葉爾羌河霍熱斯坦防洪工程防護型式設計

董武斌，匡根林

（1.新疆水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊 830000；2.湘潭市水利水電勘測設計院，湖南湘潭 411100）

葉爾羌河是一條洪水多發性河流，是新疆維吾爾自治區境內洪峰流量最大的河流。由于其河源段大面積冰川的發育及冰川堰塞湖的存在，常有突發性洪水發生。對葉爾羌河的防洪治理，關系到沿河兩岸7 個縣市數百萬人的人身及財產安全。

1 工程概況

霍熱斯坦防洪工程位于新疆葉爾羌河干流左岸，行政區劃隸屬于新疆喀什地區莎車縣塔尕其鄉。霍熱斯坦防洪工程全長7.99 km，共分為兩段，上段長6.55 km，下段長1.44 km。堤防級別為4 級。

工程的主要任務是保護莎車縣塔尕其鄉、闊什艾日克鄉、艾里西湖鎮等3 個鄉鎮共20 個村3.5 萬居民的生命財產安全，保護耕地6.3 萬畝，并減少洪水對色力勿衣水庫（庫容為5 200 萬m3）和卡爾扎克干渠（控制灌溉面積12 萬畝，引水流量9 m3/s）的威脅。

2 工程設計簡述

霍熱斯坦防洪工程上段堤防起點與擬建塔哈其堤防工程末端相連，堤防末點與已批復的霍熱斯坦防洪點（一期）起點銜接，下段堤防起點與霍熱斯坦防洪點（一期）末端銜接，下段堤防末點與擬建艾力西湖揚水站防洪工程起點相連。

2.1 工程地質

本河段處于葉爾羌河中游平原過渡區河段，地形較平坦，河道開闊。地層巖性為第四系全新統（Q4al+pl）沉積物。地層結構由上至下分為粉土、中粗砂和細砂。主槽不穩定，河段為典型的游蕩性河槽，汊流發育，河床沖淤變化情況復雜。

2.2 葉爾羌河近期防洪工程的主要型式

在2012 年前后曾對葉爾羌河部分洪水危害嚴重的河段進行了治理，各防洪工程護坡和護腳型式方案較多。根據葉爾羌河霍熱斯坦防洪段河段沿岸地形、河勢、地層巖性、保護對象分布等，防洪工程主要選取的防護型式主要有以下幾種：

1）坡面漿砌石防護+坡前卵石鋼筋籠防沖刷方案。

2）坡面現澆混凝土板防護+坡前卵石鋼筋籠防沖刷方案。

3）坡面漿砌石+坡面現澆混凝土板防護，坡前卵石鋼筋籠防沖刷方案。

4）坡面卵石雷諾護坡，坡前采用格賓石籠+四面六邊混凝土透水框架群防沖刷方案。

5）坡面卵石雷諾護坡，坡前采用槽孔混凝土防滲墻+四面六邊混凝土透水框架群防沖刷方案。

2.3 護坡、護腳設計理念及思路

葉爾羌河中下游河段洪水對兩岸主要是沖切及沖刷破壞，并導致葉爾羌河中下游主流擺動不定，河道寬度變化較大，霍熱斯坦防洪工程所處河段現狀河寬1 290～3 420 m。原河岸防洪現狀多以稍土石順壩丁壩相結合的防護型式，由于葉爾羌河中下游河道較寬，主流不穩定，游蕩性較強，且稍石壩多為抗洪搶險時修建的臨時性工程，壩料填筑質量較差，料體松散，易被洪水沖掉散落。

霍熱斯坦防洪工程設計應考慮洪水漫頂及護坡、護腳部位防護。對于堤防工程的護坡護腳防護要保證能抵御洪水對岸坡的沖刷及壩體的穩定，還要考慮洪水對堤腳部位的沖刷。

根據《堤防設計規范》GB 50286-2013 順壩及平順護岸沖刷深度計算公式

式中 hs——局部沖刷深度（m），從地面起算；

H0——沖刷處的水深（m）；

Ucp——近岸垂線平均流速（m/s）；

Uc——泥沙啟動流速（m/s）；

U——行進流速（m/s）；

N——與防護岸坡在平面上的形狀有關，取1/4～1/6。

由式（1）可以看出，沖刷深度與沖刷處水深、泥沙啟動流速及近岸垂線平均流速等有關。其中，沖刷處水深，經過修建防洪工程后將對原位置水深產生影響；泥沙啟動流速與泥沙顆粒大小及重量相關，河床現狀泥沙大小及重量難以控制，近岸垂線平均流速與行進流速有關，根據式（1），降低行進流速將有利于減小局部沖刷深度。行進流速可采用多種方式進行控制。

2.4 防護型式及材料選擇

本工程采用加大河岸附近糙率的方式，來降低岸邊洪水行進流速，以達到“降速落淤，保本固灘”目的，保證岸坡的安全。

霍熱斯坦防洪工程的堤身附近均為粉土、中粗砂和細砂，抗沖刷能力差，應選取抗沖刷能力較強的材料對其防護。對于地層巖性為粉土及砂的河段，堤身及坡腳的地形受洪水沖刷影響大，應選擇能較好適用其變化的柔性的防護材料，既能起到防沖作用，又能很好適應堤身及坡腳的變形。

根據以上分析及近年來葉爾羌河上各類防洪工程實施效果比較，邊坡選取雷諾護墊護坡結構、坡腳采用格賓石籠防護，比較符合本防洪工程對防護型式及材料的要求（圖1、圖2）。

圖1 一般防護段堤防橫剖面圖

圖2 重點防護段堤防橫剖面圖

用于制造格賓籠及雷洛護墊的鋼絲進行鍍高爾凡（鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層）防腐處理，籠組的間隔網與網身間每間隔10～15 cm 綁扎一道。石籠組間連接綁扎，以求連成一體。填充物采用卵石，石料粒徑100～150 mm，填充空隙率不超過20%。

為進一步降低近河岸附近洪水行進流速。在水平格賓石籠最上層一般防護段擺放1 層四面六邊透水框架，重點防護段擺放2 層四面六邊透水框架，四面六邊透水框架六條邊采用10 cm×10 cm 長度1 m 的預制混凝土，內插直徑Φ10 鋼筋，長度1.4 m，框架各頂點處焊接牢固（圖3）。

圖3 四面六邊透水框架大樣圖

3 結論

葉爾羌河霍熱斯坦防洪工程自2015 年實施完成至今，通過近幾年的運行效果來看，近河岸處河水夾雜的草、木、樹根等由于石籠及四面六邊透水框架的阻擋存留下來，使近河岸處的綜合糙率進一步加大，水流速度減小，泥沙在防洪堤附近淤積，多數河岸段已形成了比較穩定的岸灘，并且岸灘附近草、木開始生長，達到了防洪工程建設的目的。

本工程從降低河岸附近洪水行進流速，以達到減小沖刷深度的思路出發，選擇合適的防護型式及材料對護坡及護腳進行保護，很好地解決了細粒土地層河段防洪工程邊坡及坡腳的沖刷破壞問題，并達到了防止水土流失、生態保護的目的。