗、堤坡加固、岸坡加固、堤顶公路加固等。

2.1 堤防加固

本次堤防加固按原堤防走向布置，不改变原堤防轴线布置，堤防加固总长度12.18km，其中：堤基及堤身防渗加固总长度240m，堤顶公路改造总长度10471m，新建生态网格护坡长7149m。

2.2 岸坡加固

本次设计岸坡加固沿现状岸坡布置不改变岸坡走向，护岸加固总长度526m。岸坡加固采用块石护脚，岸坡陡于1∶2.0的抛石体顶宽2.0m，边坡1∶2.0，下部水平护脚厚1.0m，宽5.0m，具体宽度视流速大小和冲刷程度而定；坡度缓于1∶2.0的陡岸，按原坡抛护，抛石厚0.6-1.0m，抛至缓于1∶3平缓处或河深泓。

3 堤防加固设计

3.1 堤坡设计

浒湾堤迎水坡设计坡比均一坡到底，背水坡除设置压浸平台堤段外，一般均为一坡到底，临水坡坡比1∶2.5-1∶3.6，背水坡坡比1∶2-1∶3.3，根据堤坡稳定计算并结合多年的实际运行情况，现状堤坡基本稳定。

本次加固设计主要对迎水坡草皮护坡进行改造和背水坡背水坡垮塌部分进行修复，堤身临水坡设计坡比为1∶2.5(缓于1∶2.5的维持现有坡比)，采用生态网格混凝土护坡，背水坡设计坡比为1∶2(缓于1∶2的维持现有坡比)，采用草皮护坡。

3.2 堤顶结构设计

根据本次调查浒湾堤堤顶公路全长12.18km，其中混凝土路面1709m，桩号范围K3+113-K4+822；泥结石路面10471m，桩号范围K0+000-K3+113、K4+822-K12+180，混凝土路面现状运行良好，未发现破损，泥结石路面破损严重。

本次加固拟对现有泥结石路面进行改造，新建C25混凝土路面，桩号范围K0+000-K3+113、K4+822-K12+180，路面改造总长10471m，堤顶宽度大于4m的堤段，设3.5m宽混凝土路面，两侧设土路肩，路面宽度小于4m的堤段，设3.5m宽混凝土路面，路面两侧设置混凝土路肩。路面结构从上至下依次为20cm厚C25混凝土路面，15cm厚水稳垫层[1]。

图1 堤顶公路大样图1

图2 堤顶公路大样图2

3.3 护坡结构设计

本次加固设计对迎水坡已设置生态网格护坡段的维持现状不变，仅对破损部位进行修复，同时对坡面的垃圾、杂草进行清理；对迎水坡草皮护坡段进行改造。

3.3.1 迎水坡护坡改造方案比选

护坡的目的是避免洪水冲蚀河岸、稳定岸坡，保护圩堤内人民生命财产及耕地安全，达到防洪减灾、强化河道自然水生态环境的目的，护坡按其结构特点可分为硬质材料护岸护坡和生态结构护岸护坡。硬质护岸护坡常见的型式有混凝土预制块护坡、浆砌石护坡、混凝土预制块护坡。生态护岸护坡常见的型式有混凝土框格护坡、草皮护坡、土工格室护坡等。结合业主以及景观设计的要求，选取以下6种型式进行比选：

1)混凝土预制块护坡：用特定形状的混凝土预制块互相齿合形成整体的一种护坡型式，这种护坡型式美观大方，可以采用不同的预制块形状加上颜色变换做出各种特色图案。缺点是稳定性较差，主要适用于水位变动不大，环境影响较小的边坡。

2)干砌石护坡：由干砌石砌成，抗冲刷性较好，但不够生态美观。

3)生态网格护坡：指用混凝土形成网格，网格内铺种草皮或其他生态植物，以此稳定边坡的一种护坡型式，具有稳定性好、耐久性长的特点[2]。

4)草皮护坡：由天然生态草皮护坡组成，生态环保、施工便捷、造价低。

表1 护坡型式经济技术比选

从上述方案投资方面来看，采用生态网格护坡投资较小，且生态环保，且考虑到现有堤防部分堤段迎水坡已铺设生态网格护坡，本次设计推荐生态网格护坡方案。

3.3.2 护坡结构布置

浒湾堤迎水坡采用生态网格护坡，生态网格护坡厚10cm，下部设30cm厚腐质土，护坡高度上至堤顶，下至堤脚，坡脚下设C15混凝土齿槽，上设C15混凝土压顶，网格平面尺寸为边长20cm的正六边形；对背水坡进行坡面的垃圾、杂草进行清理，对垮塌段的按设计断面改造，在表面铺设草皮护坡，护坡下覆30cm厚腐质土。

表2 护坡整治情况统计表

3.4 防渗加固设计

根据现场调查，浒湾堤部分堤段堤身采用砂类土填筑，堤基多为砂卵石层，防渗性能差，汛期产生泡泉散浸等险情，本次加固设计防渗处理范围为桩号K7+570-K7+810，沿堤轴线布置，长240m。

