黄河兰州段城区堤防维修加固技术方案探析

吴志刚

(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)

1 工程概况

黄河在兰州市境内流经西固区、安宁区、七里河区、城关区、皋兰县、榆中县，境内河长146.7 km，其中西柳沟口至桑园峡口的47.5 km 为兰州市城区河道段，其余为乡镇河道段，黄河兰州市城区段河道演变示意图见图1。自建国以来，兰州段虽然加大了河道治理力度，修建了防洪设施，但防洪体系不完善，工程设防标准高低不一，仍造成多次洪灾险情。尤其是2012 年7 月[1]，受强降雨天气的影响，黄河上游共和县境内龙羊峡水库和永靖县境内刘家峡水库泄洪流量加大，导致黄河兰州站流量持续38 天超过2000 m3/s，7 月30 日当天，兰州站洪峰流量接近3900 m3/s。此次强降雨造成沙井驿、盐场堡、体育公园、秀川街道、河口镇、青白石街道等多处河堤塌方，大部分河段漫堤。据统计，7 月强降雨以来，共计造成黄河河堤损毁总长21855 m，损毁泵站53 座，农灌渠道10600 m，管道770 m，其他经济损失，包括农作物、经济作物、房屋、道路等，共计1.42 亿元。2012 年黄河上游段，尤其是兰州城区段暴露出现状防洪形势非常严峻、防洪基础设施极为薄弱、河道管理问题比较突出等许多问题和安全隐患，进行河道防洪整治工程建设势在必行。

图1 黄河兰州市城区段河道演变示意图

2 存在的问题

黄河上游河道现状防洪基础设施极为薄弱是共性问题，而各市州存在的主要问题也有所不同，兰州城区段防洪情况存在的问题如下:

(1)兰州市城区段防洪堤建设较城市发展建设滞后，造成城市防洪体系不完善。兰州市城区段河道也扩展至西起西柳沟口、东至桑园峡口的47.5 km 范围内，除已经建成的防洪堤和不需防护的天然陡坎外，尚有15.195 km 的河岸线无任何防护，致使兰州市防洪体系不完善。

(2) 由于当地自然条件、经济落后因素和建设资金限制，黄河上游甘肃段，特别是兰州段防洪设施建设投入不足，防洪能力偏弱，后期堤防建设标准不一、质量差别大，部分堤防运行时间较长，堤防老化及损坏。经检测，部分挡墙压顶断裂，压顶与挡墙顶部脱开;个别段落堤顶有不均匀沉降现象;部分挡墙受水流顶冲、淘刷造成基础外露或埋置深度不足等现象[2];根据地质雷达测试结果显示部分段落存在异常区域，推测异常为堤身不密实。

(3)通过在兰州市城区段实测124 条水文大断面，实测两岸堤顶高程，并进行洪峰流量为6500 m3/s 时的水面线和超高的计算，经分析后有29.945 km 防洪堤存在超高不足、达不到百年一遇设防标准的问题[1]。

3 处理措施

西柳沟至桑园峡的河道为兰州市城区段，其中38.71 km为兰州市城区防洪的重点治理段，按100 年一遇洪水标准设防。城区段防洪工程建设的措施主要是通过堤防新建和维修加固加高旧堤，具体措施通过病险段典型断面加固方案来分析。

3.1 新建堤防典型方案

此次黄河兰州城区段新建堤防方案，根据堤防所处位置，结合地形特点和沿岸已有建筑物，分为一级重力防洪墙机构、复式断面结构和桩基基础，篇幅所限，仅以复式断面结构形式进行分析。

