黄河干流上游段防洪工程护岸及护坡技术方案探究

郑帅

（上海宏波工程咨询管理有限公司，上海 201799）

1 河道现状

黄河干流上游段从青海省久治县门堂乡流入玛曲境内，依次流经玛曲县木西合乡、阿万仓乡、齐哈玛乡、采日玛乡、曼日玛乡、河曲马场、尼玛镇、欧拉乡、欧拉秀玛乡，境内河长433.000 km。木西合河段及尼玛镇～欧拉秀玛河段属蜿蜒型河段，河道宽110.0～800.0 m；阿万仓河段属游荡型河段，河道宽1 600.0～3 200.0 m；齐哈玛、采日玛河段属过渡型、游荡型河段，河道宽180.0～2 600.0 m；曼日玛河段、河曲马场河段属过渡型河段，河道宽490.0～1 500.0 m；阿万仓乡段河道汊流众多，黄河主流游荡不定，迁徙无常，草场冲毁坍塌严重，其余河段沿岸为牧民草场，草场冲刷坍塌严重。黄河干流甘南州治理河段已建防洪工程4处，其中阿万仓境内3处，当地牧民自筹资金修建铅丝块石护岸、砂土堤防、混凝土堤防共约800.0 m；采日玛乡境内1处浆砌石护岸，位于采日玛乡采日玛寺院处，护岸长约30.0 m。上述现状堤防、护岸均无设计，为牧民自建的防洪工程，工程护脚均不满足冲刷要求，且为零星点防护，洪水来临时，草场依然被洪水冲刷坍塌严重。

2 护坡及护岸技术比选

2.1 护岸线布置原则

护岸线布置应遵循原则：1）防护工程以沿河道凹岸布置为主，布置在岸坡经常受冲刷的河段，防止沿岸进一步坍塌，凸岸一般不采取工程措施，保持原有的河道形态；滩岸平缓、河势稳定、不受冲刷的河段不纳入治理范围。2）护岸线尽量随坡就势平顺布置，与洪水流向、现状水边线基本平行。3）尽可能避开现有林草、灌木等植被区域，同时要求施工时加以保护，维持现有生态资源。4）在最大限度减少征地的同时，保护岸坎上部已经形成的耕地、林地和村路等。5）护岸工程原则上不修建防汛道路，可在尽量利用现有道路的基础上，结合工程施工修建必要的进场道路。

2.2 初步比选

护坡及护岸形式的选择应根据风浪、水流、地质、地形、施工条件、运用要求等因素综合比选确定。护岸工程可选择的形式有坡式、坝式及墙式护岸[1]。根据选择原则，适宜该工程的护岸形式有坡式护岸和墙式护岸，部分河段现状岸坡较陡或不宜采用贴坡防护形式时，则采用仰斜式防护形式。

2.3 技术方案比选

根据该河段当地建材情况及该区域已建工程经验，拟定4种护岸形式及结构方案，见表1。下部护脚部分的结构形式应根据岸坡地形地质情况、水流条件和材料来源，采用抛石和石笼[2]。本文根据选定的护岸形式及护岸结构，进行技术经济比选。

1）投资比选

考虑护坡施工因素及已建护岸工程经验，方案一现浇混凝土护面的厚度为0.2～0.3 m[3]，方案二浆砌石护面的厚度采用0.4～0.6 m，方案三、方案四干砌块石及格宾网石笼护面厚度为0.4 m。4种方案工程量、投资情况比较见表1。

表1 新建护岸工程量投资比较表

2）方案综合性能比较

从施工难度、运行等综合性能方面对4种方案进行技术、经济等方面的综合分析比较，其优缺点如下。

方案一：优点是整体性及刚性较好，护坡经久耐用。缺点是施工难度较大，对地基稳定性和承载力要求高，透水性较差，水下基础施工混凝土浇筑时需修筑围堰，施工导流难度大，临时工程投资较高；低温季节受外界气温影响大，不利于施工，总工期较长；低温季节不宜施工，单位造价较高，混凝土属硬性材料，受基础变形影响大，容易出现裂缝。

方案二：优点是整体性及刚性较好。缺点是柔性、变形能力、透水性较差，要求有一定的施工技术水平，施工难度较大，质量较难控制。水下施工时需修筑围堰，临时工程投资较高。低温季节不宜施工，单位造价高，属硬性材料，受基础变形影响大，容易出现裂缝，适应地基变形能力差，造成冲刷破坏后不易补救。

方案三：优点是主体建筑工程单位造价较低，施工操作技术简单，不用支模等复杂工序；水下干砌块石施工时可采取抛填，不需修筑围堰。缺点是质量较难控制，整体性较差，极易产生跨塌等破坏。

方案四：优点是格宾石笼护坡柔性好，对地基变形适应性强，后期很少发生跨塌、断裂等破坏；护坡透水性较好；护坡表面较大的空隙利于植被的生长；施工简单，对施工技术要求不高，后期一旦破损，容易维修且造价较低。缺点是格宾网制作要求高，需要专业厂家[4]。

通过对以上4种护岸结构、材料的比较，从施工难度、施工进度、工程造价、生态保护、环境美化等方面综合分析，护岸结构、材料初设推荐选用格宾网石笼护坡+抛石护脚。

3 新建护岸典型设计

该河段治理河道长94.900 km，涉及齐哈玛乡、采日玛乡、曼日玛乡、河曲马场、欧拉乡、尼玛镇等4乡1镇1场。新建护岸91.166 km，左岸新建护岸70.007 km，右岸新建护岸21.159 km，划分治理段落32个，布置护岸53处。

