黃河蘭州段堤防及護岸加固斷面型式與材料分析

火慶昌

（杭州水利水電勘測設計院有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000）

1 引言

新中國成立以來，盡管在黃河上游先后建成了一批具有多年調節或年調節功能的大型骨干工程和堤防工程，但黃河甘肅段的防洪設施仍然較為薄弱，防洪能力相對偏弱，防洪安全問題較為突出，尤其是在經歷了2012年黃河上游發生的10年一遇洪水后，暴露出防洪形勢非常嚴峻，防洪基礎設施薄弱、河道管理問題比較突出等諸多安全隱患，給黃河甘肅段沿河城鎮及鄉村造成較大損失。為給沿黃兩岸居民創造一個安居樂業和安全穩定環境，促進各州市的經濟發展，進行黃河甘肅段防洪治理工程建設十分必要和迫切。本研究對黃河蘭州防洪治理工程中堤防及護岸加固的斷面型式、加固方案和所選材料進行比選研究，為本次河道防洪治理提供技術參考和依據。

2 防洪工程在現狀

黃河蘭州市城區河道西起西柳溝，東至桑園峽，全長47.5 km，岸線總長95.0 km。通過現狀調查、病害檢測和水下勘察，發現已建防洪堤大多存在不同程度的問題，包括2012年和2014年行洪過程中垮塌河堤共2.265 km，受水流頂沖、淘刷造成基礎外露或埋置深度不足的防洪堤20.08 km[1]，擋墻墻面破損的防洪堤10.355 km，另外本次通過開展實測水文大斷面和兩岸堤頂高程、計算水面線和超高等工作，經分析后有29.945 km防洪堤存在超高不足、達不到百年一遇設防標準的問題[2]。

蘭州市鄉鎮河道被城區分隔為上、下兩段，上段河道流經西固區，修建有八盤峽、河口、柴家峽3座電站，境內河道長度29.2 km，下段河道流經皋蘭縣和榆中縣，修建有小峽、大峽2座電站，境內河長70.0 km。河岸現狀及問題如下：

八盤峽電站庫岸，岸邊居民、耕地分布密集，無任何防洪設施，每遇洪水沖毀道路、村莊、耕地的現象時有發生，亟待治理防護。

柴家峽電站下游的河道局部段蜿蜒曲折，河床寬窄變化較大，河道兩岸居民、耕地分布密集，左岸有0.291 km是當地村民自建的簡易干砌石護堤，不滿足防洪標準。

小峽電站下游的什川鎮河道左岸樁號0+000～0+373和樁號0+390～2+848河堤迎水面結構基本完好，背水面邊坡變形局部坍塌，導致堤頂防汛道路發生變性破壞。左岸樁號2+901～3+498為河口村居民、耕地，無任何防洪設施，每遇洪水沖毀道路、村莊、耕地的現象時有發生，給當地群眾的生產生活帶來了極大的破壞性損失，亟待防護。

大峽水電站下游河道左岸青城鎮的居民、耕地分布密集，由于地勢較低，據現場調查目前有土沙堤約6.8 km，經核實堤防無法達到10年一遇的防護標準。

3 堤防、護岸方案比選

3.1 建設內容

根據防護區所處各段河勢、地形條件、水情特性、岸坡現狀等，結合實際情況，本次河段治理蘭州段擬定為堤防工程、護坡及護岸工程、維修加固工程3種防護類型。

蘭州市城區段河道長度47.5 km，治理河道長度為38.71 km，治理岸線長度55.11 km，新建堤防長度13.795 km，其中左岸4段，長4.265 km；右岸4段，長9.530 km。維修加固堤防劃分為67段長度共計41.315 km，其中左岸33段，長19.485 km；右岸34段，長21.830 km，包括垮塌搶修、二級防洪墻間硬化、加固以及新建護岸工程等。

蘭州市農防段治理河道長度15.4 km，共涉及西固區達川鄉、柴家臺，皋蘭縣什川鎮，榆中縣青城鎮等鄉鎮。維修加固護岸3.246 km，均為左岸；新建護岸16.068 km，其中左岸7.425 km，右岸8.643 km。

3.2 堤防型式及護面材料選擇

蘭州市城區段為城市1級堤防，且城市沿河規劃道路及建筑較多，土堤占地較多，不符合當地實際情況，參考蘭州市城區已建堤防工程的經驗，城區堤防全部采用防洪墻。

（1）堤防斷面型式選擇

本研究采用重力式、扶壁式、衡重式3種斷面型式進行比較。

①重力式防洪墻斷面型式

墻體采用C25混凝土澆筑，墻高為5～10 m，墻頂寬度為0.65 m，底寬4.35～8.5 m，為俯斜式結構，背坡坡比為1∶0.35～1∶0.55，面坡坡度為1∶0.1。墻前設置1個擴展墻趾臺階，高0.8 m，寬0.5 mm；墻后設置1個擴展墻踵臺階，高0.8 m，寬0.8 mm。防洪墻每10 m設2 cm寬的伸縮縫一道，內塞高密度聚乙烯閉孔泡沫板，采用聚氯乙烯膠泥封口，填深為3 cm。

