郝國紅

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計(jì)研究院，石家莊050021）

河道防洪治理是重要的民生工程， 其建設(shè)對(duì)于改善當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境， 促進(jìn)社會(huì)平穩(wěn)發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。 防洪治理需要結(jié)合河道現(xiàn)狀，采用合理、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的方法加以整治，改善河水流態(tài)，保證防洪安全。目前，我國已有多處地區(qū)采取了河道防洪治理工程，取得了較好的生態(tài)環(huán)境效益［1-5］。

1 工程概況

沙河是大清河水系南支潴龍河的一條主要支流，發(fā)源于山西省靈丘縣和繁峙縣，于河北省阜平縣杜里元匯合，流經(jīng)阜平、曲陽縣至新樂南辛店小吳村入定州市大吳村，至東、西張歉村以下分為兩支，北支為主流，至安國市大李莊南兩支合流，至安平縣北郭村附近與磁河、孟良河匯合后匯入潴龍河，河道全長242km，沙河北郭村以上流域面積5560km2。 定州市段主河道長26.4km，南支長15.2km，境內(nèi)流域面積105.7km2。 沙河定州市段為沙質(zhì)河床，極易沖刷；河道內(nèi)采砂嚴(yán)重， 部分河段采砂致使河槽岸線臨近規(guī)劃治導(dǎo)線；河道采砂造成河槽斷面極不規(guī)則，使河槽穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化，一旦行洪，水流紊亂，兩岸坍塌將十分嚴(yán)重，極易出現(xiàn)新的險(xiǎn)工。

2 防洪整治工程設(shè)計(jì)

2.1 河道清障工程

2.1.1 河道縱斷面設(shè)計(jì)

為保持河道天然河勢， 設(shè)計(jì)縱坡基本維持現(xiàn)狀縱坡；為不影響現(xiàn)有橋梁的基礎(chǔ)安全及保證與上、下游河道平順連接。

河道縱斷面設(shè)計(jì)對(duì)以下兩種方案進(jìn)行比選：

方案1：清除河道內(nèi)高桿作物、林帶、房屋等阻水建筑物，對(duì)兩岸灘地按設(shè)計(jì)河底高程進(jìn)行平整，現(xiàn)狀河底高程低于設(shè)計(jì)河底高程的河段， 河底高程維持現(xiàn)狀。

方案2：清除河道內(nèi)高桿作物、林帶、房屋等阻水建筑物， 兩岸灘地高程維持現(xiàn)狀。 河道總寬度在1000m 以上，方案1灘地清理僅為河道局部段，清理寬度10～80m，厚0.2～2.0m，占河道過水?dāng)嗝孑^小，對(duì)以上兩種方案設(shè)計(jì)水面線進(jìn)行了推算，經(jīng)計(jì)算，方案1定無公路橋位置20年一遇水位為50.70m， 方案2定無公路橋位置20年一遇水位為50.72m， 兩方案水位均低于規(guī)劃水位50.75m，滿足河道行洪要求，不會(huì)對(duì)上游河道造成壅水。 為避免大面積清淤破壞現(xiàn)狀地面，從河道生態(tài)治理角度考慮，推薦方案2，即兩岸灘地高程維持現(xiàn)狀，清除灘地內(nèi)高桿作物、林帶、房屋等阻水建筑物， 且清障工作需與河道新筑堤防建設(shè)同時(shí)完成。

2.1.2 河道橫斷面設(shè)計(jì)

河道橫斷面分主河槽、兩岸寬灘和堤身。主河槽由河道采砂形成，寬100～800m、深1.2～26m，維持現(xiàn)狀；河道兩岸灘地高程維持不變，清除河道內(nèi)高桿作物、林帶、房屋等阻水建筑物。 河道底寬1007～1203m。

2.2 防洪堤設(shè)計(jì)

2.2.1 堤型及填筑料

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告， 工程區(qū)附近無黏性土料場，本次設(shè)計(jì)利用河道內(nèi)砂土筑堤，堤身設(shè)計(jì)橫斷面為梯形斷面。 考慮堤身填筑土料為河道內(nèi)砂土，堤頂寬度適當(dāng)加寬。 結(jié)合堤防穩(wěn)定計(jì)算成果，同時(shí)為滿足定南經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)及沿河村莊交通要求，確定堤頂寬度為6m，選取以下兩種斷面形式進(jìn)行比選。方案1：均質(zhì)土堤。 堤頂寬6.0m，迎水側(cè)、背水側(cè)堤坡比分別為1∶4.0、1∶3.5。 方案2：土工膜土堤。 堤頂寬6.0m，迎水側(cè)、背水側(cè)堤坡比均為1∶3.5，迎水坡鋪設(shè)土工膜。

