黄河兰州段堤防及护岸加固断面型式与材料分析

火庆昌

（杭州水利水电勘测设计院有限公司兰州分公司，甘肃 兰州 730000）

1 引言

新中国成立以来，尽管在黄河上游先后建成了一批具有多年调节或年调节功能的大型骨干工程和堤防工程，但黄河甘肃段的防洪设施仍然较为薄弱，防洪能力相对偏弱，防洪安全问题较为突出，尤其是在经历了2012年黄河上游发生的10年一遇洪水后，暴露出防洪形势非常严峻，防洪基础设施薄弱、河道管理问题比较突出等诸多安全隐患，给黄河甘肃段沿河城镇及乡村造成较大损失。为给沿黄两岸居民创造一个安居乐业和安全稳定环境，促进各州市的经济发展，进行黄河甘肃段防洪治理工程建设十分必要和迫切。本研究对黄河兰州防洪治理工程中堤防及护岸加固的断面型式、加固方案和所选材料进行比选研究，为本次河道防洪治理提供技术参考和依据。

2 防洪工程在现状

黄河兰州市城区河道西起西柳沟，东至桑园峡，全长47.5 km，岸线总长95.0 km。通过现状调查、病害检测和水下勘察，发现已建防洪堤大多存在不同程度的问题，包括2012年和2014年行洪过程中垮塌河堤共2.265 km，受水流顶冲、淘刷造成基础外露或埋置深度不足的防洪堤20.08 km[1]，挡墙墙面破损的防洪堤10.355 km，另外本次通过开展实测水文大断面和两岸堤顶高程、计算水面线和超高等工作，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[2]。

兰州市乡镇河道被城区分隔为上、下两段，上段河道流经西固区，修建有八盘峡、河口、柴家峡3座电站，境内河道长度29.2 km，下段河道流经皋兰县和榆中县，修建有小峡、大峡2座电站，境内河长70.0 km。河岸现状及问题如下：

八盘峡电站库岸，岸边居民、耕地分布密集，无任何防洪设施，每遇洪水冲毁道路、村庄、耕地的现象时有发生，亟待治理防护。

柴家峡电站下游的河道局部段蜿蜒曲折，河床宽窄变化较大，河道两岸居民、耕地分布密集，左岸有0.291 km是当地村民自建的简易干砌石护堤，不满足防洪标准。

小峡电站下游的什川镇河道左岸桩号0+000～0+373和桩号0+390～2+848河堤迎水面结构基本完好，背水面边坡变形局部坍塌，导致堤顶防汛道路发生变性破坏。左岸桩号2+901～3+498为河口村居民、耕地，无任何防洪设施，每遇洪水冲毁道路、村庄、耕地的现象时有发生，给当地群众的生产生活带来了极大的破坏性损失，亟待防护。

大峡水电站下游河道左岸青城镇的居民、耕地分布密集，由于地势较低，据现场调查目前有土沙堤约6.8 km，经核实堤防无法达到10年一遇的防护标准。

3 堤防、护岸方案比选

3.1 建设内容

根据防护区所处各段河势、地形条件、水情特性、岸坡现状等，结合实际情况，本次河段治理兰州段拟定为堤防工程、护坡及护岸工程、维修加固工程3种防护类型。

兰州市城区段河道长度47.5 km，治理河道长度为38.71 km，治理岸线长度55.11 km，新建堤防长度13.795 km，其中左岸4段，长4.265 km；右岸4段，长9.530 km。维修加固堤防划分为67段长度共计41.315 km，其中左岸33段，长19.485 km；右岸34段，长21.830 km，包括垮塌抢修、二级防洪墙间硬化、加固以及新建护岸工程等。

兰州市农防段治理河道长度15.4 km，共涉及西固区达川乡、柴家台，皋兰县什川镇，榆中县青城镇等乡镇。维修加固护岸3.246 km，均为左岸；新建护岸16.068 km，其中左岸7.425 km，右岸8.643 km。

3.2 堤防型式及护面材料选择

兰州市城区段为城市1级堤防，且城市沿河规划道路及建筑较多，土堤占地较多，不符合当地实际情况，参考兰州市城区已建堤防工程的经验，城区堤防全部采用防洪墙。

（1）堤防断面型式选择

本研究采用重力式、扶壁式、衡重式3种断面型式进行比较。

①重力式防洪墙断面型式

墙体采用C25混凝土浇筑，墙高为5～10 m，墙顶宽度为0.65 m，底宽4.35～8.5 m，为俯斜式结构，背坡坡比为1∶0.35～1∶0.55，面坡坡度为1∶0.1。墙前设置1个扩展墙趾台阶，高0.8 m，宽0.5 mm；墙后设置1个扩展墙踵台阶，高0.8 m，宽0.8 mm。防洪墙每10 m设2 cm宽的伸缩缝一道，内塞高密度聚乙烯闭孔泡沫板，采用聚氯乙烯胶泥封口，填深为3 cm。

