北江大堤某处堤险情分析及处理措施

梅飞朋

（广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东 广州，510635）

北江大堤某处堤险情分析及处理措施

梅飞朋

（广东省水利电力规划勘测设计研究院，广东 广州，510635）

分析北江大堤某处险情出现的原因，根据分析结合实际情况提出合理可行的处理措施，为类似工程提供参考。

北江大堤；冲刷；坍塌

1 工程概况

北江大堤桩号32+100～32+250段位于北江大堤芦苞堤段中部，原址为刘寨水闸（以下称芦苞刘寨段），位于北江大堤历史险段范围，见图1。该段上游在2011年曾进行抛石护岸处理，下游于2007年在北江大堤达标加固工程中采用膜袋混凝土防护，因此该段成为整个险段中的薄弱环节。

2013年5月16日～17日北江流域出现局部大暴雨，17日石角站出现洪峰水位9.01m(珠基，下同)，对应流量11700m3/s。5月20日水退后，芦苞刘寨段距外坡脚约15m的岸滩地出现冲刷坍塌现象。根据2013年5月北江流域管理局实测洪水后的水下地形图显示该段出现深槽，位于刘寨航灯塔（天然矶头处）下游靠近左岸堤脚，槽底高程约为-13.14m，有向下游延伸扩展趋势，见图2。

北江大堤重要性不言而喻。如果不及时采取防护措施，将可能导致险情进一步发展，最终威胁北江大堤的防洪安全。

2 成因分析

北江属季节性河流，汛期水量大，河面宽阔，枯水期流量较小，河面窄。北江大堤河段位于北江下游，洲汊纵横交错，滩涂险段较多[1]。根据地形、地质资料及洪水期现场观察结果进行分析，芦苞刘寨段险情主要原因如下：

1）芦苞刘寨段位于北江河道分叉河段的左汊，由于多种因素影响河势逐渐演变，左汊分流比不断增大，主流从右汊逐渐转移到左汊，左汊成为主航道。由于分叉后河面自然收窄，因此左汊水流流速较大，对该段河床及岸坡冲刷加剧，加之采砂作业影响，造成河床下切，形成深槽迫岸，影响岸坡稳定。

图1 险情位置示意图

图2 实测水下地形图

2）在刘寨水闸下游桩号32+050～32+100之间河岸为一天然矶头，矶头高程在6.5m左右，相当于一座丁坝，芦苞刘寨段正处在天然矶头的下游侧，受天然矶头影响该段形成回流区，产生漩涡冲刷岸坡[2]。

3）从整个河势看芦苞刘寨段基本处于河道凹岸弧线顶点。水流由于离心力作用，凹岸水面高于凸岸，从而使凹岸水体下沉沿河底流向凸岸，在上升水面取向凹岸，形成横比降的环流。它与河道的纵向主流汇合就成为螺旋流前进，造成凹岸冲刷[3]。

4）根据地质资料，北江大堤芦苞堤段堤基分布在冲积层上，冲积堤基由Q4、Q3二次沉积旋回地层组成。芦苞刘寨段堤防上部堤身为人工填土、粘土及淤质粘土，堤脚以下部分主要为粗砂、淤质细砂，抗冲刷能力较差。

3 处理措施

根据上述分析，本次险情处理措施重点从加强堤脚以下部位岸坡防护，增强岸坡抗冲刷能力，优化岸线，改善局部水流流态减少回流淘刷两方面考虑。由于投资方面考虑，本次未对深槽采取处理措施，但应密切关注深槽发展，必要时采取处理措施。常见岸坡坡脚防护措施主要有以下几种：

①抛石护脚。将块石抛投于堤脚淘刷坍塌处覆盖原来淘刷部位，防止坡脚淘刷的一种措施。由于抛石的数量和质量不方便控制，实施严格的监理和监督比较困难。在水下施工过程中难以控制块石间空隙，抛石体不够密实，水流在抛石中流速仍较大，极易将被保护坡脚土体淘走，导致结构失稳，以往工程中出现过这方面的问题。北江大堤险段在做此类工程时，采取了在抛石体和被保护的岸坡之间加铺土工布及级配碎石的方法，取得了显著的效果。本段上游2011年即采用抛石换处理，至今未出现任何险情。

②模袋混凝土护岸。将土工织物制成的模袋铺设到工程防护部位，然后通过用高压泵把混凝土或水泥砂浆灌入模袋中，混凝土或水泥砂浆固结后形成具有一定强度的板状结构或其它状结构，形成水下岸坡防护工程，防止水流冲刷岸坡。该方案可以水下施工，具有施工强度高、生产工艺先进、质量易保证等特点，但该方案对施工水平及施工设备的配置有一定的要求。模袋混凝土护岸已在北江大堤达标加固过程中应用，并在工程设计和施工工艺方面积累了一定的经验。