經(jīng)比較，方案2比方案1投資減少約203.69萬元，考慮堤防采用砂土筑堤，堤身土滲透系數(shù)4×10-3cm/s，滲透性強(qiáng)，選取方案2為推薦方案。 堤防筑堤土料采用河道內(nèi)砂土（細(xì)砂、中砂），優(yōu)先采用河道開挖土料，不足部分沿堤線帶狀取土，距堤腳150m以內(nèi)不得取土， 取土深度不大于2.0m， 填筑相對(duì)密度不小于0.65。 填筑前應(yīng)清除全部表層腐殖土，最小厚度不小于0.3m，清理范圍為堤身設(shè)計(jì)基面邊線外0.5m，堤基相對(duì)密度應(yīng)達(dá)到筑堤要求。

2.2.2 堤防穩(wěn)定計(jì)算

2.2.2.1 計(jì)算斷面選取及參數(shù)

選取堤高較大的斷面，并充分考慮地基地質(zhì)土層組成，盡量使所選斷面的計(jì)算結(jié)果能夠全面地反映整個(gè)堤防的滲流情況，選取斷面：左堤樁號(hào)L1+400，L3+800，L6+000；右堤樁號(hào)R2+200，R3+800，R8+000。

表1 堤身填料及堤基物理力學(xué)指標(biāo)

續(xù)表1

2.2.2.2 堤防滲透穩(wěn)定計(jì)算

堤防穩(wěn)定滲流場采用Autobank7.7進(jìn)行計(jì)算。

工況1：堤防臨水側(cè)為20年一遇洪水位，背水側(cè)無水；工況2：堤防臨水側(cè)20年一遇洪水位降落。計(jì)算成果如表2，出逸點(diǎn)均在堤防坡腳處，允許滲透比降采用堤防填筑土的允許水力比降0.32， 堤身計(jì)算浸潤線如圖1。

表2 滲流計(jì)算成果

圖1 L1+400斷面浸潤線

2.2.3 堤腳防沖設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)， 堤腳沖刷深度為1.00～1.45m，為防止邊坡受水流淘刷后邊坡失穩(wěn)，需對(duì)坡腳進(jìn)行防護(hù)。護(hù)腳可以采用埋置一定深度的齒墻，也可以采用水平防護(hù)措施。 本工程對(duì)堤腳防護(hù)采用兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，如圖2。

圖2 護(hù)腳方案簡圖

方案1： 采用鋼絲石籠水平防護(hù)， 鋼絲石籠厚0.4m， 水平防護(hù)長度取略大于沖刷深度+0.5m的2.5倍，經(jīng)計(jì)算，防護(hù)長度6.0m，石籠頂部覆土0.5m。

方案2：采用垂直防護(hù)方案。 根據(jù)規(guī)范要求，護(hù)腳基礎(chǔ)底部高程一般在沖刷線以下0.5～1.0m，本工程堤腳均為砂性土，抗沖能力差，將護(hù)腳埋設(shè)于沖刷線以下1.0m， 護(hù)腳埋深取2.5m， 護(hù)腳采用0.5m厚漿砌石。

經(jīng)比較，方案2垂直護(hù)腳方案投資低于方案1水平護(hù)腳方案，且根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，地下水埋深大于20m， 垂直防護(hù)施工時(shí)不存在施工排水問題，本次設(shè)計(jì)選擇垂直護(hù)腳方案，即采用0.5m 厚漿砌石護(hù)腳，下設(shè)依次為碎石墊層厚0.1m、砂墊層厚0.15m、復(fù)合土工膜，護(hù)腳埋深2.5m，齒墻高1.0m，齒墻底寬0.5m。

2.2.4 堤坡設(shè)計(jì)

河道治理后，流速1.20～1.90m/s，兩岸堤防筑堤土料為河道內(nèi)砂土，抗沖刷能力差，為防止洪水對(duì)堤坡的淘刷侵蝕及風(fēng)雨侵蝕削減堤身斷面， 設(shè)計(jì)對(duì)堤防內(nèi)、外邊坡進(jìn)行防護(hù)。 考慮漿砌石、混凝土等傳統(tǒng)防護(hù)多側(cè)重防洪固岸、河道行洪安全，忽略了河流生態(tài)效應(yīng)，河道生態(tài)治理工程中已較少采用。本次設(shè)計(jì)堤防迎水坡選取干砌石、互鎖式混凝土砌塊、鋼絲石籠和格網(wǎng)土石籠4種護(hù)岸形式進(jìn)行方案比選。

