南秦河南秦新區(qū)堤防設(shè)計(jì)方案探析

孫 坎，王瑋琳，蘇 文

(商洛市水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，陜西 商洛 726000)

1 概 況

南秦河發(fā)源于商州區(qū)楊斜鎮(zhèn)東岳廟雞冠嶺，屬丹江右岸一級(jí)支流，干流長(zhǎng)49 km，流域面積576 km2，河道平均比降16.6‰，河流由西向東，于商州區(qū)劉灣辦事處仁塬村匯人丹江[1]。南秦河屬山區(qū)河流，洪水具有陡漲陡落、歷時(shí)較短的特點(diǎn)。據(jù)調(diào)查，流域歷次洪水后河道主槽未有明顯擺動(dòng)，河寬基本為50～110 m，無(wú)明顯的河岸垮塌現(xiàn)象發(fā)生，河道主槽基本在河道內(nèi)擺動(dòng)，河床比較穩(wěn)定。河道沖淤變化基本平衡，略有下切。

南秦河下游為南秦新區(qū)，區(qū)域內(nèi)人口4.13萬(wàn)人，11.67 hm2耕地。長(zhǎng)期以來(lái)，因?yàn)楹拥揽s窄，導(dǎo)致河床下切嚴(yán)重，多處出現(xiàn)河岸淘刷破壞。近幾年隨著G312公路、寧西鐵路、滬陜高速公路等基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模修建，在南秦河以及下游丹江河道大量采取河床砂礫石，造成丹江干流河床逐步下切，南秦河也隨著丹江主河道逐年下切。歷經(jīng)多次洪水破壞，造成南秦河堤多處基礎(chǔ)懸空、部分堤岸坍塌和河道改線等，至今無(wú)法恢復(fù)。

2 河道現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

2.1 河道現(xiàn)狀

南秦河流域?qū)偻潦絽^(qū)，洪水災(zāi)害不斷，曾多次進(jìn)行過(guò)加固和維修。受歷史條件和建設(shè)資金所限，工程設(shè)計(jì)和施工標(biāo)準(zhǔn)普遍較低，加之歷年水毀等，使得防洪工程隱患重重。南秦河口段防洪工程位于南秦河新車站大橋南秦河口，長(zhǎng)度約3 km。其中上段：水利部門2010年通過(guò)陜西省重點(diǎn)防洪工程實(shí)施的M7.5漿砌石護(hù)坡，原設(shè)計(jì)20年一遇洪水，基礎(chǔ)埋深2.5 m，堤防總高度7.5 m，安全超高為1.0 m，基礎(chǔ)以上部分坡比為1∶1.5，該部分目前河道下切，堤防頂沖段露根比較嚴(yán)重，局部垮塌，河道樁號(hào)為N1Y0+000-N1Y1+082、N1Z0+000-N1Z0+920，總長(zhǎng)度約為2 km多。南秦河下段：為天然岸坎(土坎)，受洪水沖刷已造成水土流失，危及背水一側(cè)的耕地、村莊及公路。根據(jù)南秦河總體規(guī)劃需要治理的部分，此段主要位于南秦河河口位置處，河道樁號(hào)為N2Z0+000-N2Z0+838，左岸總長(zhǎng)度約為0.838 km。

2.2 存在主要問(wèn)題

(1)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計(jì)，尚未形成較完整的防洪體系。

(2)河床下切嚴(yán)重。該段工程項(xiàng)目區(qū)上游建有南秦水庫(kù)，由于水庫(kù)的攔沙作用，河道內(nèi)無(wú)泥沙下泄，同時(shí)，前幾年下游河道內(nèi)采砂嚴(yán)重，導(dǎo)致河道下切速度較快。

(3)南秦河下段。為天然岸坎(土坎)，受洪水沖刷已造成水土流失，危及背水一側(cè)的耕地、村莊及公路。

3 工程規(guī)模與布局

3.1 防洪標(biāo)準(zhǔn)

本次治理工程位于商洛市中心城區(qū)，人口、工礦、企事業(yè)單位集中，依據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50201—2014)，并結(jié)合按防護(hù)區(qū)重要程度確定工程段的防洪標(biāo)準(zhǔn)，確定本次護(hù)岸(堤防)防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇洪水[2]?；跐搲喂こ虒?duì)兩岸護(hù)岸基礎(chǔ)安全性具有重要作用，本次潛壩加固工程防洪標(biāo)準(zhǔn)亦為50年一遇洪水。

