曹國珍，孫 劍

（大同市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西大同037004）

堤岸防護(hù)工程在山洪溝道治理中的應(yīng)用

曹國珍，孫 劍

（大同市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，山西大同037004）

文章以大同市所處的半干旱黃土丘陵地區(qū)為例，對山區(qū)及丘陵地區(qū)河流現(xiàn)狀情況進(jìn)行了分析。對山洪溝道治理中，經(jīng)常采用的堤岸防護(hù)工程措施的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。明確了工程建設(shè)時(shí)應(yīng)遵循因地制宜的原則，對于不同溝道的不同位置，應(yīng)結(jié)合其地質(zhì)、地形情況，合理選擇結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低廉、適于維護(hù)的工程措施，盡可能采用當(dāng)?shù)靥烊唤ú模瑴p少鋼筋水泥的用量，達(dá)到節(jié)約能耗的效果，為山洪溝道治理工程的規(guī)劃、設(shè)計(jì)提供有益的參考。

山洪溝道；堤岸防護(hù)

1 概況

大同市位于山西省東北部，為高原溫帶季風(fēng)性大陸氣候，屬半干旱氣候區(qū)。冬春季節(jié)交替明顯，晝夜溫差較大。區(qū)域內(nèi)降雨由東南部和西北部山區(qū)向中部盆地遞減，東南部多于西北部，山地多于盆地，降水量等值線基本與山脈走向一致。區(qū)域內(nèi)屬海河流域永定河水系的流域面積占全市總面積的78.38%，其余以大清河水系為主，多數(shù)山洪溝道位于桑干河或洋河一、二級支流的中、上游地區(qū)。區(qū)域多年平均降水量為421.4m m，其中70%以上集中在6～9月，降雨以短時(shí)暴雨為主，極易引發(fā)山洪，嚴(yán)重威脅上游沿河村莊安全。

2 山洪溝道現(xiàn)狀分析

易受山洪影響的地區(qū)多位于河流的中上游，主河長度多在15km以上，流域面積在100～200km2之間，沿主河的支溝分布較多，流域面積大多不超過30km2。沿河及溝內(nèi)村莊較多但普遍規(guī)模小，較分散，因此防洪保護(hù)對象以沿河的村莊為主，防洪標(biāo)準(zhǔn)一般采用十年一遇。

流域下墊面以灌叢山地和黃土丘陵為主，流域內(nèi)植被較差，天然石料豐富。溝道上游縱坡較陡，沖刷明顯，河床卵石、漂石遍布，部分河床出露石灰?guī)r或變質(zhì)巖。溝道中游縱坡逐漸變緩，形成淤積，河床以卵礫和礫砂為主。

溝道內(nèi)平時(shí)基流很小，但汛期遭遇暴雨時(shí)，卻易發(fā)山洪。洪水過程線為陡瘦型，歷時(shí)短，峰值高。河溝主槽的寬度普遍不大，洪峰單寬流量在3～8m3/s之間，流速在3.5m/s以上，局部水流條件復(fù)雜，易對沿河岸坡造成沖淘破壞。

山洪溝道的范圍較大，保護(hù)對象分散，應(yīng)以重點(diǎn)分段治理為主。根據(jù)山洪溝道各段的地質(zhì)條件和地下水影響情況，在不同河段、不同位置宜采用不同型式的堤岸防護(hù)工程措施。

3 堤岸防護(hù)工程

3.1 重力式防洪墻

重力式防洪墻是河岸防洪工程中較為常見的一種型式，多采用俯斜式或仰斜式。俯斜式防洪墻迎水面一般為直立，墻身高度控制在5m以內(nèi)，墻背坡比一般為1∶0.4～1∶0.6。當(dāng)墻身高度較大時(shí)，可將墻迎水面做成1∶0.1～1∶0.2的坡面，以增加墻體的穩(wěn)定性?；A(chǔ)高度主要根據(jù)設(shè)計(jì)洪水時(shí)的沖刷深度來確定，根據(jù)多條溝道的計(jì)算成果，多采用1.4m～1.6m。

仰斜式防洪墻的迎水面坡度應(yīng)緩于1∶0.5，背水面坡度應(yīng)陡于1∶0.4，基礎(chǔ)埋深與俯斜式一致。主要用在河道地形狹窄，保護(hù)岸邊已建有房屋或公路的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)如圖1。

特點(diǎn)：重力式防洪墻結(jié)構(gòu)簡單，易于施工，墻體不僅可以抵抗很強(qiáng)的水流沖刷，而且自身也可以承受較大的土壓力，墻后易于回填、夯實(shí)，因此安全性較高。防洪墻多采用漿砌石砌筑，斷面較大，石料、水泥用量較多，造價(jià)相對較高，因此不能沿河岸大量建造，主要應(yīng)用于需要重點(diǎn)防護(hù)的河段，如村鎮(zhèn)和重要涉河建筑物附近，以達(dá)到好的防洪效果。

