某应急工程堤防型式研究

王军

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

0 前言

应急工程堤防要求在主汛期前完成施工。因此，因地制宜的堤防型式是防洪工程设计及施工设计成败的关键。文章结合某防洪堤防工程实例，从堤防材料、断面形式、工程造价及工程特性等视角入手，对防洪工程堤防型式进行选择研究，确定最优堤防选型方案，这对今后实施同类工程设计、施工具有一定的参考价值和指导意义。

1 项目背景

2020年8月中旬以来，××县受持续强降雨影响，出现滑坡、泥石流等地质灾害以及百年不遇洪水灾害，多处道路中断，××江干流及其支流、山洪沟道部分河段发生改道、淤积、河床抬升等问题；沿河沿江两岸房屋、农田被冲毁，水利基础设施损毁严重。根据河道现状，结合河道两岸地形条件，××县××江防洪重点段灾后重建应急工程治理涉及河道长约23.60 km。

工程建设的主要任务：一是通过对河道险工险段、人口集中乡村段、农田集中连片段等河段进行防洪工程建设，建立较为完善××江干流防洪体系，提高××江工程区段的防洪保障能力，保障当地居民生命财产安全，为沿河两岸广大人民群众经济发展提供适宜的防洪安全保障。二是新建堤防、固定河床面及雍高水位、减缓沟道流速等措施，确保××江河道行洪宽度，提高河道整体防洪能力，保护××江沿岸及村庄居民生命财产、农田林地安全，为当地经济社会可持续发展提供保障。

2 工程地质条件

工程区所处地貌特征，工程区地貌类型为岩质高中山区及白水江谷地，大部分河段河谷呈不对称发育，河谷地貌发育不全，河漫滩、阶地等只在部分河段发育。由于河流沿山谷蜿蜒蛇行，河床纵坡较大，形成了较多的冲蚀岸及堆积岸，并在冲蚀岸形成了冲蚀陡坎。

工程水工建筑物有关岩性大部为河床、阶地全新统漂石砂卵砾石，冲沟汇入段块石碎石土。漂石砂卵砾石广泛分布于××江河床、河漫滩及两岸阶地下部，厚度大于20 m，由漂石、卵砾石及砂组成，局部夹砂透镜体（洪水淤积），青灰色，松散～中密，分选性较差，局部段水平层理清晰可见，漂石、卵砾石成分以砂岩、灰岩、花岗岩及变质岩为主，磨圆度较好，次圆、浑圆、椭圆状居多，少数为次棱角状，砂主要为石英、长石颗粒，以中粗砂为主，含泥量较小。块石碎石土主要分布于冲沟洪积扇、洪积台地和人工堆积台地等，大小混杂，孤石、块石含量高，无分选，厚度3～15 m不等，松散～中密。

工程治理段堤基地层漂石卵石混合土、砂、土层透镜体组成，堤基地质结构分类为单一结构。堤基地层允许承载力为400～450 kPa，堤基地层承载性能较好，是较为理想的堤基持力层。由于堤防较低，所形成的附加应力较小，故不存在堤基稳定及沉降变形问题。存在的主要工程地质问题有河床冲刷和淤积、堤防基槽涌水和堤基渗透变形，较大冲沟附近堤岸存在冲沟的排洪及洪水冲蚀问题，以及岸坡稳定性问题。

3 堤防设计

3.1 设计原则

①堤防型式应考虑堤防重要性、工期要求、与河床的适应性、材料来源及延米造价等因素。②遵循堤防设计及施工相关规范要求。

3.2 断面型式选择

断面型式选择依据保护对象的重要程度、工期要求，并结合岸坡陡峻的地貌特征，断面型式选择仰斜式、重力式、衡重式三种混凝土结构型式，工程典型断面型式见图1～3。

图1 方案一（仰斜式典型断面）图

图2 方案二（重力式典型断面）图

图3 方案三（衡重式典型断面）图

三种方案的技术与经济对比表见表1。

表1 技术与经济比选表

堤防每延米混凝土造价占每延米堤防造价的权重最大，按照8.5断面高度测算，各方案混凝土工程每m工程量比较见表2。

表2 堤防混凝土每m工程量比较表

综上所述，方案一稳定性差，与治理段河道纵坡大及岸坡陡峻的地貌特征不适应；方案二、三虽总价高，但强度、抗冲能力及稳定性好，能满足工程保护对象重要性、工期紧迫及岸坡陡峻的工程特性。因此，为村民生命、财产安全，工程设计堤防采用重力式，针对高岸坎段，采用衡重式。

3.3 堤防材料选择

3.3.1 方案一（现浇C20混凝土堤防）

优点：整体性及刚性较好、抗冲刷能力强。

缺点：施工难度小，对地基稳定性和承载力要求高，透水性较差；结构尺寸相同的情况下，每延米造价较高；属于刚性堤型，抗基础变形的能力差、易裂。

3.3.2 方案二（C15细粒混凝土砌块石堤防）

优点：整体性及刚性较差、抗冲刷能力弱。

缺点：施工难度高，对地基稳定性和承载力要求高，透水性差；结构尺寸相同的情况下，每延米造价高；属于刚性堤型，抗基础变形的能力极差、易裂。

3.3.3 方案三（C20埋石混凝土堤防）

优点：该方案具有强度高、抗冲刷能力强、稳定性好等。

缺点：施工难度较高，对地基稳定性和承载力要求高，透水性差；结构尺寸相同的情况下，每延米造价低；属于刚性堤型，抗基础变形的能力较差、易裂。需要说明的是，该堤型对埋石整体性及抗压强度要求高。石料天然重度不小于2.4 t/m3，冻融损失率＜1%，其饱和抗压强度≥30 MPa，最大吸水率不大于10%，软化系数不小于0.75，埋石混凝土含石率控制在20%。石料粒径不宜小于30 cm，最大粒径不应超过结构断面最小边长的1/4。埋石料的含泥量应≤0.5%。施工时，应先铺一层砼放一层块石，再振捣密实至块石沉入混凝土中，不得先摆石再浇混凝土。块石应分布均匀，石块间距不小于10 cm，离开模板距离应大于15 cm。每层浇筑混凝土厚度不得大于30 cm，块石上下之间不得叠置，应有10 cm以上的间距，最终层面，应有10 cm纯混凝土覆盖层。

经比选，各方案综合性能见表3所示。

三种方案虽均能满足堤防功能要求，方案一造价最高，但却唯独方案一满足了保护对象重要性、工期紧迫、需施工难度低及就地取材的工程特性，因此，堤防材料采用现浇C20混凝土。

4 研究结论

堤防设计应本着因地制宜、施工技术可行、经济合理及安全可靠的原则，考虑实际地形、地质条件、建设条件及施工难度情况下综合确定堤防型式。针对工程岸坡陡峻、需施工难度低、就地取材、保护对象重要及工期紧迫的应急工程特性，着重考虑到村民生命、财产安全，堤防型式为现浇C20混凝土重力式及衡重式。

表3 方案综合性能比较表