堤身及堤基防渗采用深层搅拌法结合高压喷射灌浆法垂直防渗墙，防渗墙布置在堤轴线处，墙顶高程高出10年一遇设计水位0.5m，因堤基透水层下部为基岩，且基岩埋深较浅，底部按伸至基岩面以下0.5m控制，防渗墙成墙厚度18cm[3]。

4 岸坡加固设计

4.1 岸坡加固范围

浒湾堤所护河道宽窄不均，弯曲段较多，加之河道内有大小不一的河滩地，造成水流流态紊乱，迎流顶冲段水流淘刷堤脚及岸坡，形成崩岸险情，危及堤防安全。历次加固过程中部分迎流顶冲段及崩岸段采取了抛石固脚，但经多年运行，目前已出现多处垮塌破坏现象。根据现场调查，堤岸存在迎流顶冲、垮塌破坏险情，除险堤段总长约526m。

4.2 岸坡加固设计

1)岸坡加固方案选择

根据类似护岸工程经验，此类河段多采用平顺护岸。护岸工程型式通常有抛石、模袋混凝土、模袋砂、柴排、铅丝笼块石及各种混凝土异形体等多种型式。其中铅丝笼块石及各种混凝土异形体，适用于防冲要求高，流速较大的地方，但其施工技术要求和工程造价相对较高；柴排作为临时抢护措施效果较好，但因材料易腐烂而失去抗冲能力，不宜作为永久护岸型式。本次设计仅对抛石、模袋混凝土和模袋砂护岸型式进行重点比较。

抛石护岸是传统的护岸型式，具有抗冲能力较强，自我调整能力强的优点，且取材容易，施工简单灵活，无论新护或加固均可采用，因此应用较为广泛。但抛石工程整体性较差，运行期间需加以补充维护。

模袋混凝土是由土工织物缝制成的大面积连续袋状材料，袋内充填混凝土或水泥砂浆，凝固后形成整体混凝土板。模袋混凝土护岸具有整体性好、抗冲能力强、施工快捷、整齐美观的特点，但适应岸坡变化能力不强，且施工技术要求和工程造价相对较高，一般用于抗冲要求较高的岸段。

模袋砂型式与模袋混凝土相似，但充灌材料为泥沙。由于模袋砂具有施工快捷方便，能就地取材和较好地适应岸坡变形的特点，并且造价较低，也常用于水下边坡较缓的护岸。但模袋容易损坏，且泥沙的易流动性，也使得模袋砂的应用范围受到一定限制。

综上所述，考虑到本工程护岸段水下地形变化大且边坡较陡，并且部分堤防外坡损毁，块石护坡和水下抛石还可利用，因此推荐采用抛石护岸。

2)岸坡加固布置

本次岸坡加固岸线沿现状岸坡走向布置，采用抛石护岸。岸坡加固分段布置如下：对堤防桩号K6+333-K6+400、K6+500-K6+871、K8+262-K8+350共3段进行抛石护岸加固处理，加固总长526m，护岸整治情况统计表见表3。

表3 护岸整治情况统计表

图3 堤防及岸坡加固典型断面图

3)岸坡加固设计

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)岸坡的防护范围，在深泓近岸段应延伸至深泓线，并满足河床冲刷深度的要求；在水流平顺、岸坡较缓段，宜护至坡段1∶3-1∶4的缓坡河床处。本工程岸坡加固段属于深泓近岸段，因此本次加固抛石自枯水岸坡抛至深泓处。抛石体顶部高程按高出枯水位以上1.0m控制，当枯水位与现状岸坡顶高程相差不多的，按岸坡顶面高程控制。岸坡陡于1∶2.0的抛石体顶宽2.0m，边坡1∶2.0，下部水平护脚厚1.0m，宽5.0m，具体宽度视流速大小和冲刷程度而定；坡度缓于1∶2.0的陡岸，按原坡抛护，抛石厚0.6-1.0m，抛至缓于1∶3平缓处或河深泓。

4.3 岸坡防护主要计算

1)护脚块石粒径复核

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径(折算粒径)可按下列公式计算：

(1)

(2)

式中：d为折算粒径，m，按球型折算；W为块石重量，kN；V为水流流速，取2.6m/s；g为重力加速度，9.8m/s2；C为石块运动的稳定系数，按倾斜底坡C=0.9；γs为块石的容重，26kN/m3；γ为水的容重，10kN/m3。

本次计算按流速2.6m/s进行复核，护脚块石保持稳定的抗冲粒径为0.266m，参照该地区已建工程经验，选定块石粒径范围取为0.3-0.6m，满足护脚块石抗冲粒径要求。

5 结 语

文章主要对浒湾堤除险加固工程设计方案进行了简要阐述，工程加固设计方案主要包括：对堤基堤身采取深层搅拌法结合高压喷射灌浆法进行防渗处理，堤顶现状泥结石路面改造为混凝土路面，对现状破损的生态网格护坡进行修复，对迎流顶冲段及崩岸段采取抛石护岸。该工程的实施不仅可以提高抚河两岸的防洪能力，还使得当地生态环境得到改善，有利于保护范围内国民经济持续稳定发展，对地区的社会经济发展将产生积极的影响。工程防洪效益、环境效益及社会效益显著。