新疆某防洪堤工程堤防形式选择

新疆某防洪堤工程堤防形式选择
赵锦程
【期刊名称】《《广东水利水电》》
【年(卷),期】2019(000)011
【总页数】5页(P21-24,28)
【关键词】防洪工程; 格宾石笼; 防渗; 抗冲刷; 方案比选
【作者】赵锦程
【作者单位】新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院新疆乌鲁木齐 830000【正文语种】中文
【中图分类】TV871
叶尔羌河是新疆重点灾害性河流之一，几乎每年都会发生不同程度的洪水灾害，严重威胁当地人民的生命及财产安全。

而防洪工程则可有效提高防洪标准，保障区域防洪安全，为当地社会经济发展提供更有利的保障[1-2]。

1 工程概况
新疆某防洪堤工程位于新疆巴楚县境内，防洪堤位于叶尔羌河河道左岸，全长为1.079 km。

保护对象为巴楚总干渠(控制灌溉面积5.33万hm2)、阿拉格尔乡唐巴扎村(人口3 248人，耕地377.67 hm2)。

工程等别为Ⅳ等，工程规模为小(1)型，防洪工程级别为5级，主要建筑物为5级，次要建筑物为5级。

防洪堤平面布置示意见图1所示。

2 防洪堤段地形地质条件
工程区位于叶尔羌河冲洪积平原上，该段河流走向为SW至NE向，河床宽为
1.1～1.8 km，河漫滩发育，常年流水河道纵横交错，河汊多，主流不稳定，地面高程为1 145～1 147 m。

工程区内分布的地层岩性主要为第四系全新统冲洪积粉细砂层，结构中密，厚度大于15.0 m，Ⅰ级阶地上部，分布有厚度为0.3～0.5 m，局部厚约1.3 m的黏土、粉质黏土，植物根系发育。

工程区地表抗冲能力均较差，洪水期水流对河岸形成冲刷侵蚀，其类型为下蚀+侧蚀的侵蚀类型，岸坡冲蚀破坏剧烈，水土流失较严重。

图1 防洪堤平面布置示意
3 防洪堤横断面设计
3.1 筑堤材料设计
根据据工程区天然建筑材料分布情况，本工程堤身均采用粉细砂填筑，填筑料均在堤防附近河道挖取。

根据料场地质勘察成果，指标均满足堤防填筑料要求，可以用于堤身填筑。

根据《堤防工程设计规范》无粘性土土堤堤身高度低于6.0 m的3
级及3级以下堤防相对密度应不小于0.6的要求，确定堤身压实指标控制为相对密度Dr≥0.65。

3.2 堤顶设计
根据《防洪工程设计规范》要求堤顶宽度应根据防汛、管理、施工、构造及其他要求确定，3级以下堤防堤顶宽度应不小于3.0 m。

参照工程经验并结合本工程实际情况，本防洪工程防洪堤堤顶宽度取为4 m，本工程防洪堤填筑料为粉细砂土，
在降水和大风情况下，会产生较大的水蚀和风蚀破坏，因此，堤顶铺设25 cm砂
砾石对堤顶进行防护处理，砂砾石路面底部铺设1层土工布，规格为500 g/m2，以增强路面稳定性。

堤顶路面向背水面一侧倾斜，横向坡度为1%，堤顶道路背水面一侧设置路沿石。

3.3 堤坡设计
根据地质条件、参照已建工程，确定迎水面坡度采用1:3.0，背水面坡度采用1:2.5。

迎水面铺设30 cm厚雷诺护垫，下铺20 cm砂砾石垫层，垫层下铺滤水土工布，规格为500 g/m2。

护坡每100 m设置1道隔墙，隔墙宽50 cm，深100 cm。

雷诺护垫规格为3.0 m×2.5 m×0.3 m，护垫的长方向上每1 m加上1个隔断。

雷诺护垫编织丝表层结构采用锌-5%铝-稀土合金镀层，以提高钢丝的抗腐蚀性能；网目尺寸采用80 mm×100 mm，绞合长度不小于50 mm；边丝直径为3.4 mm；网丝、绑扎丝和拉丝直径为2.7 mm。