由于本段护岸范围较小、护岸工程量不大。如果采用模袋混凝土护岸，水深达10多米，采用滑道法施工质量才容易控制。但需要大型船只，其设备进退场费用较高，显然是不经济的。考虑到水下散抛块石的数量和质量均难于控制，本次设计对抛石方案进行改进：施工水位高程2.0m以下采用抛投格网石笼，施工水位高程2.0m以上仍抛投块石。格网石笼采用热镀10%铝锌合金钢丝网兜，现场装满块石扎紧封口后呈长约1.8m、直径约0.64m圆柱体，单个石笼约1.1吨。

设计方案如下：水下抛投格网石笼至高程2.0m平台，抛投体边坡1：2.5～3.5，根据地形情况平台宽度在4m～6m之间，以便岸线与上下游平顺连接，改变局部流态；高程2.0m～6.0m之间岸坡抛投块石，边坡1：3.0～3.5，抛石体外采用400厚干砌石护坡。抛投石块及格网石笼网兜前先铺设土工布再抛投一层200mm厚级配碎石，见图3。

4 堤岸防护计算

(1) 抛石护坡体内部稳定

选取32+150断面作为典型断面，枯水位取本次护岸平台高程2.0，计算抛石护坡体内部稳定。根据《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.1.1，石护坡稳定安全系数：

图3 防护方案典型断面图

f1—护坡和基土之间的摩擦系数，取约0.5；

其他参数定义参见《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.1.1。

经过计算，k= 1.73＞1.3 ，满足规范要求。

图4 计算简图

(2) 抛石抗冲粒径计算

根据《堤防工程设计规范》GB50286-2013附录D.3.4，在水流作用下，防护工程护坡、护脚块石保持稳定的抗冲粒径(折算粒径)及石块重量可按下式计算：

V—水流流速(m/s)，根据实测资料计算流速取3.3 m/s；

g—重力加速度(9.81m/s2)；

C—石块运动的稳定系数，倾斜底坡C＝0.9；

rs—石块的容重，可取rs＝26.5(kN/m3)；

r—水的容重，rs＝10(kN/m3)。

经计算，块石折算粒径为0.415m，块石重量0.991kN，单个块石的质量应大于99.1kg。考虑到块石级配问题，要求抛石护脚块石质量在80kg～120kg之间，大于100kg占75%以上。单个石笼质量在1.09t，满足设计要求。

(3) 干砌石护坡厚度计算

式中：

t—斜坡干砌块石厚度(m)；

K1—系数，对一般干砌石可取0.266；

rb—块石的重度，取26.5(kN/m3)；

r—水的重度，取10(kN/m3)；

H—计算波高(m)，当d/L ≥0.125，取H4%，当d/L＜0.125，取H13%，d为岸坡前水深(m)，取10m；

L—计算波长(m)；

m—斜坡坡率，取3.0。

设计波浪要素采用风速推算，多年最大风速的平均值取12.3m/s，经计算砌石厚度为0.27m，护岸干砌石厚度采用400mm。

5 技术要求

(1)石料应采用新鲜岩石，块石强度等级大于MU80，软化系数大于0.75。

(2)抛石护脚块石质量在80kg～120kg之间，大于100kg占75%以上；石笼充填块石粒径大于0.25m。

(3) 施工过程中必须定期进行石块检测，严格控制施工质量。

(4) 枯水位以上的抛石体，必须按干砌石的要求进行整平。

(5) 水下石笼应排列紧密，不得叠砌、架空。

6 结语

堤防安全直接关系到人民的生命财产的安全。堤脚的冲刷、河床的下切由于被水面覆盖往往在枯水期或洪水退后才被发现，此时已经造成严重影响。本文通过分析芦苞刘寨段险情，针对造成险情原因提出防护措施，按照设计方案处理完险情后至今未出现任何情况，可为类似工程设计提供参考，于险情出现之前采取适当的防护措施，起到防患于未然的作用。

[1]陈小春，谭 泳，陈永超.从河床演变的观点浅析北江大堤几总险情[J].广东水利水电，1999，(4).

[2]应强.丁坝水力学[M].北京：海洋出版社，2004：11-14.

[3]毛昶煦.堤防工程手册[M].北京：中国水利水电出版社，2009：220-222.

[4]中国水利部. GB 50286-2013,堤防工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

Danger Analysis and Treatment of a North River Levee Segment

MEI Fei-peng
(Guangdong Hydropower Planning &Design Institute, Guangzhou 510635, China)

In this paper, the reasons of the danger of a North River Levee segment are analyzed, based on which reasonable and feasible measures are put forward as a possible reference for similar projects.

North River Levee; erosion; collapse

TV871

A

1672-2841（2016）02-0009-04

2016-05-19

梅飞朋，男，工程师，硕士，主要从事水工设计工作。