白馬湖隔堤護坡實施方案優(yōu)選

趙開南 王 可 李 超 楊 帆

（作者單位：1.常州市武進區(qū)水利工程建設管理中心 213159 2.揚州大學水利科學與工程學院 225009）

為穩(wěn)定隔堤斷面，減少水土流失，消除隔堤沖刷帶來的安全隱患，確保河道輸水安全，對隔堤護坡實施加固工程極其重要。本文結(jié)合白馬湖隔堤工程現(xiàn)狀，設計了多種隔堤護坡實施方案，并從多角度出發(fā)進行綜合分析，采用膜袋混凝土護坡方案并取得了良好效果，此工程可以滿足人們對隔堤的生態(tài)環(huán)境和人文景觀的需求，具有較好的社會效益。

一、工程概況

淮安四站及其輸水河道工程是南水北調(diào)東線抽引長江水的主體骨干工程之一，是長江至駱馬湖段工程的重要組成部分，是實現(xiàn)南水北調(diào)、逐步解決北方地區(qū)缺水形勢的必要工程。淮安四站工程位于洪澤湖下游白馬湖地區(qū)，其站下新河輸水河道利用現(xiàn)有河湖送水，從里運河北運西閘至淮安四站站下，全長29.8km，分為運西河、白馬湖湖區(qū)及新河三段。輸水線經(jīng)過白馬湖湖區(qū)為穿湖段，全長約2.3km，屬于南水北調(diào)東線一期淮安四站輸水河道工程的重要組成部分，可以使輸水湖區(qū)采用專線封閉送水方案，并將河湖分隔。其隔堤采用“隔堤＋滾水堰”方案。

由于淮安四站輸水河道工程穿湖段隔堤填筑時工程防護設計標準較低，邊坡未采取防護措施，堤頂為土路或砂石路。經(jīng)過近幾年運行和風浪沖刷，隔堤大部分斷面出現(xiàn)了坍塌，沖刷嚴重段隔堤1/3斷面已消失，嚴重影響南水北調(diào)淮安四站輸水可靠性。再加上近幾年白馬湖實施了退漁還湖工程，湖面失去了漁網(wǎng)、圩堤等附件的消浪作用，湖面擴大，風浪吹程增長，風浪力加大，導致沖刷加劇。隔堤斷面坍塌的現(xiàn)象嚴重影響了南水北調(diào)東線淮安四站輸水可靠性及安全性。

二、方案比選

1.方案設計

白馬湖隔堤加固工程需要對白馬湖補水閘至滾水堰段隔堤進行護坡，總長約1.1km。該工程主要內(nèi)容為隔堤岸坡防護，布置原則為：工程布置結(jié)合隔堤現(xiàn)狀，現(xiàn)場缺乏土方資源，方案盡量減少工程量，節(jié)省工程投資，且能經(jīng)久耐用。

常規(guī)的護岸型式包括放坡護岸、擋墻護岸、板樁護岸三種型式。隔堤斷面的岸坡防護，原則上采用生態(tài)防護型式，除了常見的草皮護坡外，還有膜袋混凝土護岸、漿砌塊石護坡、聯(lián)鎖式生態(tài)護坡等。擋墻護岸有多種，如混凝土擋墻、漿砌石擋墻、自嵌式擋墻等。板樁護岸主要有鋼筋混凝土板樁墻、木樁等。針對影響工程設計方案的主要影響因素及該工程的特點，擬采用灌砌塊石護坡、懸臂式鋼筋混凝土擋土墻、預應力混凝土U 型板樁和膜袋混凝土護岸等四種結(jié)構(gòu)方案進行經(jīng)濟、技術比選。

在各方案中最高引水水位為6.5m，最低蓄水水位為5.5m，設計引水水位為6.08m，排澇設計水位為7.50m，排澇最高水位為8.5m。由于左岸為輸水河道側(cè)，風浪沖刷作用弱，故左岸在高程5.0m 至7.5m處均采用膜袋混凝土護坡，坡比為1∶4，高程在7.5m至堤頂處采用生態(tài)草皮護坡，坡比為1∶3。各方案臨白馬湖側(cè)右岸的設計內(nèi)容如下：

（1）方案一：灌砌塊石護坡；護坡采用灌砌塊石護坡，護坡鋪面系統(tǒng)在水流作用下具有良好的整體穩(wěn)定性和防沖刷性能。施工時需施打施工圍堰，初擬圍堰頂高程7.0m，圍堰頂寬3.0m，迎水側(cè)坡比1∶2，背水側(cè)坡比1∶1.5。