对于城区内左岸“上坪村段”“青白石段”及右岸“雁滩北面滩村段”新建堤防，为结合城市规划，提高城市的景观效果，也使行人更接近水域，达到人与自然的结合，采用复式断面的防护形式，即:下部结构为重力式防洪墙，采用C25混凝土浇筑，墙高为3 m～6 m，墙前后基础开挖坡比为1∶1.25，防洪墙浇筑完成后墙前采用开挖料或者块石回填，回填线应按原有地形标高恢复，并保证高度在防洪墙基底3 m 以上。重力式防洪墙为俯斜式结构，设计墙顶宽度为0.65 m，背坡坡比为1∶0.35～1∶0.45，面坡坡度为1∶0.1，同时设置1 个扩展墙趾台阶和1 个扩展墙踵台阶，高0.8 m，宽0.8 mm。防洪墙应间隔15 m设置2 cm伸缩缝一道，内塞高密度聚乙烯闭孔泡沫板，内、外、顶三侧采用填塞聚氯乙烯胶泥封口，填深为3 cm。墙后设置6 m 宽的游览道，游览道高程与墙顶高程相同，临河侧设置钢艺栏杆。

上部景观加筋土挡土墙是由工厂生产成品墙面板、拉筋和填土构成。墙面板采用自嵌式挡土块，挡土块强度要求不低于MU20，每层厚度不小于15 cm，上下两层挡土块之间采用锚固棒连接，锚固棒长度不小于20 cm，设计墙体坡面坡度为1∶0.3，墙顶设30 cm 厚的C25 现浇砼压顶，上部安装混凝土预制栏杆。

墙后进行堤身填筑，要求采用碎石土夯填，不得采用湿陷性土、淤泥及其他材料填筑。填筑时每40 cm 设一层80 kN/m的土工格栅，上下层格栅的长度一样。挡土块后沿墙体在两层土工格栅之间铺设一层无纺反滤土工布，规格为350 g/m2。防洪墙自嵌式挡土块下部设C25 混凝土基础，以防止防洪墙基础下的地基被掏空及维持防洪墙基础的稳定。背水侧采用生态护坡，坡面坡度为1∶1.5。新建堤防典型断面见图2。

图2 新建堤防典型横断面图

3.2 堤防维修加固堤防典型方案

(1)堤防垮塌重建方案

2013 年10 月底兰州城关大桥段长113 m 堤防发生垮塌，经详细排查，城关黄河大桥左岸上起音乐喷泉、下至大沙沟一泵站长约650 m(K28+760～K29+410)的堤防均存在险情，急需维修加固。桩号28+917～29+130 段加固方案如下:

该段原堤防防洪墙基本完好，不拆除，采用墙前加固的维修方案，即原防洪墙前新建悬臂防洪墙，基础采用桩基结构[2]。井桩双排布置，桩间距3.4 m，桩径1 m，桩长伸入基岩下3 m，为C25 钢筋砼灌注桩。承台为现浇C25 钢筋砼结构，宽5.2 m，厚1.5 m，立板轴线距离承台后缘3.6 m，立板高4.5 m，厚0.4 m，立板上部为便于栏板安装设计成扩大头，近似牛腿状，顶宽0.8 m，高0.4 m，渐变段长0.5 m，立板下部前后均设0.3 m×0.3 m 的贴角。立板防洪墙设Φ50 排水孔两排，间距2.0 m，梅花状布置，墙后铺设150 g 土工布进行反滤。墙顶设预制C25 钢筋砼栏杆，高度1.26 m，与现有堤防栏板结构一致。承台及立板防洪墙每19 m 设伸缩缝一道，缝宽3 cm，填塞聚乙烯闭孔板及聚氯乙烯胶泥。立板下设纵向施工缝，采用400×3 mm 钢板止水。

悬臂式防洪墙与原堤防之间采用砂碎石料分层夯填至堤顶，要求相对密度不小于0.65，为保证砂碎石料夯填密度又不破坏原有堤防的稳定性，建议使用小型机械进行夯填。在立板防洪墙临河侧预留滨水绿道，绿道宽5 m ，采用格宾石笼护砌，为防止洪水对其破坏，在临水侧上部采用格宾石笼加固护坡，厚0.5 m，深3 m，下部采用钢筋石笼护脚，厚2 m，深3 m。城关大桥段垮塌重建典型断面见图3。

