王河堤防工程设计方案比选及硬性防护布置探析

胡强光

(辽宁江河水利水电工程建设监理有限公司，辽宁 沈阳 110003)

1 概述

王河是辽河干流水系的河流，位于辽宁省，河流总长50.8km，河道平均比降为0.73‰，平均主槽宽度为20m左右。王河发源于辽宁省沈阳市法库县慈恩寺白石砬子山区，流经法库、铁岭的调兵山市和铁岭县，在铁岭县镇西堡乡大台山下汇入辽河，属辽河一级支流。王河流域总面积为482km2，其中山区面积278km2，平原面积204km2，在铁岭境内长22km。王河沿岸为铁岭西部山区冲洪积形成的山前平原，地形开阔平坦，地势较低，地下水位高。

2 治理工程范围

王河流域综合治理工程共治理河长11460m，其中王河干流治理6950m，柏家沟支流治理河段长4510m。

王河干流治理主要包括两岸堤防7475m，其中左岸625m(左岸分上、下游两段，上游100m，下游525m)，右岸6850m。干流治理范围：右岸下游从万家房排水站至上游晓大线公路桥，长6850m；左岸第一段下游从铁岭县与调兵山市界至上游晓大线公路桥，长525m，第二段上游从S505公路桥至法库县与调兵山市界，长100m，左岸治理段总长625m。柏家沟支流治理范围为汇合口处至上游镇柏线公路，长4510m。

3 堤防硬性防护工程布置

3.1 王河干流

王河两岸堤防迎水侧采用绿滨垫护坡，考虑到生态网箱规格较为固定，在满足防护标准的前提下，尽量将网箱规格设计成整数尺寸，王河干流两岸共布置绿滨垫护坡3880m，其中右岸3235m，左岸625m。详见表1。

表1 王河干流堤防硬性防护工程统计表

3.2 柏家沟支流

柏家沟堤防迎水侧以防护堤脚为主，对左岸堤防没有工程措施段堤防进行全线防护。堤脚采用固滨笼防护，柏家沟支流固滨笼护岸长5002m，其中左岸3650m，右岸1352m。详见表2。

表2 柏家沟支流堤防硬性防护工程统计表

4 方案比选

对王河流域晓大公路桥以上堤防迎水侧采取绿滨垫护坡，绿滨垫厚0.3m，基础护脚1m×1m。王河干流两岸堤防迎水侧护坡采用的结构与之一致，本次防护方案比选只对支流堤防防护形式进行比较。

柏家沟左岸堤防堤脚及部分河道主槽冲刷严重，普遍形成陡峭岸坎，加之河道自身行洪断面过小，如采用绿滨垫护坡形式，放坡后将侵占大部分主槽过流断面，故本次柏家沟河支流防护以直立式护岸为主。

本阶段拟定3种防护型式进行初选，分别为固滨笼叠笼型式、浆砌石重力式挡土墙型式、钢筋混凝土悬臂式挡土墙型式。分别从抗冲性能、生态效果、施工难易程度、工程投资、后期养护维修及其他性能等多方面进行比较。

4.1 固滨笼叠笼挡墙(方案一)

抗冲性较好，可抵抗5～6m流速冲刷；兼有少量生态效果，挡墙落淤后可自然生长亲水植物；投资造价较高，每延长米投资约800元；施工简单、速度快；基本不需维护；柔性防护，可适应沉降变形。

4.2 浆砌石重力式挡土墙(方案二)

抗冲性能好，可抵抗6m以下流速冲刷；无生态效果；投资造价较高，每延长米投资约600元；施工较为复杂、速度较慢；一旦局部损坏将威胁整体安全，维修养护较为困难；刚性防护。由于基础应力较大，故适应于基础承载力较好的地质区域，砂浆充实度不易控制，施工质量难以保证。水流冲刷区易发生砂浆剥蚀松化，造成局部破坏，北方河道由于冰推及冻胀影响，表层块石易脱落。

4.3 钢筋混凝土悬臂式挡土墙(方案三)

抗冲性能好，可抵抗8m以下流速冲刷；无生态效果；投资造价高，每延长米投资约2300元；施工烦琐、速度慢；一旦局部损坏将整体倾斜，维修困难，维修费用高；刚性防护。基础盈利较重力式挡墙小，故适用于基础承载力一般的地质区域，通常布置于具有稳定景观水面的城市河道。

4.4 方案比选

方案一与其他方案相比，投资相对经济合理，而且施工简单，容易控制施工质量。而且方案一为柔性防护，一旦局部被冲刷，固滨笼将随之沉降，不会出现河道险工情况。现阶段石笼防护在省内各地应用较为广泛，投资相对合理，经过长期工程运行后效果良好，管理单位及施工企业技术成熟。综上所述，本次柏家沟支流直立式护岸选用固滨笼叠笼型式。