圖1 隔堤設計斷面圖一（單位：m）

圖2 隔堤設計斷面圖二（單位：m）

圖3 隔堤設計斷面圖三（單位：m）

圖4 隔堤設計斷面圖四（單位：m）

圖5 隔堤右岸護坡結(jié)構(gòu)圖（單位：m）

堤坡在高程7.5m 高程處設置一條0.4×0.6mC25素混凝土縱向格梗，高程7.5m 以下澆筑30cm 厚灌砌塊石護坡，邊坡1∶4，順接至青坎頂。灌砌塊石護坡下鋪碎石墊層8cm、黃砂墊層7cm，并沿河道水流方向每30m 設一條橫向格埂，C25 素混凝土格梗尺寸0.4×0.6m。高程7.5m 以上采用聯(lián)鎖式生態(tài)護坡，邊坡1∶3，順接至堤頂。隔堤斷面設計見圖1。

（2）方案二：懸臂式鋼筋混凝土擋土墻。懸臂式鋼筋混凝土擋土墻底板面高程4.50m，底板厚50cm，底板寬3.2m，立板頂高程7.50m，立板厚度50cm。墻頂設2.5m 寬的平臺，后以邊坡 （坡比1∶1.5）順接至堤頂。為確保擋墻穩(wěn)定，墻后高程5.5m 處設50×50cm 土工布包裹碎石反濾料排水體，內(nèi)設Φ5cm 排水管，間距4m。墻前4.0m 范圍采用灌砌塊石護坡襯砌，邊坡1∶4。擋墻每隔12m 設一道伸縮縫，擋墻之間設水膨脹止水帶，縫內(nèi)采用2cm 厚聚乙烯泡沫板嵌縫。由于底板下持力層土為淤泥質(zhì)粘土，承載力不能滿足要求，采用杉木樁基礎，杉木樁小頭直徑不小于Φ12cm，樁長為5m。施工時需施打施工圍堰，初擬圍堰頂高程7.0m，圍堰頂寬3.0m，迎水側(cè)坡比1∶2，背水側(cè)坡比1∶1.5。隔堤設計斷面見圖2。

（3）方案三：預應力混凝土U 型板樁。進行水下施工，對于該工程而言，免去了施打施工圍堰的土方工程量，施工后亦能對邊坡起到良好的圍護作用。

板樁墻護岸采用板樁墻，板樁尺寸0.6m（寬）×1.02m（長），拉錨板樁混凝土強度等級C60，板樁底高程-2.5m，入土深度8.0m；其上設C30 鋼筋混凝土導梁。導梁頂高程7.50m，底高程7.00m，厚50cm，混凝土強度等級C30。導梁后填土面高程為2.7m。在導梁上高程處布置Φ5cm 排水管，間距4m，板樁后高程5.50～6.60m 布置排水體，厚40cm。墻前約6.0m 范圍內(nèi)采用拋石壓腳防護。板樁墻后設2.5m 寬平臺，并采用12cm素混凝土護砌，其后1∶5邊坡順接至堤頂，高程7.5m以上邊坡采用聯(lián)鎖式生態(tài)護坡。隔堤設計斷面見圖3。

（4）方案四：膜袋混凝土護岸。模袋混凝土適應于復雜地形，不需作圍堰，護坡整體性好。堤頂高程為8.5m。堤坡在高程7.5m 高程處設置一條0.4m×0.6m 的C25 素混凝土縱向格梗，高程7.5m以上至堤頂邊坡采用坡比為1∶3的C25 混凝土護坡；以下采用15cm 膜袋混凝土防護，坡比為1∶3.5，下面鋪設350 g/cm2的土工布墊層。采用帶皮杉木樁基礎，杉木樁小頭直徑不小于Φ12cm，樁長為5m。隔堤設計斷面見圖4。

2.方案比選

灌砌塊石護坡方案：①填筑施工圍堰進行干法施工，方案投資最低；②施工工序簡單，施工質(zhì)量控制較為容易；③施工結(jié)束后，部分圍堰土方可用于西側(cè)邊坡恢復；④施工圍堰水下方需另行設置棄土區(qū)，增加部分費用和投資。

