南秦河南秦新区堤防设计方案探析

2023-08-15王玮琳

水利科学与寒区工程 2023年7期

孙坎，王玮琳，苏文

(商洛市水电勘测设计院，陕西商洛 726000)

1 概况

南秦河发源于商州区杨斜镇东岳庙鸡冠岭，属丹江右岸一级支流，干流长49 km，流域面积576 km2，河道平均比降16.6‰，河流由西向东，于商州区刘湾办事处仁塬村汇人丹江[1]。南秦河属山区河流，洪水具有陡涨陡落、历时较短的特点。据调查，流域历次洪水后河道主槽未有明显摆动，河宽基本为50～110 m，无明显的河岸垮塌现象发生，河道主槽基本在河道内摆动，河床比较稳定。河道冲淤变化基本平衡，略有下切。

南秦河下游为南秦新区，区域内人口4.13万人，11.67 hm2耕地。长期以来，因为河道缩窄，导致河床下切严重，多处出现河岸淘刷破坏。近几年随着G312公路、宁西铁路、沪陕高速公路等基础设施的大规模修建，在南秦河以及下游丹江河道大量采取河床砂砾石，造成丹江干流河床逐步下切，南秦河也随着丹江主河道逐年下切。历经多次洪水破坏，造成南秦河堤多处基础悬空、部分堤岸坍塌和河道改线等，至今无法恢复。

2 河道现状及存在的问题

2.1 河道现状

南秦河流域属土石山区，洪水灾害不断，曾多次进行过加固和维修。受历史条件和建设资金所限，工程设计和施工标准普遍较低，加之历年水毁等，使得防洪工程隐患重重。南秦河口段防洪工程位于南秦河新车站大桥南秦河口，长度约3 km。其中上段：水利部门2010年通过陕西省重点防洪工程实施的M7.5浆砌石护坡，原设计20年一遇洪水，基础埋深2.5 m，堤防总高度7.5 m，安全超高为1.0 m，基础以上部分坡比为1∶1.5，该部分目前河道下切，堤防顶冲段露根比较严重，局部垮塌，河道桩号为N1Y0+000-N1Y1+082、N1Z0+000-N1Z0+920，总长度约为2 km多。南秦河下段：为天然岸坎(土坎)，受洪水冲刷已造成水土流失，危及背水一侧的耕地、村庄及公路。根据南秦河总体规划需要治理的部分，此段主要位于南秦河河口位置处，河道桩号为N2Z0+000-N2Z0+838，左岸总长度约为0.838 km。

2.2 存在主要问题

(1)缺乏统一的规划设计，尚未形成较完整的防洪体系。

(2)河床下切严重。该段工程项目区上游建有南秦水库，由于水库的拦沙作用，河道内无泥沙下泄，同时，前几年下游河道内采砂严重，导致河道下切速度较快。

(3)南秦河下段。为天然岸坎(土坎)，受洪水冲刷已造成水土流失，危及背水一侧的耕地、村庄及公路。

3 工程规模与布局

3.1 防洪标准

本次治理工程位于商洛市中心城区，人口、工矿、企事业单位集中，依据《防洪标准》(GB 50201—2014)，并结合按防护区重要程度确定工程段的防洪标准，确定本次护岸(堤防)防洪标准为50年一遇洪水[2]。基于潜坝工程对两岸护岸基础安全性具有重要作用，本次潜坝加固工程防洪标准亦为50年一遇洪水。

3.2 工程布局

南秦河防洪护岸工程主要是顺适河势，强化堤坡衬砌，加强堤脚防冲保护，以提高河道行洪能力，使设计标准以内的洪水无灾，设计标准以外的洪水灾害损失降低到最低程度，促进当地社会、经济全面发展。南秦河段治理工程新建护岸长度838 m，加固护岸长度2002 m，合计2840 m。本段工程分2段，具体布局如下：

(1)南秦河上段。新车站桥-大流峪入汇口(上)，加固护岸2002 m，其中，左岸加固护岸920 m(桩号N1Z0+000-N1Z0+920)，起点接新车站桥桥台，终点接龟山大道路基，本次拟对堤脚加固；右岸加固护岸1082 m(桩号N1Y0+000-N1Y1+082)。起点接新车站桥桥台，终点接南环路桥桥台(大流峪入汇口左岸)，本次拟堤脚加固。

(2)南秦河下段。大流峪入汇口下大约180 m处-商鞅大道桥，本段左岸新建护岸838 m(桩号N2Z0+000-N2Z0+838)，起点接龟山路基，终点接南秦河口商鞅大道桥桥台。

4 堤防护岸设计

本次防洪工程设计依据因势利导、加强重点的原则，在充分利用地形地势的基础上，对现状已被冲毁的堤防安排新建护岸，对堤防防洪能力低的河段进行护岸。充分利用现状堤防工程和天然节点，废除、重建局部对河势有不利影响或堤距过窄的堤防工程，局部不合理堤段，堤线布置兼顾左右岸、上下游，平面形态顺畅，支流汇入角适度减小，适当放宽汇流区干流堤距[3]。