5 干流堤防绿滨垫护坡结构设计

绿滨垫护坡顶高程为10年一遇洪水位，在满足防护标准的前提下，尽量将网箱规格设计成整数尺寸。绿滨垫下层铺设15kN/m土工布(延伸至护脚底部)，护脚采用固滨笼结构，网箱规格为4m×2m×0.3m，单个网箱每米设单层隔片，100m3块石消耗生态网面积900.6m2(扩大系数为1.01)。

5.1 绿滨垫厚度计算

采用典型断面进行绿滨垫相关计算，绿滨垫护坡厚度计算按照CECS353：2013《生态格网结构技术规程》中的公式计算，计算结果见表3。

表3 王河干流绿滨护坡厚度计算成果表 单位：m

根据计算结果可知，两种情况下绿滨垫护坡厚度较大值均大于0.01m，结合填充块石粒径及施工要求，选取绿滨垫厚度为0.3m较合理。根据规定块石粒径填料的中值粒径宜为1.5～2.0D，计算得出石笼网网孔尺寸应控制在10cm以下，考虑工程实际经验，绿滨垫生态格网采用的网孔规格为80mm×100mm。

5.2 绿滨垫稳定计算

绿滨垫护坡稳定计算按照CECS353：2013中的公式计算，结果见表4。

表4 王河干流绿滨护坡稳定计算表

根据计算结果可知，绿滨护坡满足抗冲刷稳定要求。

5.3 柏家沟支流固滨笼挡墙结构设计

固滨笼挡墙采用叠笼型式，共有三层，顶层规格为4m×1m×1m，中间层规格为4m×1.5m×1m，基础层规格为4m×2m×1m，生态网箱中间设单层隔片，背水侧铺15kN/m土工布，延伸至护脚底部，见表5。

表5 柏家沟支流固滨笼尺寸一览表

5.3.1固滨笼稳定、基地压力计算

选取支流不利典型断面固滨笼进行稳定计算，地基土为砂土。固滨笼稳定根据CECS353：2013中的公式进行计算，作用在挡墙上的荷载可分为基本荷载和特殊荷载两类。基本荷载包括自重、土压力、两侧水压力等有效荷载；地震荷载及其他出现机会较少的荷载本次计算不予考虑，特殊荷载只考虑施工期情况。固滨笼稳计算参数表和成果见表6和表7。

表6 柏家沟支流固滨笼稳计算参数表

表7 柏家沟支流固滨笼稳定计算成果表

根据表7可知，固滨笼抗倾覆、抗滑、基底压应力均满足允许值，符合规范要求。

5.3.2堤防稳定计算

(1)堤防稳定计算

根据10年水位及堤防实际情况，分别在王河及柏家沟选取一个不利典型断面对堤防浸润线、渗流稳定和抗滑稳定进行计算。堤防渗透系数结果见表8。

表8 堤防渗透系数计算参数表

(2)渗流稳定计算

渗流出逸比降是渗流稳定分析的重要依据，如果坡面受到渗透力作用而产生局部破坏，极易危及堤防的整体安全，因此，堤防渗流稳定分析计算采用GB 50286—2013《堤防工程设计规范》的公式计算，计算成果见表9。

表9 堤防渗流出口渗透稳定计算成果表

根据渗流稳定计算成果，堤身、堤基渗流口出逸比降小于允许比降，因此本工程堤身、堤基渗流稳定满足要求。

(3)抗滑稳定计算

根据GB 50286—2013，采用瑞典圆弧滑动法进行计算，分为正常运用工况和非常运用工况。参数及成果见表10及表11。

表10 边坡稳定计算参数表

表11 边坡稳定计算成果表

根据表12可知，各工况下边坡稳定系数均满足规范要求。

5.4 柏家沟支流冲沟防护结构设计

冲沟防护坡长度根据现场情况确定，左岸太龙线公路桥上游、龙家村上游2处冲沟防护长度均为15m，冲沟底部与主槽固滨笼挡墙相连。农桥下游左岸冲沟防护长10m，河底5m长采用石笼海漫。

冲沟均采用绿滨垫防护，底宽2m，两侧边坡比均为1∶1，两侧各设压顶0.5m，防护沟深1m。绿滨垫网箱规格为4m×2m×0.3m，网箱每米设单层隔片，下层铺设15kN/m土工布(延伸至护脚底部)。护脚采用固滨笼结构，网箱规格为4m×1m×1m，单个网箱中间设单层隔片。

6 结语

王河河道整治，使得王河流域的洪涝灾害损失大大减少，对方案的选择及堤防硬性设计，有效解决了王河和支流柏家沟存在的防洪安全隐患，进而改善王河流域的环境质量，保护了王河独特的生态价值，对于改善投资环境，促进人民安居乐业，提高当地群众生活水平，维护社会稳定有积极作用。