3.2 工程布局

南秦河防洪護(hù)岸工程主要是順適河勢(shì)，強(qiáng)化堤坡襯砌，加強(qiáng)堤腳防沖保護(hù)，以提高河道行洪能力，使設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)的洪水無(wú)災(zāi)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以外的洪水災(zāi)害損失降低到最低程度，促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展。南秦河段治理工程新建護(hù)岸長(zhǎng)度838 m，加固護(hù)岸長(zhǎng)度2002 m，合計(jì)2840 m。本段工程分2段，具體布局如下：

(1)南秦河上段。新車站橋-大流峪入?yún)R口(上)，加固護(hù)岸2002 m，其中，左岸加固護(hù)岸920 m(樁號(hào)N1Z0+000-N1Z0+920)，起點(diǎn)接新車站橋橋臺(tái)，終點(diǎn)接龜山大道路基，本次擬對(duì)堤腳加固；右岸加固護(hù)岸1082 m(樁號(hào)N1Y0+000-N1Y1+082)。起點(diǎn)接新車站橋橋臺(tái)，終點(diǎn)接南環(huán)路橋橋臺(tái)(大流峪入?yún)R口左岸)，本次擬堤腳加固。

(2)南秦河下段。大流峪入?yún)R口下大約180 m處-商鞅大道橋，本段左岸新建護(hù)岸838 m(樁號(hào)N2Z0+000-N2Z0+838)，起點(diǎn)接龜山路基，終點(diǎn)接南秦河口商鞅大道橋橋臺(tái)。

4 堤防護(hù)岸設(shè)計(jì)

本次防洪工程設(shè)計(jì)依據(jù)因勢(shì)利導(dǎo)、加強(qiáng)重點(diǎn)的原則，在充分利用地形地勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)狀已被沖毀的堤防安排新建護(hù)岸，對(duì)堤防防洪能力低的河段進(jìn)行護(hù)岸。充分利用現(xiàn)狀堤防工程和天然節(jié)點(diǎn)，廢除、重建局部對(duì)河勢(shì)有不利影響或堤距過(guò)窄的堤防工程，局部不合理堤段，堤線布置兼顧左右岸、上下游，平面形態(tài)順暢，支流匯入角適度減小，適當(dāng)放寬匯流區(qū)干流堤距[3]。

4.1 護(hù)岸頂高程設(shè)計(jì)

根據(jù)《河道整治設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50707—2011)，結(jié)合工程現(xiàn)狀情況，護(hù)岸設(shè)計(jì)按照防沖不防淹要求，護(hù)岸頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加0.5 m。

考慮到此工程主要位于商洛市中心城區(qū)處，為保證河道治理后的整體效果，對(duì)現(xiàn)狀岸坎高度大于水位加0.5 m的段落，護(hù)岸頂高程適當(dāng)調(diào)高，與現(xiàn)狀岸坎高程基本吻合，并且治理段岸頂頂高程上下游保持平順；對(duì)上下游均有已成擋墻的段落，護(hù)岸頂高程與上下游已成工程平順銜接。

4.2 橫斷面比較

根據(jù)前述堤線布置原則及所確定的堤距，結(jié)合現(xiàn)狀老坎、堤防及已成防洪建筑物狀況，以及實(shí)際地形和工程段的實(shí)際情況，擬定本次設(shè)計(jì)河道綜合治理建筑物斷面在滿足防洪要求的同時(shí)，重點(diǎn)突出生態(tài)、綠化特點(diǎn)。常用的新建護(hù)岸形式包括重力式擋墻、重力式擋墻+階梯式生態(tài)塊以及蜂窩式生態(tài)護(hù)坡，現(xiàn)對(duì)以上三種方案進(jìn)行比較，三種擋墻優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 斷面型式比較

(1)重力式擋墻。仰斜重力式擋土墻適合于高度較大的擋土墻，當(dāng)擋土墻后填土很高時(shí)，采用墻身俯斜，依靠自身重力，降低土壓力，增加抗傾力矩，從而減少擋土墻用料，通常采用漿砌石或埋石混凝土建造，但施工期應(yīng)加強(qiáng)管理，確保墻后填土的壓實(shí)質(zhì)量及墻前址腳的穩(wěn)定。

(2)重力式擋墻+階梯式生態(tài)塊。重力式擋墻與階梯式生態(tài)塊組合護(hù)岸是一種剛?cè)嵯酀?jì)的生態(tài)護(hù)岸形式。通常用于現(xiàn)狀岸坡高度6～10 m的位置。其下部為重力式擋墻，通常采用M7.5漿砌石或埋石混凝土砌筑。上部根據(jù)洪水及現(xiàn)狀岸坡高度的需要砌筑階梯式生態(tài)塊，再在生態(tài)塊內(nèi)種植綠化草藤，形成綠色駁岸。