懸臂式鋼筋混凝土擋墻方案：①填筑施工圍堰進行干法施工，方案投資略高；②施工工序簡單，兼有安全、穩(wěn)定、應用廣泛、施工成熟的優(yōu)點，施工過程質(zhì)量控制容易，且兼有結(jié)構(gòu)整體性好，抗沖、抗損強度高，使用年限長等優(yōu)點；③施工結(jié)束后，圍堰土方可用于墻后土方回填；④總體外調(diào)土方費用較高，施工圍堰水下方需另行設置棄土區(qū)，增加部分費用和投資。

預應力鋼筋混凝土板樁墻方案：①采用水下施工方案，節(jié)省了圍堰土方投資，但預應力鋼筋混凝土板樁單價較高，投資最高；②預制樁樁身質(zhì)量易于保證和檢查，樁身混凝土的密度大，抗腐蝕性能強，施工工效高；③錘擊和振動法下沉的預制樁施工時，由于預制樁擠土，對原隔堤影響較大；④墻后回填土采用水中倒土，填土質(zhì)量較難控制；樁位及樁頂易產(chǎn)生位移，對施工質(zhì)量控制要求較高。

模袋混凝土護坡方案：①采用水下施工方案，節(jié)省了圍堰土方投資；②采用一次噴灌成型，施工簡便、速度快；③可保證成型厚度緊貼地面，適應于該工程由于水流沖刷而形成的復雜地形；④抗風浪，水流沖擊能力強，與漿砌石護坡比較，具有施工機械化程度高、施工技術成熟、施工質(zhì)量有保障、施工速度快、工期短、工程維護費用低、不易被破壞的優(yōu)點。

綜上分析，四種護岸型式均能夠滿足工程使用功能要求，但綜合防護工程的耐久性、經(jīng)濟性、質(zhì)量控制等方面，模袋混凝土護坡方案都具備綜合優(yōu)勢，因此本次設計推薦使用兩側(cè)模袋混凝土護坡方案。

表1 邊坡穩(wěn)定計算成果表

三、加固工程斷面設計

1.隔堤護岸工程設計

隔堤頂高程8.5m，兩側(cè)河坡采用對稱布置，高程7.5m 以下采用15cm 厚模袋混凝土護坡，邊坡3.5，高程7.5m 以上采用12cmC25 現(xiàn)澆混凝土護坡方案，邊坡1 ∶3，設7cm 碎石墊層、7cm 黃砂墊層和土工布墊層，在高程7.5m 和8.5m 處分別設置一道40cm×60cm 的C25 素混凝土縱格梗，并沿河線方向每30m 布置一道40cm×60cm 的C25 素混凝土橫格埂。模袋混凝土施工前，應先鋪設土工布，土工布規(guī)格為350g/m2，并采用袋裝土對河坡進行理坡，理坡后河坡應平順。由于隔堤兩側(cè)河坡沖刷嚴重，鋪設土工布前，坡底處施打木排樁，木樁采用帶皮杉木樁，稍徑不小于12cm，樁長4.0m，間距1.0m，木樁頂高程5.5m。袋裝土整坡后，鋪設15cm 模袋混凝土防護層，見圖5。

2.河坡穩(wěn)定計算

隔堤加固工程范圍內(nèi)①4層淤泥質(zhì)土斷續(xù)分布，②1、②2層土全線分布，對河坡穩(wěn)定有利。采用Autobank 程序進行河道邊坡穩(wěn)定計算。計算工況及水位：①正常運行期，北岸白馬湖水位取6.30m，南岸白馬湖水位取6.13m；②地震期，北岸白馬湖水位取6.30m，南岸白馬湖水位取6.13m。

計算采用瑞典圓弧法，根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》，3 級堤防要求正常運用條件抗滑安全系數(shù)不小于1.20，地震期抗滑安全系數(shù)不小于1.05。穩(wěn)定計算成果表詳見表1。由表可見，岸坡穩(wěn)定滿足要求。

四、結(jié)語

本文針對影響工程設計方案的主要影響因素及該工程的特點，擬設計灌砌塊石護坡、懸臂式鋼筋混凝土擋土墻、預應力混凝土U 型板樁和膜袋混凝土護岸四種護坡方案，并從質(zhì)量控制、防護效果、施工方法、投資估算等方面進行綜合比選分析，最終選擇具有更好適應性的模袋混凝土護坡方案并進行護岸工程設計和穩(wěn)定計算，滿足設計要求。本研究可為河道護坡的設計和比選提供一定的參考依據(jù)■