方案1：干砌石護(hù)坡，干砌石厚0.4m，下設(shè)依次0.1m 厚碎石墊層、0.15m 厚砂墊層， 復(fù)合土工膜，砌石頂部覆土厚0.3m。

方案2：互鎖式混凝土砌塊護(hù)坡，如圖3。 該防護(hù)是由一組尺寸、形狀和重量一致的預(yù)制混凝土塊，通過相互嚙合在一起形成的連鎖型柔性矩陣， 混凝土砌塊厚0.15m，砌塊下增設(shè)0.35m厚種植土確保表層綠化存活率，底層鋪設(shè)復(fù)合土工膜。

圖3 混凝土砌塊護(hù)坡

方案3：鋼絲石籠護(hù)坡，如圖4。 由金屬線材通過機(jī)械將雙線絞合編織成的多鉸狀六角形網(wǎng)制箱籠，內(nèi)填石料等不風(fēng)化的填充物做成的一種生態(tài)防護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼絲石籠厚0.4m，下設(shè)依次為0.1m 厚碎石墊層、0.15m 厚砂墊層、復(fù)合土工膜，石籠頂部覆土厚0.3m。

圖4 鋼絲石籠護(hù)坡

方案4：格網(wǎng)土石籠護(hù)坡，如圖5。 在格網(wǎng)網(wǎng)箱（同鋼絲石籠網(wǎng)箱） 內(nèi)襯土石籠袋， 袋內(nèi)充填土石料，形成具有固土、護(hù)坡、防沖、植生等功能的護(hù)砌結(jié)構(gòu)。 土石籠袋主要成份為聚丙烯纖維，由單股單一纖維編織而成，具有高拉力、高撕裂度、抗穿刺力、抗老化及很好的延伸率等特性。 格網(wǎng)土石籠厚0.4m，下設(shè)依次為0.15m厚砂墊層、復(fù)合土工膜，土石籠頂部覆土厚0.3m。

圖5 格網(wǎng)土石籠護(hù)坡

經(jīng)綜合比較， 干砌石防護(hù)整體性差， 抗沖性能低，運(yùn)行過程中塊石易丟失，不宜采用；互鎖式混凝土砌塊開孔率小，不利于植被生長，且受環(huán)境因素制約，生產(chǎn)存在受限可能。 堤防迎水坡選用鋼絲石籠、格網(wǎng)土石籠進(jìn)行防護(hù)，其中鋼絲石籠抗沖流速較大，考慮塊石開采易對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響， 鋼絲石籠僅用于河道頂沖位置、采砂坑臨近新建堤防河段及跨河橋梁上下游各100m， 石籠內(nèi)塊石按干砌石標(biāo)準(zhǔn)砌筑；其余河段采用格網(wǎng)土石籠防護(hù)。 防護(hù)頂高程為20年一遇設(shè)計(jì)洪水位+0.5m， 石籠頂部覆土厚0.3m。 為確保使用壽命，石籠網(wǎng)材質(zhì)采用PE 涂塑高鍍鋅鋼絲，網(wǎng)孔尺寸為100mm×120mm，網(wǎng)線線徑Φ＝2.5mm，框線線徑Φ＝3.2mm，綁線線徑Φ＝2.2mm，PE 涂塑后網(wǎng)線、 框線、 綁線線徑分別為3.5，4.2，3.2mm。 為防止風(fēng)雨侵蝕削減堤身斷面，堤防迎水坡及背水坡增設(shè)EM3 型凹凸泡面狀塑料三維土工網(wǎng)墊防護(hù)，單位面積質(zhì)量≥260g/m2、厚度≥12mm、縱橫向拉伸強(qiáng)度≥1.4kN/m。堤防迎水坡及堤腳、背水坡表層進(jìn)行植草綠化，草籽采用當(dāng)?shù)匾咨烙^草種，播種量80kg/hm2，達(dá)到防風(fēng)固沙、改善生態(tài)環(huán)境的效果。

3 結(jié)語

為了滿足沙河防洪需求， 通過方案比選選擇土工膜土堤， 可改善當(dāng)?shù)靥烊唤ㄖ牧蠞B透系數(shù)大的劣勢，滿足滲流需求；采用垂直防護(hù)具備投資少、排水效果好等優(yōu)勢；采用格網(wǎng)土石籠+鋼絲石籠的護(hù)坡型式，可為植物生長提供環(huán)境，同時(shí)價(jià)格較為低廉，為河道防洪整治提供參考。