墻前開挖坡比均為1∶1.25，防洪墻澆筑完成后采用拋填塊石回填，回填線應按原有地形標高恢復，并保證高度在防洪墻基底3 m以上。墻后開挖線的比例為1∶1.25，開挖后采用卵、碎石土夯填，夯填至設計堤頂高程，其中塊石與細粒土含量不得超過25%，砂礫土填筑相對密度不小于0.65，砂壤土壓實度不小于0.95。堤頂寬度為8 m，堤頂路面均采用C25現澆混凝土，厚度為25 cm，路面基層為30 cm厚5%水泥穩定砂礫。堤頂向臨河側設坡，坡度為2%。

防洪墻臨水面布置φ=100 mm排水管，排水管按2 m×2 m的間距梅花形布置，坡度為4%，對于墻后排水管的進口，為了防止細顆粒進入排水管，設置寬砂卵石排水體，排水體的滲透系數不小于10-3cm/s，為了防止細顆粒進入排水管，在反濾料與防洪墻之間鋪設一層350 g/m2的土工布。典型斷面見圖1。

圖1 衡重式防洪墻典型橫斷面

②扶壁式防洪墻

墻身和基礎均由鋼筋混凝土澆筑，墻高5～10 m，底板寬4.3～8 m，厚0.8～1.2 m，面板厚0.5 m，扶壁厚0.4～1.0 m，扶壁中心間距3.5 m。防洪墻每10 m設2 cm伸縮縫一道，內塞高密度聚乙烯閉孔泡沫板，內、外、頂三側采用填塞聚氯乙烯膠泥封口，填深為3 cm，典型斷面見圖2。

圖2 扶壁式防洪墻典型橫斷面

③衡重式防洪墻斷面

墻高5～10 m，上墻高2～4 m，下墻高3～6 m，墻頂寬為0.65 m，衡重臺寬為1～1.8 m，面坡傾斜坡度為1∶0.1，上墻背坡傾斜坡度為1∶0.3～1∶0.5，下墻背坡傾斜坡度為1∶-0.3，墻趾采用1個擴展臺階，高度1.0 m，寬0.5 m。防洪墻每10 m設2 cm伸縮縫一道，內塞高密度聚乙烯閉孔泡沫板，內、外、頂三側采用填塞聚氯乙烯膠泥封口，填深為3 cm。

扶壁式和衡重式墻前、墻后開挖坡比、防洪墻澆筑完成后回填方式、堤頂路面施工以及排水管型式同重力式防洪墻斷面型式。

（2）斷面型式比較

上述3種斷面結構型式方案，從技術的合理性、施工難易程度、工期長短、費用多少等方面進行比較，采用其中較優方案，比較方案見表1。

表1 三種斷面型式技術方案比較表

對上述3種防洪墻斷面型式進行投資比較分析可知，相同高度的墻體，衡重式防洪墻造價最低，重力式防洪墻造價次之，扶壁式防洪墻造價最高。經濟比較見表2。

表2 防洪墻經濟比較表（墻高5 m）

從技術角度來看，幾種斷面均為常規性設計結構，各種墻體對基礎的要求、受力條件相差不大，技術上均可行；從施工角度來看，各種斷面型式，使用的材料相同，均為混凝土結構，除扶壁式防洪墻由于是鋼筋砼結構，其工序相對較多，施工工期較長，其他施工條件基本相當；從工程造價角度來看，由于墻體高度不高，扶壁式防洪墻造價最高，衡重式防洪墻造價最低，但重力式防洪墻造價比衡重式防洪墻的造價不超過10%，并且在水利工程中，重力式防洪墻應用更為廣泛一些。因此，結合實際情況和各方案的特點，經綜合比較，新建堤防推薦采用重力式斷面型式。

3.3 護岸及護坡型式、材料的選擇

（1）護岸、護坡型式

根據風浪、水流作用、地質、地形情況、施工條件、運用要求等因素，適宜本工程的護岸型式有坡式護岸和墻式護岸，蘭州城市段及農防段地形地質較平坦，無高邊坡地形，護坡、護岸型式均采用坡式護岸。

（2）護岸、護坡材料

根據蘭州市當地建材情況以及擬定的護岸護坡型式，結合本區域已建工程經驗，護面材料選擇C25現澆砼、C25預制塊、格賓等。貼坡式護面材料組合為方案一：C25現澆砼貼坡式護岸；方案二：C25預制塊貼坡式護岸；方案三：格賓貼坡式護岸。綜合考慮工程的施工難度、質量保證、磨損年限、凍融循環、抗腐蝕耐久性等因素，并參考當地已建混凝土護岸工程經驗，C25混凝土頂部厚度取15 cm，底部厚度取20 cm，格賓護面厚度取0.4 m。格賓貼坡式護岸典型斷面見圖3。

圖3 格賓貼坡式護岸典型斷面圖

經計算，主體工程投資經濟比較結果見表3。

表3 每1 m單側護岸不同型式工程量、投資比較表

（3）優缺點比較

結合上述3種方案，經綜合分析比較，其優缺點比較見表4。

表4 三種護岸型式的優缺點比較

（4）護坡、護岸材料選擇

劉家峽庫區段落缺乏塊石、卵石料，采用C25混凝土預制塊護面，其他河段采用格賓石籠護面。

4 結論及建議

本次蘭州黃河段河道治理中城區段新建堤防14.56 km，新建護岸4.8 km，維修加固加高堤防37.516 km，蘭州市農防段新建護岸及護坡12.549 km，維修加固堤防6.071 km。通過工程實施，可提高黃河干流蘭州段防洪能力、完善區域防洪體系、改善群眾沿岸生產生活條件，對保障黃河沿岸防洪安全、促進地區經濟社會發展具有重要意義[3]。