白露河系统治理河道险工成因分析及处理措施探究

向广银

（信阳市水利勘测设计院 信阳 464000）

1 险工成因分析

白露河河道总长145km，河道两岸现有险工22处，险工段累计总长达15.60km，约占河道总长度的10.8%左右。白露河险工形成的原因很多，主要有三个方面：一是白露河上游河道处多为强降雨多发区，洪水汇流快，并且干流无控制工程，当上游发生暴雨时，洪水迅速下泄，流速较大，加之河道弯曲，局部河段狭窄，水流曲折滚动凹岸极易被冲刷形成险工；二是河道岸坡多为上部的重粉质壤土、下部的中粗砂、粗砂、砾砂等构成，土质粘性较差，抗侵蚀能力较弱，在大洪水的浸泡下，岸坡土质松软，粘性降低，下部的砂质结构松散，不均匀，抗冲刷能力较差，随着洪水的快速退去，河岸坡脚极易被冲刷掏空，河岸悬空、失稳，导致坍塌，形成险工；三是现状河道主流离堤岸较近，水流对堤岸影响较大，由于砂质抗冲刷能力较差，在河水冲刷和退水时地下水渗流共同作用下，岸坡易形成塌岸，影响岸坡稳定。

根据统计分析，此次治理的22处险工，多位于河道迎流顶冲地段或者现状河道主流离堤岸较近处，其中部分险工未治理过，其余各处均为老险工加长或者已治理过的险工坡脚抛石流失、基础被冲毁、坡面护砌下部沿线塌陷、在护砌段上下游形成新的险工等。

2 工程措施

2.1 工程布置

险工布置遵循以下原则：①防护线路尽量顺水流方向，和堤岸走向一致，并保持平滑顺直，使洪水下泄顺畅。②兼顾左、右岸的利益，避免过分挑流或者发生漩涡。③兼顾上、下游利益，与上、下游现有的防护工程合理衔接，使整个险工治理段浑然一体。④格宾、雷诺护垫、浆砌块石以及抛石尽可能修筑在原状土上，在条件允许的情况下，尽可能避免填方。

2.2 方案比选

2.2.1 固基工程

根据白露河干流河床多为砂质、抗冲刷能力较差的地质特征，险工基础必须具有较强的抗冲能力，适应变形能力和双向透水能力等，散抛石、铅丝笼抛石、格宾石笼结合浆砌石基础等措施均能满足要求。本次选择以下三种防护方式进行比选。

（1）散抛石：具有单价较低（比铅丝笼抛石单价低20%左右）、施工便利的特点。缺点是抛石量较大，对石块要求较高（石块体积大且备料量大）。另外，散抛石抗冲刷能力较差，容易流失，使用寿命较短。通过对白露河已治理段的调查，发现以前采用抛石固基、浆砌石基础、干砌石平顺护砌的险工段，坡脚抛石大部分流失，基墩被冲毁等又形成了新的险工。

（2）铅丝笼抛石：即用铅丝编织成六边形网格的箱型网笼，内部填充块石，用竹排或者船舶将其沉入水底，作为险工基础。铅丝笼抛石对块石粒径要求不高，抛石总方量较小，不易被冲走流失，使用年限较长。缺点是铅丝笼制作和抛石施工相对麻烦，铅丝耐久性不易保证，易锈蚀。

（3）格宾石笼固基：格宾石笼属于柔性结构，延展性好，适应性强，能很好地适应地基变形，韧性高，不易断裂；耐腐蚀抗冲刷，有很强的抵御自然破坏、恶劣气候变换和地震冲击力的能力；具有透水性强，可防止由流体静力造成的损害；施工简便，不需要特殊技术，只需将石料装入格宾网箱封口即可；格宾网箱可以折叠起来装运，节约运输费用；符合生态原则，石料缝隙间的淤泥有利于植物生长，可与周围自然环境融为一体，满足水土保持和绿化美化环境的要求。缺点是水深时施工难度大，施工质量不容易控制，生态效果不够明显。