圖1 仰斜式防洪墻結(jié)構(gòu)圖

需要注意的是北方山區(qū)冬春交替季節(jié)晝夜溫差大，對于墻后易積水的河岸，墻后回填應(yīng)以砂礫石為主，并做好排水導(dǎo)流措施，最大程度減少墻后積水，防止由凍脹產(chǎn)生的墻體破壞。墻體施工時(shí)應(yīng)注意每隔15m設(shè)置一道沉降縫，縫內(nèi)填瀝青木板或閉孔泡沫板。根據(jù)墻后積水情況，在墻體靠下部位置埋設(shè)1～2排的排水管，孔徑5c m，間距3m。

3.2 砌石護(hù)岸

河流的中游河段，河道兩岸的地形逐漸開闊平坦，河岸多為土質(zhì)岸坡，為了保護(hù)河岸免受洪水的沖淘破壞，可在岸坡表面鋪設(shè)砌石護(hù)坡。砌石護(hù)坡可分為干砌石或漿砌石兩種型式，干砌塊石的護(hù)坡厚度多為40～50c m，砌筑時(shí)坡度應(yīng)緩于1∶2；漿砌塊石的護(hù)坡厚度常采用50～60c m，砌筑坡度應(yīng)緩于1∶1。若原坡面為砂、礫、卵石時(shí)可不設(shè)墊層，否則應(yīng)鋪設(shè)厚度不小于30c m的砂礫混合料墊層，施工時(shí)應(yīng)注意每10～15m設(shè)沉降縫，以適應(yīng)變形。砌石護(hù)岸的基礎(chǔ)斷面一般都不大，因此在水流條件較差的位置，應(yīng)考慮增加護(hù)腳措施。如圖2。

特點(diǎn)：干砌塊石護(hù)岸對岸坡變形的適應(yīng)性較好，但抗沖刷性能不如漿砌塊石，由于工程造價(jià)相對較低，可沿河大量鋪設(shè)，多用于農(nóng)田、果園等防護(hù)區(qū)；漿砌塊石護(hù)岸屬剛性材料，抗沖能力較干砌塊石好，但適應(yīng)岸坡變形和抗凍脹能力稍差。斷面較重力式擋土墻偏小，但穩(wěn)定性又偏優(yōu)，因此可代替干砌塊石用于河道凹岸和支溝匯入點(diǎn)岸坡的防護(hù)。

另外，對于已鋪設(shè)干砌石護(hù)坡的河岸，將其拆除重建并不經(jīng)濟(jì)，為了提高干砌塊石護(hù)坡的抗沖能力，可在干砌石的表面再增鋪一層30c m厚的格賓籠護(hù)墊，坡腳處可與鉛絲籠防沖帶連接，或延伸至基礎(chǔ)高程以下，形成綜合式的護(hù)岸工程，仍然可以達(dá)到很好的防洪、防沖效果。

3.3 格賓籠護(hù)岸

河流中上游的一些河岸，當(dāng)洪水的流速超過4m/s時(shí)，土堤表面鋪設(shè)的干砌石護(hù)坡很難滿足抗沖的要求，可采用鋪設(shè)格賓籠進(jìn)行防護(hù)。格賓石籠的單層厚度通常為30～50c m，根據(jù)需要可鋪設(shè)1～2層，護(hù)坡下再鋪設(shè)20～40c m的碎石或卵石與砂礫組成的混合墊層，鋪設(shè)的坡度不應(yīng)陡于1∶1.5。格賓籠網(wǎng)格尺寸多采用1m×1m，每層厚度為50～80c m，網(wǎng)片采用抗拉強(qiáng)度較高的8#或10#鍍鋅鉛絲或鋅鋁合金鉛絲由機(jī)械編制而成。坡腳處的基礎(chǔ)由多層格賓籠交錯搭接而成，鋪設(shè)深度可根據(jù)當(dāng)?shù)睾哟餐临|(zhì)計(jì)算的沖刷深度確定，通常不小于1.5m。如圖3。

特點(diǎn)：格賓石籠屬于柔性材料，適應(yīng)岸坡變形和抗凍脹的性能很好，格賓籠之間由8#鉛絲連接，護(hù)坡、基礎(chǔ)可連成一體，具有很好的整體性，抗沖刷能力非常強(qiáng)。格賓石籠護(hù)岸造價(jià)介于干砌塊石和漿砌塊石之間，加之鋪設(shè)速度快，易于施工的特點(diǎn)，近年來在沿河土質(zhì)緩坡的岸坡防護(hù)工程中建設(shè)很多。

格賓石籠在施工時(shí)應(yīng)注意保護(hù)籠網(wǎng)，如果籠網(wǎng)鉛絲的鍍鋅層破壞后，鉛絲就會逐漸生銹老化，導(dǎo)致網(wǎng)片破損，籠中的塊石一旦失去鉛絲網(wǎng)片的束縛，就不再具有整體性，極易受洪水沖刷破壞，形成坍塌。

