七里河白堂鄉段河道治理堤防斷面設計

孫立穎

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

七里河流域主要位于朔州市平魯區井坪鎮，河道總長度30 km，流域控制面積331.82 km2。此次待治理河段無防護性堤防，行洪斷面不足，左右岸建設有煤礦及農田，為保障兩岸正常生產經營秩序和人民生命財產安全，七里河白堂鄉段治理工程的實施迫在眉睫。此次進行河道堤防治理的具體范圍主要為桑干河支流的七里河白堂鄉段，設計治理長度15.60 km。白堂鄉段防洪堤堤基以卵石混合土、混合土卵石巖性為主，為保證地基結構的穩定性，必須進行碾壓、夯實處理，消除其中可能存在的架空現象，增加結構密實度。

2 堤基地質條件

七里河白堂鄉段堤基置于（Q4pal）卵石混合土基礎之上，堤基結構松散，架空情況頻繁存在，為消除這種因地質條件而客觀存在的架空現象，增加密實度，必須對其進行碾壓或夯實處理，使其滿足設計要求。根據設計，該堤基卵石混合土承載力180～250 kPa，臨時開挖邊坡水上坡比1∶0.75～1∶1，水下坡比1∶1～1∶1.50。

根據液化土程度的判別原則可以看出，七里河白堂鄉段堤基土中粒徑在5 mm 以下的顆粒含量小于等于30%時，則應將其判定為無液化狀態，相反，則應判定為存在液化現象。結合七里河白堂鄉段項目區堤基土的篩分數據，堤基土粒徑在5 mm以下的顆粒含量一般在30%以下，所以可以判定，其堤基土無地震液化傾向，整個結構均屬于非液化土層。

堤防基礎所存在的不均勻變形、采空區變形、滲透穩定、洪水沖刷、基坑涌水等工程地質問題十分突出，必須在地基碾壓加固的基礎上采取合理的工程處理措施。另應沿土質岸坡布置局部防洪堤段，以使岸坡土體在天然狀態下具備較好的穩定性，而事實上是其抗沖刷能力差，必須進行防護加固處理。

3 堤防斷面設計

3.1 堤防斷面型式

河道治理工程以堤防為主要建筑物，在確定堤防結構型式時必需嚴格根據因地制宜、就地取材相關要求，結合工程地理位置、水文地質、所發揮的主要功能、堤壩填筑材料、水沙行洪及汛浪特征、施工技術水平等要求，工程造價等因素，在多種堤防型式中綜合比選。

3.1.1 漿砌石重力式岸墻

結合要求，漿砌石重力式岸墻設計高度4.53 m，墻頂設計寬度0.50 m，墻頂還應增設厚度100 mm、底寬3.03 m 的C20 混凝土壓頂結構，臨水側所設置的邊坡坡比1∶0.40，背水側邊坡基礎設計埋深2 m且為直立式設計，基礎實際厚600 mm。漿砌石重力式擋墻開挖工程量少，施工技術簡單，但是擋墻墻體將占據部分河道，將在一定程度上影響水流過流能力。

3.1.2 鋼混懸臂式岸墻

該型式岸墻設計高度5.13 m，立板和底板分別厚0.50～0.60 m和0.50～0.70 m，考慮到墻體結構基底應力的降低及穩定性的提升，必須使底板向臨水側外緣懸挑出1 m長度，并向擋土側外緣懸挑出2.40 m 長度。這種堤防型式具備較好的結構整體性和耐久性，但是投資大、造價高。其結構型式具體見圖1。

圖1 鋼混懸臂式岸墻圖（單位：mm）

3.1.3 格賓石籠岸墻

作為柔性加固結構，格賓石籠有較強的地基結構適應性，且處理過程簡單，此治理河段可以選擇耐久性好、強度高、使用壽命長的鍍鋅鋼絲網材的格賓石籠結構，且施工過程簡便、進度有保證，石籠之間的固結也無需任何膠結材料。與此同時，格賓石籠屬于網孔型結構，不影響河蛙、魚類正常活動，且孔隙內的淤泥堆積更有利于水生生物生長；生態型孔隙結構不影響正常排水，還具備較好的抗凍脹性和抗冰凍性。但是格賓石籠堤防防護材料投資較高，缺乏經濟性。