钢丝力学性能应符合YB/T 5294—2006规定，钢丝抗拉强度应≥350 N/mm2(350 MPa)，钢丝伸长率应≥10%。

考虑到本次用石料量较大，运距较远，成本高，因此尽量减少弃石量，石笼内填充MU30硬质石料，粒径采用100～250 mm。

其中100～150 mm粒径占30%，150～200 mm粒径占50%，200～250 mm粒径占20%。

4 护脚防护形式设计
4.1 堤防基础冲刷深度计算
计算采用《堤防设计规范》GB 50286—2013公式进行计算。

顺坝及平顺护岸冲
刷深度计算公式如下:
(1)
(2)
(3)
式中hB为局部冲刷深度，m；H0为冲刷处水深，m；Ucp为近岸垂线平均流速，m/s；Uc为泥沙启动流速，m/s；U为行进流速，m/s；n为与防护岸坡在平面上
的形状有关，取0.25；η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与护岸夹角α查表，取值为1.75；rs、r为泥沙与水的容重，kN/m3。

提防基础冲刷深度计算成果见表1。

表1 基础防冲深度计算桩号/m局部冲刷深度hB/m冲刷处水深HO/m近岸垂线平均流速Ucp/(m/s)形状系数n水流流速不均匀系数η行进流速U/(m/s)泥沙启动流速
Uc/(m/s)0+0001.072.231.590.251.751.250.330+2500.661.291.570.251.751.2 40.290+5000.911.881.550.251.751.220.320+7500.951.721.830.252.751.250. 321+0791.242.291.870.252.751.280.33
根据公式计算得河床基础冲刷坑深度为0.66～1.24 m。

经现场调查及管理单位所提供的实测冲刷资料，河床局部冲刷深度达到4～8 m。

水下粉细砂稳定边为
1:3.0，按此坡度将计算冲深换算成斜长为13～25 m。

4.2 护脚方案形式选择
考虑河段沿岸地形、河势、地层岩性、保护对象分布及已建堤防的布置，结合叶尔羌河上下游多年修筑堤防的经验教训，本工程针对防洪堤护脚型式拟定3个方案进行比选，具体如下所述。

4.2.1 方案一
护脚采用水平铺设格宾石笼+四面六边混凝土透水框架群防冲刷方案。

坡脚防护采用水平铺设格宾石笼，即基础处理时从河床原基面向下开挖1 m，然后水平铺设两层格宾石笼防冲，每层厚度为0.6 m，上层长13～19 m，下层长16～22 m。

石笼下铺设滤水土工布，规格为500 g/m2。

上层格宾石笼顶部铺设1层四面六边混凝土透水框架。

方案一横断面见图2。

图2 方案一横断面示意
4.2.2 方案二
护脚采用了雷诺护垫，护脚采用垂直防渗墙+水平四面六边混凝土透水框架群。

基础防冲处理时从河床原基面向下做9.5 m深槽孔混凝土，厚0.6 m。

然后水平铺设1层四面六边混凝土透水框架群，宽度为 12 m。

方案二横断面见图3。

图3 方案二横断面示意
4.2.3 方案三
护脚采用雷诺护垫斜铺+水平铺设格宾石笼+水平四面六边混凝土透水框架群防冲刷方案。

基础处理时从河床原基面向下开挖2.5～4.5 m，然后水平铺设格宾石笼防冲，铺设长度底层为8.0 m、上层为6.0 m；石笼下铺设滤水土工布，规格为500 g/m2。

施工完成后，将坡脚基坑回填至设计高程，继而在坡脚处铺设一层四面六边混凝土透水框架群，宽度为6.0 m。

方案三横断面见图4。

图4 方案三横断面示意
5 方案比选及结论
本文根据防洪堤段区域形地质条件对防洪堤护脚各种型式的抗冲性能、对基础的适应性、施工难易程度及工期、工程投资进行了综合比较(见表2所示)。

