不同的堤腳防沖設計在浦陽江二期工程中的應用

單 穗 南

(杭州水利水電勘測設計院有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

浦陽江二期工程中局部河段為凹岸段，流速較大，坡腳現狀多沖溝，最深處陡坡高度大于4 m。根據歷年浦陽江凹岸沖刷嚴重段外側拋石效果及其他類似工程經驗，該類堤段防沖問題較突出。本次設計對凹岸現狀存在沖溝、沖刷嚴重段進行防沖方案比選。

2 沖刷深度計算

按GB 50286—2013堤防工程設計規范，水流平行于岸坡產生的沖刷可按下式計算：

其中，hB為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深,m；Ucp為近岸垂線平均流速,m/s；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取n=1/4～1/6；η為河床面上允許不沖流速，m/s。

取各段平均最大流速進行防沖計算，以最大流速3.22 m/s，經計算，設計河床以下岸坡最大沖刷深度1.23 m。

3 方案比選

考慮本工程存在凹岸現狀無灘地且現狀沖溝較深段，根據歷年浦陽江凹岸沖刷嚴重段外側拋石效果及其他類似工程經驗，該類堤段防沖問題較突出。本次設計對凹岸現狀存在沖溝、沖刷嚴重段進行防沖方案比選。

方案一：常水位以下采用漿砌塊石護坡+塘渣回填+1.5 m深防沖大方腳+外側3 m范圍內拋石防沖。該方案優點：施工簡單方便，拋石埋于河床，防沖效果好。缺點是堤防斷面大，迎水坡坡面較長，漿砌塊石護面較長，塘渣填筑量較多，施工需設置施工圍堰，施工周期長，施工期無水情況下邊坡存在較大安全隱患，見圖1。

方案二：灌砌石重力式擋墻+松木樁+外側3 m范圍內拋石防沖。考慮凹岸沖溝沖刷的嚴重性，根據類似工程估算在洪水期該類斷面流速為普通斷面流速的1.5倍～2.0倍，經初步估算，河床以上的防沖拋石粒徑須達到0.4 m以上，單塊拋石重量在200 kg以上，拋石表面大塊石需進行理砌處理。考慮該類斷面現狀坡度較陡，施工期現狀邊坡穩定存在安全隱患，故該方案常水位以下采用灌砌石重力式擋墻，下設松木樁，減少施工期對現狀邊坡的擾動。該方案優點：減少了堤防斷面體積與迎水坡護面，堤防施工先進行外側拋石至非汛期低水位，可不設置圍堰。缺點是：灌砌石重力式擋墻部分基礎位于拋石體上，后期對拋石沖刷過程中易造成擋墻失穩；拋石設于河床之上，拋石石料要求較高且體量較多，備料較困難，抗沖效果一般，并需經常維護，見圖2。

方案三：預制混凝土U型板樁防沖+灌砌石重力式擋墻。該方案在堤腳外側插打U型板樁，樁頂澆筑鋼筋混凝土帽梁鎖定，形成堤前防護墻，后接斜坡。

該方案優點：U型板樁可采用船上施工，外側無需拋石，施工簡單且無需設置圍堰，板樁埋深較深，防沖效果最佳，永久性最好，且維護工程量較小。缺點是：U型板樁投資較大，板樁無法進入圓礫層或基巖，對土層要求較高，見圖3。

方案四：雙排灌注樁+預制樁防沖+灌砌石重力式擋墻。雙排樁分為前排樁和后排樁，臨水側的前排樁為連續樁(為減少投資，分主、副樁，主樁為鋼筋混凝土灌注樁，間距為1.5 m；副樁為預制方樁，在主樁之間設置兩根30 cm×30 cm的預制方樁，密排布置)，背水側的后排樁(為節省樁工程量只設主樁)為間隔樁，間距3.0 m。樁頂設置灌砌石重力式擋墻，灌注樁及預制樁深入底板10 cm。本方案既為臨時支護工程，又作永久支護+防沖結構。

該方案優點：外側無需拋石，且無需設置圍堰；雙排樁既為臨時支護工程，又作永久支護+防沖結構；整體剛度大，抗變形能力較強，水平位移量小，安全系數較高；防沖效果最佳，永久性最好(與板樁相同)，且維護工程量較小。缺點是投資大，灌注樁需要搭設臨時排架進行施工，施工相對較復雜，見圖4。

凹岸防沖方案比選見表1。

表1 凹岸防沖方案比選表

考慮凹岸段洪水期流速較大，沖刷較嚴重，堤腳一旦出現沖刷問題，很可能導致邊坡失穩，堤防決堤，造成嚴重后果。經比選后，方案一施工期無水時邊坡存在安全隱患，方案二防沖效果一般且后期擋墻易失穩，方案三與方案四防沖效果均最佳，永久性均最好，方案三較方案四投資小，但方案三無法進入圓礫層，且板樁處理深度有一定的限制，故本次設計從安全角度出發，對現狀沖刷問題較突出且基礎無圓礫層段，采用防沖性能最佳、永久性最好的混凝土U型板樁進行防沖設計。對于局部洪水期流速較大沖刷嚴重段，現狀沖溝深度大于3 m，單排樁結構較雙排樁剛度小，水平位移較大，很難滿足結構穩定要求，且基底圓礫層埋深較淺，板樁無法進入圓礫層，故對該類堤防采用整體剛度大，抗變形能力較強，水平位移量小，安全系數較高的雙排灌注樁+預制樁防沖設計。

參考文獻:

[1] GB 50286—2013，堤防工程設計規范[S].

[2] JGJ 94—2008，建筑樁基技術規范[S].