透水桩坝在引石过渭倒虹加固工程中的应用分析

史兴顺

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安710018)

《堤防工程设计规范》和《河道整治设计规范》中明确，桩式护岸是其他护岸形式之一，其作用是维护陡岸的稳定、保护坡脚不受强烈水流的掏刷、促淤保堤。…桩的布置可采用1排桩～3排桩，排距可采用2.0 m～4.0 m…桩的布置可采用1排桩～3排桩，排距可采用2.0 m～4.0 m…桩可选用透水式和不透水式，透水式桩间应以横粱连系…桩间和坡脚之间可抛投块石等护桩护底防冲。

黄、渭河中下游目前常用的柳石结构坝，其裹护体为分散结构，虽能较好的适应河道变形，但坝体基础施工不能一次性达到河床极限冲刷深度以下，其稳定主要靠后期大量的抢险加固待其根石达到一定深度后才能逐步稳定。透水桩坝作为是河道整治工程的一种新结构形式，结构中区别于传统的实体坝的。其作用是通过透水、缓溜落淤控制河势，达到控导主溜的目的。并避免诸如实体坝、垛等传统结构被动抢险大量抛石的局面。具有基础埋深大、坝后可缓流落淤、大洪水可漫顶行洪等特点。

近些年这种型式的整治工程在黄河河道整治建设中引起关注。1979年在黄河鄄城河段苏泗庄险工进行了透水桩丁坝控导效果现场试验，87年在郑州花园口东大坝下延工程修建过一道护岸式透水桩坝;黄委会水科院的屈孟浩、刘和清等人在82年、84年开展过艾山以下窄河段透水桩丁坝控导效果的模型试验，姚文艺等人通过河工动床模型试验对黄河游荡河段修建护岸式透水桩坝的控导作用、缓流落淤效果、桩柱局部冲刷过程等应用基础问题进行了研究。

1 引石过渭倒虹工程概况

咸阳市石头河引石过渭供水工程于2007年建成，2010年2月6日正式向咸阳市城区供水。过渭倒虹是咸阳市石头河供水工程的重点部位，与渭河近90°相交，南岸位于周至县富仁乡富仁林场境内，北岸位于兴平市桑镇西桥村境内。倒虹轴线处两岸堤距宽680 m，为上下游河段的相对最窄处。倒虹工程全长901.5 m，采用DN1800预应力钢筒砼管，其中渭河河道段长643 m，包括右岸滩地段427.5 m(倒虹管顶高程406.72 m)，现状过流段180 m，左岸滩地段 35.5 m(倒虹管顶高程404.26 m)。原设计中河床左侧段倒虹管道底部回填至411.5 m，管顶以上覆土厚度约7 m。

2013年2月16日，管理单位在例行检查中发现倒虹段管道因下游严重采砂、取土而导致河床下切，造成供水管道69#镇墩及约180 m管道露出渭河水面，管顶以上原7 m多厚的覆土已全被拉空，水流直接冲刷管道，管道下游已被冲刷成约1.5～1.8 m的深坑。当年7月23日洪水，右岸滩地有50.2 m被洪水冲刷下切至管顶，且在管道背水处管顶以下形成1.5 m以上的深坑，同时前期所建的抢险堆石坝坝基受冲刷下陷近1 m，坝体有三分之一抛石散落于坝体下游或被洪水冲走。8月27日由于管床混凝土基础以下被河水浸蚀淘空，致使混凝土管床悬空并发生下沉，最大下沉量63.3 cm，致使咸阳市供水一度中断。

鉴于过渭倒虹段接连出现险情，连续出险已严重影响咸阳市正常生产生活安全，且着今年汛期的到来，因此对过渭倒虹段进行除险加固也是迫在眉睫的。

2 透水桩坝在的应用

2.1 倒虹工程处河势演变

从工程处近20年的河道平面来看:目前两岸均建有堤防工程，倒虹工程上游3 km有周至县富林渔场弯道、下游1.5 km为周至县永流弯道，整体上河势处于相对顺直段。由于受上下游弯道的控制，倒虹工程处主流一直靠近北岸行河。尽管河床有冲淤变化，但主槽只能在堤防之间变动，因此本河段平面变化受两岸堤防控制已趋稳定，今后不出现超标准洪水，河势也不会发生大的变迁。

从河道纵断面来看:倒虹工程处河段平滩段变化不大，主槽段下切严重，在工程段上下游17.8 km范围内，河道深泓点2011年较1999年平均下切深度为6.78 m，最大下切深度为8.69 m。根据渭河中游水文站洪水资料统计，1999年至2011年期间共发生大于2000 m3/s的洪水仅2次。根据来水情况分析河床下切的原因，来水量级相当于造床流量，对河道下切有一定影响，但现状河道下切深度达7 m左右，分析认为下切主要原因是受河道采砂影响。予估今后未来一段时期，工程建设取土和河道采砂的影响会慢慢减弱，但河道主槽仍会以下切为主。