4.1 护岸顶高程设计

根据《河道整治设计规范》(GB 50707—2011)，结合工程现状情况，护岸设计按照防冲不防淹要求，护岸顶高程为设计洪水位加0.5 m。

考虑到此工程主要位于商洛市中心城区处，为保证河道治理后的整体效果，对现状岸坎高度大于水位加0.5 m的段落，护岸顶高程适当调高，与现状岸坎高程基本吻合，并且治理段岸顶顶高程上下游保持平顺；对上下游均有已成挡墙的段落，护岸顶高程与上下游已成工程平顺衔接。

4.2 横断面比较

根据前述堤线布置原则及所确定的堤距，结合现状老坎、堤防及已成防洪建筑物状况，以及实际地形和工程段的实际情况，拟定本次设计河道综合治理建筑物断面在满足防洪要求的同时，重点突出生态、绿化特点。常用的新建护岸形式包括重力式挡墙、重力式挡墙+阶梯式生态块以及蜂窝式生态护坡，现对以上三种方案进行比较，三种挡墙优缺点见表1。

表1 断面型式比较

(1)重力式挡墙。仰斜重力式挡土墙适合于高度较大的挡土墙，当挡土墙后填土很高时，采用墙身俯斜，依靠自身重力，降低土压力，增加抗倾力矩，从而减少挡土墙用料，通常采用浆砌石或埋石混凝土建造，但施工期应加强管理，确保墙后填土的压实质量及墙前址脚的稳定。

(2)重力式挡墙+阶梯式生态块。重力式挡墙与阶梯式生态块组合护岸是一种刚柔相济的生态护岸形式。通常用于现状岸坡高度6～10 m的位置。其下部为重力式挡墙，通常采用M7.5浆砌石或埋石混凝土砌筑。上部根据洪水及现状岸坡高度的需要砌筑阶梯式生态块，再在生态块内种植绿化草藤，形成绿色驳岸。

(3)蜂巢式生态护坡。蜂巢式网格植草护坡是一项类似于干砌片石护坡的边坡防护技术，是在修整好的边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后，在网格内铺填种植土，再在砖框内栽草或种草的一项边坡防护措施，河床及以下部分采用混凝土或浆砌石材料稳固基础，此断面适用于河道较宽的位置。

横断面加固一般采用格宾石笼和埋石混凝土加固断面。格宾石笼主要用于现状挡墙基础外漏，稳定性满足规范要求的位置(稳定性根据地质数据及稳定验算判定)，起到堤脚绿化及防冲刷的作用；埋石混凝土主要用于现状挡墙基础外漏，且稳定性不满足规范要求的位置。

4.3 横断面设计

根据现状老坎、堤防及已成防洪建筑物状况，结合实际地形和各工程段不同的情况，对挡墙断面形式和横断面加固方法进行探讨，并从技术、经济、适宜性等多方面进行比选，最终确定建筑物型式。

(1)南秦河上段。该部分现状河床下切，冲刷露根。由于此段挡墙掉根并不十分严重，且位于南秦河上，具有河道生态绿化的特性。本次拟对此段整体进行堤脚加固，在堤脚前采用双排格宾石笼进行加固，下排断面尺寸1 m×4 m，上排1 m×2 m，并植草使其保持一定的生态属性，加固后的下排顶部略高于河道常水位。此段原设计为20年一遇，对下切后的河床进行复测，结合本次推求的50年一遇水面线高程以及现状护岸顶高程，可知现状挡墙高度满足50年一遇设防高度。

(2)南秦河下段。该段现状为天然土坎，土坎高度5～7 m，长度约为838 m。城市道路龟山大道沿土坎背侧距离15～20 m修建，路边小区林立，居民区较为稠密。对此段岸坎进行防护，对道路及居民房屋财产安全具有重要的意义。现状岸坎与道路边为城市公园，从占地少、生态绿化的角度，本段采用重力式挡墙+阶梯式生态块的结构形式，下部为C20埋石混凝土结构挡墙，高度约为3.0～4.6 m，顶宽0.8 m，底宽约1.9～2.6 m，迎水坡1∶0.4，背水坡直立，中间留设2.0 m宽的人行步道，步道厚20 cm，采用C20透水混凝土铺装，步道顶高程高于下游丹江上5#橡胶坝蓄水面高程50 cm。护岸上部结构为8～12层阶梯式生态块(单块尺寸2 m×1 m×0.5 m)，整体高度约4～6 m，坡比1∶1.5，其底部基座采用C20埋石混凝土，尺寸0.5 m×2.5 m，阶梯式生态块内填土植草，其背为砂砾石填筑，砂砾石填筑相对密度≥0.65。

4.4 护岸生态措施

生态措施主要为在格宾石笼内填充生态草袋，袋体的内表面设有海绵层，海绵层内填充有种植土层(含植物种子)，草袋填充率≤15%，草袋靠近格宾石笼外表层，填充率≤15%。种植的草类具有抗旱耐寒四季常绿的特性。生态护岸结构主要使用的是阶梯式生态框架预制块，阶梯式生态块内填土植草，其背为砂砾石填筑，砂砾石填筑相对密度≥0.65。