表2 方案比较项目方案一方案二方案三形式坡面防护形式采用雷诺护垫,基础防冲采用水平四面六边混凝土透水框架群+格宾石笼坡面防护形式采用雷诺护垫,基础防冲采用垂直防渗墙+水平四面六边混凝土透水框架群护坡形式采用全断面雷诺护垫结构,护脚采用雷诺护垫斜铺+水平铺设格宾石笼+水平四面六边混凝土透水框架群抗冲性能护坡面抗冲刷能力强护坡面抗冲刷能力强护坡面抗冲刷能力强基础适应性护脚防冲采用垂直+水平组合型式,格宾石笼能适应较大变形。

透水框架固滩效果较好垂直防渗墙为刚性防护,适应基础变形能力差护脚防冲采用垂直+水平组合型式,格宾石笼能适应较大变形。

透水框架固滩效果较好施工难易程度水下边坡开挖较浅,施工难度较小,坡脚采用柔性结构,容易维修坡面防护结构施工简单,容易维修。

垂直
防渗墙施工工艺复杂,难度大,维修困难水下边坡开挖大,施工难度较大工程投资/万元1 820.562 839.931 436.58
通过对以上3种方案进行对比分析，得出以下几点结论：
1) 方案一基础防冲刷结构采用水平防冲形式，水平布置格宾石笼为柔性结构，适应河床变形能力较强，在河道中垂直开挖深度相对较浅，水下施工工程量较小，施工难度较小，根据现场调查，该方案实际防冲效果较差。

2) 方案二基础防冲刷结构采用垂直防渗墙形式，防渗墙采用刚性结构抵抗洪水，易发生堤脚淘刷破坏，进而使墙体倒塌的情况发生；同时，防洪堤基础为粉细砂，稳定性较差，成槽难度较大，易发生塌孔现象，且垂直防渗混凝土墙施工工艺相对复杂，施工进度相对较慢。

3) 方案三基础防冲刷结构采用水下斜铺防冲形式，底部水平布置格宾石笼，虽然防护形式为柔性结构，适应河床变形能力较强。

但基础开挖深度较大，施工难度较大，根据已建工程经验，该方案防冲效果最佳。

4) 从工程投资比较，方案三相比于方案一、方案二工程投资最小。

相比于方案二能节省投资约 1 400万元。

综上所述，从经济技术比较结果来看，方案三相比于方案一、方案二，具有抗冲刷能力强、对基础适应性强、投资相对较少等特点，因此，采用方案三作为推荐防洪堤形式。

6 结语
对于粉细砂基础河床的提防工程应充分考虑河床冲刷变形后造成的影响，公式计算结果与现场实际调查结果存在一定差异。

本工程于2019年6月初完工，目前已经历一个洪水期，水平铺盖沉降变形稳定，防冲效果良好。

【相关文献】
[1] 方国华，汝向文，吴婷婷，等. 兴化市城市防洪工程后评价[J]. 水利经济，2010，28(5):29-32，78.
[2] 何玉良. 盐城市城市防洪规划研究[D].南京：河海大学，2005.
[3] 邓锦秀. 宾格石笼水平铺盖在钱老汉防洪工程中的运用[J]. 中国水运(下半月)，2014(4):210-211.
[4] 金菊良，刘永芳，丁晶，等. 城市防洪工程经济风险分析的蒙特卡洛法[J]. 长江科学院院报，2003(1):40-43.
[5] 陈守煜，郭瑜. 模糊可变集合及其在防洪工程体系综合风险评价中的应用[J]. 水利水电科技进展，2005(6):4-8.
[6] 张朋，刘楷操. 港珠澳大桥鸭涌河恢复工程防洪影响分析[J]. 陕西水利，2019(5):61-63．。