墙前开挖坡比均为1∶1.25，防洪墙浇筑完成后采用抛填块石回填，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。墙后开挖线的比例为1∶1.25，开挖后采用卵、碎石土夯填，夯填至设计堤顶高程，其中块石与细粒土含量不得超过25%，砂砾土填筑相对密度不小于0.65，砂壤土压实度不小于0.95。堤顶宽度为8 m，堤顶路面均采用C25现浇混凝土，厚度为25 cm，路面基层为30 cm厚5%水泥稳定砂砾。堤顶向临河侧设坡，坡度为2%。

防洪墙临水面布置φ=100 mm排水管，排水管按2 m×2 m的间距梅花形布置，坡度为4%，对于墙后排水管的进口，为了防止细颗粒进入排水管，设置宽砂卵石排水体，排水体的渗透系数不小于10-3cm/s，为了防止细颗粒进入排水管，在反滤料与防洪墙之间铺设一层350 g/m2的土工布。典型断面见图1。

图1 衡重式防洪墙典型横断面

②扶壁式防洪墙

墙身和基础均由钢筋混凝土浇筑，墙高5～10 m，底板宽4.3～8 m，厚0.8～1.2 m，面板厚0.5 m，扶壁厚0.4～1.0 m，扶壁中心间距3.5 m。防洪墙每10 m设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，典型断面见图2。

图2 扶壁式防洪墙典型横断面

③衡重式防洪墙断面

墙高5～10 m，上墙高2～4 m，下墙高3～6 m，墙顶宽为0.65 m，衡重台宽为1～1.8 m，面坡倾斜坡度为1∶0.1，上墙背坡倾斜坡度为1∶0.3～1∶0.5，下墙背坡倾斜坡度为1∶-0.3，墙趾采用1个扩展台阶，高度1.0 m，宽0.5 m。防洪墙每10 m设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。

扶壁式和衡重式墙前、墙后开挖坡比、防洪墙浇筑完成后回填方式、堤顶路面施工以及排水管型式同重力式防洪墙断面型式。

（2）断面型式比较

上述3种断面结构型式方案，从技术的合理性、施工难易程度、工期长短、费用多少等方面进行比较，采用其中较优方案，比较方案见表1。

表1 三种断面型式技术方案比较表

对上述3种防洪墙断面型式进行投资比较分析可知，相同高度的墙体，衡重式防洪墙造价最低，重力式防洪墙造价次之，扶壁式防洪墙造价最高。经济比较见表2。

表2 防洪墙经济比较表（墙高5 m）

从技术角度来看，几种断面均为常规性设计结构，各种墙体对基础的要求、受力条件相差不大，技术上均可行；从施工角度来看，各种断面型式，使用的材料相同，均为混凝土结构，除扶壁式防洪墙由于是钢筋砼结构，其工序相对较多，施工工期较长，其他施工条件基本相当；从工程造价角度来看，由于墙体高度不高，扶壁式防洪墙造价最高，衡重式防洪墙造价最低，但重力式防洪墙造价比衡重式防洪墙的造价不超过10%，并且在水利工程中，重力式防洪墙应用更为广泛一些。因此，结合实际情况和各方案的特点，经综合比较，新建堤防推荐采用重力式断面型式。

3.3 护岸及护坡型式、材料的选择

（1）护岸、护坡型式

根据风浪、水流作用、地质、地形情况、施工条件、运用要求等因素，适宜本工程的护岸型式有坡式护岸和墙式护岸，兰州城市段及农防段地形地质较平坦，无高边坡地形，护坡、护岸型式均采用坡式护岸。

（2）护岸、护坡材料

根据兰州市当地建材情况以及拟定的护岸护坡型式，结合本区域已建工程经验，护面材料选择C25现浇砼、C25预制块、格宾等。贴坡式护面材料组合为方案一：C25现浇砼贴坡式护岸；方案二：C25预制块贴坡式护岸；方案三：格宾贴坡式护岸。综合考虑工程的施工难度、质量保证、磨损年限、冻融循环、抗腐蚀耐久性等因素，并参考当地已建混凝土护岸工程经验，C25混凝土顶部厚度取15 cm，底部厚度取20 cm，格宾护面厚度取0.4 m。格宾贴坡式护岸典型断面见图3。

图3 格宾贴坡式护岸典型断面图

经计算，主体工程投资经济比较结果见表3。

表3 每1 m单侧护岸不同型式工程量、投资比较表

（3）优缺点比较

结合上述3种方案，经综合分析比较，其优缺点比较见表4。

表4 三种护岸型式的优缺点比较

（4）护坡、护岸材料选择

刘家峡库区段落缺乏块石、卵石料，采用C25混凝土预制块护面，其他河段采用格宾石笼护面。

4 结论及建议

本次兰州黄河段河道治理中城区段新建堤防14.56 km，新建护岸4.8 km，维修加固加高堤防37.516 km，兰州市农防段新建护岸及护坡12.549 km，维修加固堤防6.071 km。通过工程实施，可提高黄河干流兰州段防洪能力、完善区域防洪体系、改善群众沿岸生产生活条件，对保障黄河沿岸防洪安全、促进地区经济社会发展具有重要意义[3]。