2.2 倒虹工程处地形

倒虹工程右岸现状为一段高边滩和一段低滩，临近堤防的高边滩实际是条形土梁，梁顶地面412.12 m～413.59 m，上下游形成陡坎，沙坑面大且深，坑底局部达407到408 m，比现状主槽段枯水位406.4 m稍高;由于右岸土梁的存在，除较大洪水外不会产生漫滩过流。右岸低滩段宽大约120 m，地面412.12 m，现状过流段长188 m;左岸滩地段仅存多30 m，地面409.4～409.65 m。既右岸低滩、现状主槽段和左岸滩地段是渭河中小洪水的目前下泄通道。

2.3 桩坝加固设计

根据倒虹工程的险情实际及产生原因，我院曾提出新建桥式倒虹或下穿式倒虹方案，加固方案包括格宾笼石加固、钢筋砼潜坝、钢筋砼桩坝加固等多种方案，后经过设计咨询及研讨，重点进行桩坝和潜坝两种方案论证，经技术经济多方面分析论证，并考虑工程长远的运行管理及渭河治理情况，最后推荐的是桩坝加固方案。

加固设计概况:(1)桩坝范围为右岸低滩、现状主槽段和左岸滩地段。在现状倒虹工程轴线下游15 m处修建透水桩坝一座，并对上下游铅丝笼石防护，以稳固倒虹工程处河床，考虑上下游河道河势以及对近年来河势演变分析，将现状主河槽向右岸拓宽至290 m，以扩大行洪断面。由于河道主槽拓宽，需对拓宽后右岸岸坎进行防护。(2)右岸滩地过流几率很小，采用桩坝方案整体工程投资过大，设计中对于右岸滩地土梁段采用铅丝笼石进行防护。(3)左、右岸堤防迎水侧堤坡格宾笼石防护，并加固左岸倒虹段上下游护基坝6座;

桩坝设计中采用C30钢筋混凝土灌注桩坝，桩长12 m，桩径1.2 m，桩中心距1.4 m，桩顶采用系梁连接，系梁高1.0 m，宽 1.2 m。桩坝系梁顶高程408.20～407.00 m，桩底高程384.20 m，计算桩长按1.2倍入土深度+冲坑深度=20.89～23.85 m，最终确定桩长22.8 m ～24 m。桩坝后采用铅丝笼石防冲，共设置铅丝笼石3层，笼石后采用散抛石回填至407.20～406.0 m，上覆0.5 m铅丝笼石与现状地面衔接。

3 桩坝加固工程的应用分析

3.1 桩坝加固后效果

桩坝加固工程完成后，2014年9月17日渭河咸阳水文站发生1000 m3/s洪水(相应于倒虹工程处约900 m3/s)，桩坝顶部水深2.5～3.0 m。洪水过后，倒虹上游的铅丝笼石盖顶没有任何毁坏，下游的铅丝笼石盖顶仅出现小面积塌陷，对整体的加固工程没有影响。即加固工程经过了小洪水的考验，运用情况较好，起到了保护倒虹段的作用;也为其他穿河建筑物的设计和加固提供的经验。

3.2 本次桩坝加固设计的特点

1)从已修建的透水桩坝看，其目的是通过缓溜落淤控制河势，达到控导主溜的作用，安全可靠，不用或者很少抢险;少挖压土地，赔偿费用低;平面布置是按需要选择丁坝、顺坝、“「”字型坝型。而本次加固设计是用于保护供水的倒虹工程的安全，平面上是拦截河道而修建，工程目的和受力条件均不同于其他透水桩坝工程，在陕西的工程上首次尝试，从效果看满足设计要求的。

2)由于倒虹工程是咸阳市供水管道的重点部位，其安全运用和不能间断的的特性关系到咸阳市及周边许多单位及群众的生产生活，致使加固工程工期紧，任务重，而本次采用桩坝加固，在不间断供水和保障了供水管道的安全的情况下，达到了结构简单、施工快，并在汛前全部完成了桩坝施工等要求。

3)透水桩坝系采用桩基进行施工，工程质量能得到保证。以避免工程运行中其它工程竣工后的大量管理及维护费用。

3.3 桩坝在河道整治工程应用分析

从黄河上修建的桩坝工程看，坝顶可露出水面或潜入水下，就能控导溜势和落淤造滩。但也存在一些不足之处，推广起来比较困难。

1)桩坝一次性投资较大。由于在主体工程修筑之前，尚需搭建工作平台，相对而言增加了前期投资。

2)施工技术及工艺要求高、必须专业队伍施工。

3)挑流作用不及实体丁坝等缺点。透水桩坝在有特殊需要时可以采用。