(3)蜂巢式生態(tài)護(hù)坡。蜂巢式網(wǎng)格植草護(hù)坡是一項(xiàng)類似于干砌片石護(hù)坡的邊坡防護(hù)技術(shù)，是在修整好的邊坡坡面上拼鋪正六邊形混凝土框磚形成蜂巢式網(wǎng)格后，在網(wǎng)格內(nèi)鋪填種植土，再在磚框內(nèi)栽草或種草的一項(xiàng)邊坡防護(hù)措施，河床及以下部分采用混凝土或漿砌石材料穩(wěn)固基礎(chǔ)，此斷面適用于河道較寬的位置。

橫斷面加固一般采用格賓石籠和埋石混凝土加固斷面。格賓石籠主要用于現(xiàn)狀擋墻基礎(chǔ)外漏，穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求的位置(穩(wěn)定性根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)及穩(wěn)定驗(yàn)算判定)，起到堤腳綠化及防沖刷的作用；埋石混凝土主要用于現(xiàn)狀擋墻基礎(chǔ)外漏，且穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求的位置。

4.3 橫斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)狀老坎、堤防及已成防洪建筑物狀況，結(jié)合實(shí)際地形和各工程段不同的情況，對(duì)擋墻斷面形式和橫斷面加固方法進(jìn)行探討，并從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、適宜性等多方面進(jìn)行比選，最終確定建筑物型式。

(1)南秦河上段。該部分現(xiàn)狀河床下切，沖刷露根。由于此段擋墻掉根并不十分嚴(yán)重，且位于南秦河上，具有河道生態(tài)綠化的特性。本次擬對(duì)此段整體進(jìn)行堤腳加固，在堤腳前采用雙排格賓石籠進(jìn)行加固，下排斷面尺寸1 m×4 m，上排1 m×2 m，并植草使其保持一定的生態(tài)屬性，加固后的下排頂部略高于河道常水位。此段原設(shè)計(jì)為20年一遇，對(duì)下切后的河床進(jìn)行復(fù)測(cè)，結(jié)合本次推求的50年一遇水面線高程以及現(xiàn)狀護(hù)岸頂高程，可知現(xiàn)狀擋墻高度滿足50年一遇設(shè)防高度。

(2)南秦河下段。該段現(xiàn)狀為天然土坎，土坎高度5～7 m，長(zhǎng)度約為838 m。城市道路龜山大道沿土坎背側(cè)距離15～20 m修建，路邊小區(qū)林立，居民區(qū)較為稠密。對(duì)此段岸坎進(jìn)行防護(hù)，對(duì)道路及居民房屋財(cái)產(chǎn)安全具有重要的意義?，F(xiàn)狀岸坎與道路邊為城市公園，從占地少、生態(tài)綠化的角度，本段采用重力式擋墻+階梯式生態(tài)塊的結(jié)構(gòu)形式，下部為C20埋石混凝土結(jié)構(gòu)擋墻，高度約為3.0～4.6 m，頂寬0.8 m，底寬約1.9～2.6 m，迎水坡1∶0.4，背水坡直立，中間留設(shè)2.0 m寬的人行步道，步道厚20 cm，采用C20透水混凝土鋪裝，步道頂高程高于下游丹江上5#橡膠壩蓄水面高程50 cm。護(hù)岸上部結(jié)構(gòu)為8～12層階梯式生態(tài)塊(單塊尺寸2 m×1 m×0.5 m)，整體高度約4～6 m，坡比1∶1.5，其底部基座采用C20埋石混凝土，尺寸0.5 m×2.5 m，階梯式生態(tài)塊內(nèi)填土植草，其背為砂礫石填筑，砂礫石填筑相對(duì)密度≥0.65。

4.4 護(hù)岸生態(tài)措施

生態(tài)措施主要為在格賓石籠內(nèi)填充生態(tài)草袋，袋體的內(nèi)表面設(shè)有海綿層，海綿層內(nèi)填充有種植土層(含植物種子)，草袋填充率≤15%，草袋靠近格賓石籠外表層，填充率≤15%。種植的草類具有抗旱耐寒四季常綠的特性。生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)主要使用的是階梯式生態(tài)框架預(yù)制塊，階梯式生態(tài)塊內(nèi)填土植草，其背為砂礫石填筑，砂礫石填筑相對(duì)密度≥0.65。

5 結(jié) 語(yǔ)

南秦河南秦新區(qū)沒(méi)有完整堤防，南秦河入丹江河口上游堤腳沖刷掏空嚴(yán)重，下游段為土坎堤防，結(jié)合實(shí)際，經(jīng)過(guò)探討，提出上游段采用雙排格賓石籠進(jìn)行堤腳加固，下游段采用重力式擋墻+階梯式生態(tài)塊的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行建設(shè)，為提升南秦河南秦新區(qū)段防洪工程設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。