在采用格賓石籠護坡材料時，涉及到護坡型式的確定，格賓石籠護坡結構具體有直立式、階梯式和貼坡式等。其中，直立式通常按照品字形設計，且要求在地基較好基礎上使用，多采用石籠擋墻并按設計要求堆砌，承載力好。階梯式石籠網箱結構對于各種高度的岸坡均較為適應。貼坡式結構則多見于斜坡加固治理，采用機器將原始鋼絲絞合編制成六邊形網墊單元，并在網墊表面均勻鍍鋅防腐處理后，在網箱內部按大小間隔穿插填充塊石，達到加固斜坡的治理目的。

結合工程實際，七里河白堂鄉段堤防加固應采用貼坡式石籠護坡，在石籠護坡結構四周密實回填土方及無紡布材料，并將加固范圍內河底淤泥清除后換填砂礫石材料，按要求的密實度碾壓，以保證貼坡式石籠護坡加固效果。

為保證堤防排水，還應在漿砌石重力式岸墻墻體結構中增設φ50 cmPVC 排水管，并將管出口高度控制在比灘面高出0.50 m，排水孔孔距按照2 m的寬度設置，并應將尺寸0.30 m×0.30 m×0.30 m 的反濾體增設在排水孔進口處，避免排水孔堵塞，無紡布外包在反濾體結構上。在漿砌石重力式擋墻上按照15 m的距離間隔設置寬度20 mm的沉降縫，并將聚乙烯閉孔泡沫塑料板填充在縫隙內。

通過綜合比較以上三種堤防型式的技術優劣勢及造價投資發現，鋼混懸臂式岸墻和格賓石籠投資高，缺乏經濟性，漿砌石重力式岸墻投資較低，考慮七里河流域白堂鄉治理段河道現狀及可利用的岸墻工程，為避免占地過大，該河段治理選擇漿砌石重力式岸墻堤防加固型式，對于局部較為狹窄且水流過流能力有較高要求的河段采用鋼混懸臂式岸墻。

3.2 堤防斷面穩定計算

綜合以上分析看出，七里河白堂鄉段堤防加固采用漿砌石重力式擋土墻，在進行堤防穩定計算時必須以最大斷面為計算單元。建設在土石地基之上的堤防的抗滑穩定安全系數允許值應按照1.2確定，抗傾覆安全系數基本組合的允許值按1.3確定；由于地基巖性主要以砂卵石為主，故擋土墻結構底面和砂卵石地基材料之間的摩擦系數應按照0.4的標準取值。

具體而言，采用理正擋土墻穩定計算軟件取最不利工況下堤防最大斷面（即樁號11+400處堤防斷面）進行堤防斷面穩定性的計算與評價。堤防斷面結構穩定分析結果詳見表1。

表1 堤防穩定計算結果表

根據以上計算結果不難看出，七里河白堂鄉段經漿砌石重力式岸墻堤防型式加固處理后，堤防結構穩定性分析結果均符合設計及規范要求。七里河白堂鄉段堤防按照5級設計，根據《堤防工程設計規范》的規定，建設在地震烈度等級為7度及以上的堤防加固岸墻工程，必需報經主管部門批準后進行抗震設計，這一規定其實是對地震烈度7度及以上地區的河段岸坡及堤防工程抗震設防措施所做出的限定，主要原因可歸納為以下幾點：首先，因建設位置及高度的特殊性，河道治理堤防岸墻工程遭遇較大洪水沖刷的可能性不大，通常在低水位運行，此外，這種類型的工程同時遭遇7 度及以上地震烈度的可能性更是微乎其微；其次，結合相關規范及類似工程實踐，抗震設防措施成本高且處理復雜，結合中國當前水利水工建筑物運行實踐，通常都是對核電站、重要城市及工業設施保護的一級堤防等特別重要的堤防壩段，報經上級主管批準后才進行抗震設防設計。故七里河白堂鄉段堤防工程暫不進行堤防抗震設計。

4 結論

綜上所述，七里河白堂鄉段河段河岸岸坡較為高陡，且砂礫石地質結構松散，通過堤防加固型式比選后指出，應當主要采用漿砌石重力式岸墻堤防加固型式，并對于局部較為狹窄且水流過流能力有較高要求的河段采用鋼混懸臂式岸墻。堤防斷面穩定性分析結果表明，此工程所選用的堤防加固型式較為適用，且加固效果顯著，基本達到了七里河白堂鄉段河段加固治理的效果。