3.1 典型设计

该河段坡式护岸分为上部护坡和下部护脚两个部分，以设计枯水平台为界。根据河岸地质条件和地下水活动情况，上部护坡采用格宾网石笼护坡。护岸工程顶高程采用10年一遇洪水位加0.5 m超高，但地面高程低于护岸顶高程时，护至原地面即可，护岸顶设0.5 m宽格宾网石笼封顶。护坡迎水坡坡比1∶2，夯填相对密度不小于0.6。主流近岸、枯水期岸前无滩段，落格宾网石笼护坡厚0.4 m；主流远离河岸、枯水期岸前有滩段落，格宾网石笼护坡厚0.3 m。格宾网石笼与地基土之间设一层350 g/m2的土工布反滤层。临河高坎高于护岸工程顶高程时，开挖护岸顶高程以上边坡至稳定边坡，开挖边坡1∶1.25；若护岸顶高程以上坎高大于5.0 m时，设置宽度为1.0 m的戗台，开挖边坡及戗台表层种植草皮护坡。

下部护脚采用抛石护脚。设计枯水位高于护坡河滩地面线时，设置抛填块石枯水平台。采日玛乡采日玛村下段13-1号段上游河道宽阔，枯水平台顶部高于设计枯水位0.5 m；下游河道较窄，枯水平台顶部高于设计枯水位0.8 m。根据现状河岸坍塌轻重程度、河道演变状况及抛石方法，齐哈玛乡所有段落、采日玛乡采日玛村上段12-2号桩号0+535.43上游段落的岸坎较低，可采用岸坎顶部向河道抛石方法抛筑枯水平台，易发生河岸冲刷坍塌河段枯水平台宽2.0 m，其余河段枯水平台宽1.5 m；采日玛乡其他段落，曼日玛乡、河曲马场、欧拉乡、尼玛镇等段岸坎较高，采用分段沿枯水平台纵向进占抛石的方法抛筑枯水平台，易发生河岸冲刷坍塌河段的枯水平台宽3.5 m，其余河段枯水平台宽3.0 m，抛填块石坡度约为1∶1.5。设计枯水位低于护坡河滩地面线时，砂砾石层河床段开挖至原地面线以下1.0 m，细砂层河床段开挖至原地面线以下2.0 m，底部开挖宽度均为0.5 m，开挖边坡1∶1.5，抛填块石至原地面线作为抛石护脚。护岸典型断面设计见图1、图2。

3.2 护岸基础处理

根据地质资料，工程区护岸基础土层主要为第四系全新统的砂砾石、含砾砂及中细砂，砂砾石层、含砾砂层、中细砂层允许不冲刷平均流速分别为0.85～1.00，0.65～0.70，0.55～0.58 m/s。由于河道的平均流速大于护岸基础土层允许不冲流速，为防止护脚被洪水冲刷而引起塌陷，坡脚必须采取防护措施，以保护护岸的安全稳定。

图1 护岸典型断面设计图（单位：m）

图2 护岸典型断面设计图（单位：m）

表2 黄河干流某河段护岸冲刷深度计算表(部分成果)

根据设计洪水与护岸的关系、洪峰流速及河床质等因素，最终确定各段护岸的冲刷深度，计算采用GB 50286-2013《堤防工程设计规范》中平顺护岸冲刷深度计算公式，局部冲刷深度计算成果见表2。通过实地查勘，调查各个险工处的冲刷深度，结合初设计算的冲刷深度，护岸基础采用抛填块石，当施工期（以设计枯水位为设计参考高程）水位高于护岸坡脚地面时，采用水下抛填块石基础，并设置枯水平台；当施工期水位低于护岸坡脚地面时，采用开挖后抛填块石基础，基础埋深置于冲刷深度以下，砂砾石层河床不小于1.0 m，细砂层河床段不小于2.0 m。

3.3 高边坡稳定计算

甘南州玛曲县的护岸工程中，尼玛镇萨合村右四段横1断面为高达25.0 m的高边坡，需对其稳定性进行分析计算。根据地质资料，护岸开挖边坡为1∶1.25，高边坡开挖每5.0 m高度设1.0 m宽马道，各层岩土物理力学指标值见表3，边坡稳定计算简图见图3。边坡稳定分析计算按照GB 50286-2013规定，在不考虑地震荷载的情况下，计算方法采用条块间作用力的简化毕肖普法[5]，计算软件采用理正边坡稳定分析软件中的复杂土层土坡稳定计算[6]，计算的安全系数及各工况允许的安全系数见表4。从表4看出，边坡抗滑稳定最小安全系数在计算工况下均大于规范允许值，边坡是稳定的。

表3 各层岩土物理力学指标值

表4 最小安全系数计算成果表

图3 边坡稳定计算简图（单位：m）

4 结语

此次河段整治工程的任务主要是防洪，通过修建护坡及护岸工程，可以提高沿河两岸的防洪能力，保障两岸人民生命财产安全，促进当地经济社会可持续发展。黄河干流上游段治理范围长94.900 km，新建护岸91.166 km，河道护坡整治于2018年完工，河道整理后进一步提高了河道干流段防洪能力，对当地经济社会的发展意义重大，可为同流域河道整治提供技术依据及经验参考。