河道防護堤形式設計斷面優化分析

李云中 劉冠

摘 要：以某防洪堤工程為背景，因工程所在區域內地表抗沖刷能力較差，洪水期水流對河岸形成沖刷侵蝕，導致兩岸水土存在較為嚴重的流失問題，需要加強防洪堤斷面的相應防護措施。通過對防洪堤段水文地質條件的分析，提出適用性的筑堤材料，進一步對堤頂、堤坡進行設計，重點分析了護腳防護形式，提出三種護腳方案形式，防洪堤抗沖刷性能、基礎穩定性和施工的控制質量等諸多影響因素進行了全面的對比分析。經綜合分析后，決定護坡形式采用全斷面雷諾護墊結構，護腳采用雷諾護墊斜鋪+水平鋪設格賓石籠+水平四面六邊混凝土透水框架群的防護堤形式，更利于工程應用，為以后類似工程項目-提供技術支持。

關鍵詞：防洪堤工程;水土流失;斷面設計;防護形式對比

中圖分類號：U617.8? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0095-02

1 防洪堤橫斷面設計

1.1新建防洪堤總體部署

此次項目施工中需要整治的河道長度達到了5.24km，在主要的河道中需要修建4.66km的防洪堤壩，其中主河道上段3.22km，下段2.93km。共修建支流入河口護堤1.144km， 其中主河道支流左岸386m主河道右岸154m。為了確保防洪工程將河流支流能夠流向主槽，在主槽的交匯之處設計了支流作為入口，為了有效能夠讓不同斷面結構下的防洪堤壩能夠起到應有的防洪效果，在防洪堤壩設計的過程中采取了漸進過度形式的連接方式。另外為了能夠讓兩岸支流位置的水流流向主槽，在防洪堤壩的設計過程中還特別修建了相應的排水管道。

1.2筑堤材料設計

根據現場對地質的考核來看，滿足項目施工的安全性要求。另外根據現有的《堤防工程設計規范》中對堤身高度低于6米情況下堤防密度高于0.6的施工要求，需要施工的過程中堤身的壓實指標密度 Dr≥0.65。

1.3堤頂設計

按照《防洪工程設計規范》的設計要求，3級別以下堤防寬度要大于3m[1-2]。根據項目施工經驗結合此次項目施工狀況，確定本次堤頂寬度為 4m，采用了粉細砂土作為此次項目防洪堤的填筑材料。考慮到堤頂容易遭受降水和風侵蝕的影響，所以，此次項目運用了25cm砂礫石進行了防護，并且在防護層的下面鋪設了單層土工布，規格為500 g/m2，起到了有效提高路面穩定性的效果[3]。

1.4堤坡設計

按照項目施工條件，要求迎水面坡度比例為1：3. 0，背水面坡度按照1：2. 5。鋪設25cm的防護墊，起到了緩沖保護的作用，并在下面鋪設了25cm砂礫石防護墊并設置有濾水土工布，大小規格為500g/m2 。按照項目施工要求每相隔100m安置了單層隔墻，每層寬度設置為50cm，深度為100cm。護墊墊層為3. 0m×3.0m×0. 3m，并且要求在每相隔1m的位置安置有一道隔斷層。防護墊的材料采取了鋅-5%鋁-稀土復合型材料鍍層，起到了穩固的工作;鋼絲力學性能應符合施工要求，抗拉能力大于350 N/m2，鋼絲伸長率應≥10%。在項目施工的過程中要秉承著節約性原則，在石籠內填充了U30硬質石料，粒徑采用100～250mm。其中100～150mm粒徑占30%，150～200mm粒徑占50%，200～250mm粒徑占20%。

2 護腳防護形式設計

2.1堤防基礎沖刷深度計算

根據項目施工的要求，按照《堤防設計規范》GB50286—2013公式對堤防基礎沖刷深度進行了計算[5-6]，具體如下：通過項目施工計算沖刷坑深度為0. 58～1. 12m。根據此次施工所提供的前期資料表明，此次項目施工中的局部基坑深度沖刷達到了8m左右，其中水下粉細砂穩定邊為1∶3. 0，按照此計算結果將斜長為12～24m。

2.2護腳方案形式選擇

綜合考慮到了地形、砂石、自然生態環境等諸多因素對堤防的影響，結合項目施工多年所取得的建設經驗，此次項目施工采取了以下3種方案作為對比，具體如下。

2.2.1施工工藝一

采取了透水框架群防沖刷的工藝對護腳進行施工處理，坡面防護形式采用雷諾護墊，基礎防沖采用水平四面六邊混凝土透水框架群+格賓石籠。對于坡腳的防護處理來說，綜合運用了水平鋪設格賓石籠，按照基面向下開挖1m的施工方法，按照水平方向鋪設了格賓石籠防止沖擊，每層格賓石籠厚度為0.8m。并且在上層格賓石籠頂部鋪設了1層混凝土進行防水處理。具體施工工藝為圖1所示。