图3 垮塌重建典型断面图

(2)原有两级防洪墙间增加抗冲刷措施

经过对沿线堤防的调查，发现黄河南岸兰化106 油库段(2+500～3+600)堤防为两级防洪墙复式断面，下级防洪墙基础受水流冲刷较大，两级防洪墙之间马道未硬化。对该段堤防的加固方案为:抛石固脚+马道硬化。一级防洪墙基础临水侧采用抛填块石粗化固脚加固，防止基础继续掏刷，抛石宽度为4.5 m，抛石平台表面设置一层厚0.4 m 格宾网石笼护坡，网内填充物采用卵石、块石或片石，空隙率不超过30%。两级防洪墙之间上、下依次加铺C25 混凝土、5%水泥稳定砂砾垫层，厚度分别为20 cm、15 cm。

图4 黄河南岸兰化106 油库段典型断面图

(3)已建堤防高度不足段加高措施

对现状复式断面堤防堤顶高程低于设计堤顶高程在0.5 m～1.0 m 的已建段，为与城市景观相协调，采用在复式断面坡顶新建钢筋混凝土花池护栏，以达到设计堤顶高程。花池护栏每12 m 为1 段，由两段花池和一段栏板组成，花池采用C25 现浇钢筋混凝土，每个花池长5 m，宽1.5 m，高1 m，底板及四周侧墙厚度均为0.25 m，花池内部填充腐殖土，种植花草。栏板段长2 m，宽度与花池挡水侧墙体等厚，并整体浇筑，高度为1.2 m。为保证花池的稳定，将基础开挖1 m 深，换填砂砾石，砂砾石上设10 cm 的C10 砼垫层。堤防加高典型断面见图5。

图5 堤防加高典型断面图

3.3 新建护岸典型方案

新建坡式护岸分为上部护坡和下部护脚两个部分。根据岸坡地形地质情况、水流条件和材料来源，下部护脚采用抛石护脚，设计枯水位高于护坡河滩地面线时，设置抛填块石枯水平台，枯水平台顶部高程高于设计枯水位0.8 m，枯水平台宽度3.5 m，抛填块石坡度约为1∶2，设计枯水位低于护坡河滩地面线时，砂砾石层河床段开挖至原地面线以下1.0 m，底部开挖宽度0.5 m，开挖边坡1∶1.5，抛填块石至原地面线做为抛石护脚。细砂层河床段开挖至原地面线以下2.0 m，底部开挖宽度0.5 m，开挖边坡1∶1.5，抛填块石至原地面线做为抛石护脚。

根据河岸地质条件和地下水活动情况，上部护坡采用格宾网护坡[3]，技术要求见表1。护岸工程顶高程采用10 年一遇洪水位加0.5 m 超高，当地面高程低于护岸顶高程时，护至原地面即可，护岸顶设0.5 m 宽格宾网石笼封顶。临河高坎高于护岸工程顶高程时，开挖护岸顶高程以上边坡至稳定边坡，砂砾石或粉质壤土层开挖边坡1∶1.25，细砂层开挖边坡1∶1.5，护岸典型断面图见图6。

表1 格宾网护坡技术要求

图6 新建护岸典型断面图

4 结论及建议

黄河兰州城区段河道整治工程的任务是防洪，通过新建堤防、护岸及加固改造堤防工程，可以提高沿河两岸的防洪能力，保障两岸人民生命财产安全，促进当地经济社会可持续发展。本次防洪建设工程堤防新建堤线总长13.795 km，维修加固堤线总长41.35 km，新建护岸工程5.08 km。河道整治于2020 年年底完工，河道整治后进一步提高黄河干流兰州城区段防洪能力，对当地经济社会的发展意义重大。