3.4 干砌石箱型護(hù)堤

在山區(qū)河流的兩岸也可采用干砌石箱型護(hù)堤，這種護(hù)堤的橫斷面為梯形，外側(cè)墻體連同基礎(chǔ)采用直徑較大的塊石或條石砌成，迎水側(cè)砌石面的坡比通常為1∶0.3～1∶0.4，砌石料的直徑不宜小于50c m，且越靠近基礎(chǔ)，砌石的直徑越大，箱體背水面砌筑塊石的直徑可相應(yīng)減小。箱體中間填卵石和砂礫的混合料，卵石的含量不宜小于50%，并進(jìn)行壓實(shí)。箱型墻體高度依河道水深而定，最大不應(yīng)超過2.5m，基礎(chǔ)高度多為1.6m左右。箱型墻體的頂寬不小于3m，常在箱體外側(cè)填土并壓實(shí)，一方面增大箱體的橫斷面以提高堤防工程的安全性，另一方面堤頂可做便道使用，方便巡視。如圖4。

特點(diǎn)：箱型護(hù)堤的自身結(jié)構(gòu)簡單，砌筑材料以塊石、卵礫等為主，抗凍脹和適應(yīng)變形的能力也較好。山區(qū)石料儲量豐富，河床卵礫石也較多，便于就地取材，修建這種護(hù)堤易于維修管理，工程造價(jià)也不高，很適宜在河道寬度不大的山地河流沿岸建造，可用于保護(hù)沿岸田地。

圖2 砌石護(hù)岸結(jié)構(gòu)圖

圖3 格賓籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)圖

圖4 干砌石箱型護(hù)堤結(jié)構(gòu)圖

4 防沖護(hù)腳工程

山區(qū)河流的河槽寬度小且縱坡陡，洪水的流速較快，對局部河床與河岸坡腳的沖刷淘蝕能力很強(qiáng)，在河道凹岸和干支流交匯處極為明顯，堤防工程的破壞多數(shù)是由于堤腳基礎(chǔ)被掏空而產(chǎn)生的，因此，堤岸防護(hù)工程的建設(shè)必須強(qiáng)調(diào)“護(hù)腳為重”。

在實(shí)踐中，為了消除或降低高速水流對河岸坡腳的沖刷破壞程度，可在河岸坡腳的堤防工程基礎(chǔ)頂面前部，鋪設(shè)一層鉛絲籠防沖帶作為防沖護(hù)腳措施。鉛絲籠不同與格賓籠，它的單層厚度為50～60c m，每隔3～5米由鉛絲網(wǎng)片隔開。鋪設(shè)寬度應(yīng)根據(jù)河床土質(zhì)、堤岸沖刷深度和沖刷后的穩(wěn)定坡度確定，通常為4～6m。在特殊河段為了提高防沖效果，根據(jù)河床施工條件，可選擇在靠近基礎(chǔ)或主槽的位置增鋪一層鉛絲籠，寬度可為1～2m。如圖2和圖4。

特點(diǎn)：鉛絲籠防沖帶的特點(diǎn)與格賓石籠接近，具有整體適應(yīng)性，對沖刷變形的適應(yīng)能力很強(qiáng)，非常適宜做堤岸坡腳防護(hù)。鉛絲籠網(wǎng)片可以采用現(xiàn)場制作，用量也較格賓籠少，因此造價(jià)相對較低，在河床表面可大面積鋪設(shè)。

鉛絲石籠不僅可以作為堤岸護(hù)腳，在橋梁墩臺和過水路面上下游、干支流交匯口以及一些易產(chǎn)生沖刷的河段，為了保護(hù)路橋基礎(chǔ)和防止河床面下切，經(jīng)常采用鋪設(shè)鉛絲籠防沖帶的防護(hù)措施。可以根據(jù)河段單寬流量選擇鋪設(shè)單層或多層，沿水流方向鋪設(shè)寬度不小于20～30m，單層厚度不小于50c m。

5 結(jié)語

對山洪溝道進(jìn)行治理時(shí)，應(yīng)以解決沿河村鎮(zhèn)的防洪安全為主要任務(wù)，進(jìn)行分段建設(shè)，同時(shí)應(yīng)結(jié)合各段河岸的地質(zhì)、地形條件，充分考慮各種工程措施的適宜性，合理選用剛性材料和柔性材料，或兩種材料結(jié)合使用，以達(dá)到最佳的防護(hù)效果。

山洪溝道多數(shù)位置較偏僻，工程建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持因地制宜、就地取材的原則，所采取的工程措施應(yīng)充分考慮山區(qū)石料和河床卵礫豐富的特點(diǎn)并加以利用，盡可能減少鋼筋水泥等材料的用量，達(dá)到便于施工、維修和管理，同時(shí)降低工程造價(jià)、節(jié)能降耗的目的。

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曹國珍（1957年—）男，高級工程師。