格宾石笼作为一种新兴的固基材料，越来越多地被用于河道治理工程。通过对已建工程的实地考察，结合当地水利部门的观察意见，格宾石笼的抗冲刷能力强、抗腐蚀度高、延展性好、适应性强等诸多优点在已建工程中得到了验证。由于格宾石笼造价偏高，综合确定白露河系统治理险工段，采用下部抛石护脚、上部格宾石笼基础的治理方案。

表1 三种护坡方案投资对比表

图1 险工治理典型断面图

2.2.2 护坡工程

根据信阳市境内多条河流的治理经验，以堰北头险工100m护岸为典型，选择三种方案进行比较：方案一，现浇混凝土板护岸；方案二，浆砌石护坡；方案三，雷诺护垫护坡。三种护坡的固基均采用下部抛石护脚，上部格宾石笼基础。方案一采用混凝土护岸，抗冲刷能力强，施工工期较短，缺点是护坡将覆盖整个坡面，坡后排水条件较差，且混凝土板与下部土体结合较差，容易产生失稳。另外，该方案护坡损毁一般是下部垫层和土体被掏空，表面又不易被发现，一旦出现问题，后果较为严重；方案二采用浆砌石护岸，具备一定的抗冲能力，维修管理较方便，但适应变形能力也较差，从已治理过的险工段成果看，经过大洪水的多次冲刷，砌石下部塌陷严重，又形成了新的险工；方案三采用雷诺护垫护岸，雷诺护垫是将低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件，在构件中填石构成主要用于冲刷防护的结构，具有很强的柔韧性及变形能力，生态环保，美观耐久，施工便捷。而且施工机械化程度较高，便于大面积施工，具有一定的整体性，抗冲能力好，与其他方案比较，具有较大的综合优势。

治理范围内选取100m岸坡，三种护坡方案投资比较见表1。

从表1数据可以看出，三种护坡方案投资相差不大，经综合分析，该段护坡工程推荐选用方案三，即雷诺护垫护岸。

2.3 工程设计

根据险工险情调查情况、地形地质条件和河道演变状况，结合已治理过险工的现状，确定本次白露河系统治理新险工治理方案：雷诺护垫护岸，格宾石笼固基。对于以前已治理过、现阶段调查又出现险情的老险工段，护岸采用浆砌石维修加固，坡脚抛石固基。

新险工治理护岸采用雷诺护垫，厚0.3m，边坡1∶1.5～1∶3.0，下设400g/m2无纺针刺布；坡顶设置C20混凝土墩护肩，宽0.4m，高0.6m；险工护脚采用抛石基础、格宾石笼固基，抛石基础上底宽3.0m、下底宽6.0m，高2.0m，格宾石笼规格（长×宽×高）为1.5m×1m×1m，下设400g/m2无纺针刺布。按照险工治理典型断面，要求格宾石笼顶面高程高于枯水位不小于1.0m，且抛石基础埋深不小于1.5m，如若不满足上述要求，则将抛石基础向下延展至3.0m高，如图1。格宾采用特殊防腐处理的低碳钢丝经机器编制而成的双绞合六边形金属网格组合的工程构件，要求其网面抗拉强度不低于50kN/m，延伸率不低于10%；要求填充石料坚硬、不易风化、不易水解的卵石或者块石，粒径以150～300mm为宜。

3 设计计算

3.1 雷诺护垫护岸厚度计算

雷诺护垫厚度按照《生态格网结构技术规程 CECS 353 2013》中的方法计算，公式如下：

t=2.0Dm，，式中各符号意义见技术规程。根据上式计算护坡厚度t=0.22～0.28m。结合工程施工经验，选用厚度0.30m的雷诺护垫。

3.2 冲刷计算

护岸的冲刷深度是合理确定护岸基础埋深的重要依据。根据《河道整治设计规范》（GB50707-2011），水流斜冲防护工程产生的冲刷深度可按公式进行计算：

4 结语

确定白露河系统治理河道险工治理方案时，既要考虑方案的适应性和耐久性，又要考虑生态水利和水环境、水景观的要求。本文结合散抛石、铅丝笼抛石、格宾石笼基础等三种固基方案比选，混凝土护坡、浆砌石护坡、雷诺护垫护坡等三种护坡方案比选，综合确定采用格宾石笼基础的固基、雷诺护垫护坡的险工治理方案■