2.2.2施工工藝二

運用了雷諾護墊作為此次項目施工過程中的坡面防護，另外為了防止對兩岸水土的侵蝕，運用了防滲墻+混凝土透水框架群對基礎進行了相應的防護處理。運用了雷諾護墊對護腳進行處理，并且采取了混凝土透水框架進行防滲透處理，通過于河床基面向下設計了10米的深槽，并采取了混凝土加固，厚度達到了0. 8m。項目施工完成以后，采取了水平鋪設的方法鋪墊了透水框架群，相應的橫斷結構如下圖2所示。

2.2.3施工工藝三

采取了雷諾護墊斜鋪和水平鋪設格賓石籠的方式對護腳進行了處理。運用了護墊斜鋪、水平鋪設以及混凝土透水框架融合施工的工藝，按照河床基面向下挖開6m，水平鋪設石籠起到防護的作用，鋪設長度為10. 0m;并且在石籠以下鋪設有500 g/m2的工布，具體施工方案如方案下圖3所示。

3方案比選

此次項目施工按照防洪堤段地形的特點，整體上對防洪堤抗沖刷性能、基礎適應性、施工的難易程度以及工程投資等諸多影響因素進行了綜合性的對比分析：

（1）防洪堤抗沖性能護分析方面，三個護腳護坡防護方案均具有較強的坡面抗沖刷能力。

（2）基礎適應性方面，方案一護腳防沖采用垂直+水平組合型式，格賓石籠能適應較大變形。透水框架固灘效果較好;方案二垂直防滲墻為剛性防護，適應基礎變形能力差;方案三護腳防沖采用垂直+水平組合型式，格賓石籠能適應較大變形，透水框架固灘效果較好。

（3）施工難易程度，方案一水下邊坡開挖較淺，施工難度較小，坡腳采用柔性結構，容易維修;方案二坡面防護項目施工可操作性強，對于垂直防滲墻施工工藝復雜，難度大，維修困難;方案三水下邊坡開挖大，施工難度較大。

（4）工程投資方面，經過預算計算，方案一預計投資1678.38萬元;方案二預計投資2685.44萬元;方案三預計投資528.39萬元。

通過對上述不同施工方案的對比，得出以下結論：

（1）方案一采取了水平防沖工藝，在水平位置鋪設了柔性的石籠，提高了河床的整體穩固性，因為河道中垂直開挖深度有限，施工量較小，難度較低，通過綜合對比，這種施工工藝防沖能力有限。

（2）方案二采取了垂直防滲墻工藝，此施工工藝容易誘發墻體倒塌的情況，另外，因為防洪堤的基礎采取了粉細砂，缺乏整體穩固性，導致了成槽困難，容易發生坍塌問題，另外垂直防滲工藝復雜，對施工的工期來說比較遲緩施。

（3）方案三采取了水下斜鋪防沖工藝，在水平位置鋪設有賓石籠，使得在防護構成方面為柔性結構，增強了河床的應變能力，因為河床的開挖深度大，對項目施工難度提出要求高，按照已有經驗，此工藝的實際防沖效果最好。

相對于前兩種施工工藝，最后一種投資相對較少，對比方案二可以減少1400萬元支出。綜上，從經濟性考慮，相對于前兩種施工工藝，第三種工藝整體項目適應性較好，所以此次項目施工采取了第三種施工工藝。

4 結論

針對于最為復雜重要的防護堤堤腳斷面形式，提出三個護腳護坡防護方案，并進行了綜合比選，通過多項因素對比分析，選擇坡面抗沖刷能力更強，基礎變形適應更好，經濟性更合適，適應性更好的防護堤方案，有效地解決了河流兩岸沖刷侵蝕劇烈問題，保障區域防洪安全。

參考文獻：

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[2]金菊良，劉永芳，丁晶，等.城市防洪工程經濟風險分析的蒙特卡洛法[J].長江科學院院報，2003（1）：40- 43.

[3]陳守煜，郭瑜.模糊可變集合及其在防洪工程體系綜合風險評價中的應用[J].水利水電科技進展，2005（ 6） ： 4-8.

[4]張朋，劉楷操.港珠澳大橋鴨涌河恢復工程防洪影響分析[J].陜西水利，2019（5） ： 61-63.

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