堤防加固在河道治理中的应用
——以《清水县南道河清陇路大桥至南峡段综合治理工程》为例

善小平SHAN Xiao-ping

（天水市水利水电勘测设计研究院有限公司，天水 741000）

0 引言

清水县南道河项目段已建堤是治理南道河主要工程之一，经过多年的洪水的侵蚀、淘刷及人为活动影响，河床下切严重，护坡垮塌、堤身坍塌、滑脱、断裂及基础外露，威胁沿岸产业、居民及基础设施安全等，故做好堤防加固工程，对推动经济发展，产业、居民及其它设施安全，改善河道生态环境，减少水土流失有十分重要意义。

1 工程概况

南道河是牛头河一级支流，发源于清水县陇东镇庵儿下，流经陇东镇安儿村、永清镇双场、南峡、东关村，于清水县新城区汇入牛头河，流域面积为60.9km2，河道平均比降23.6‰，全长14.2km。南道河位于天水市清水县祁吕弧形褶皱带，南道河河谷呈“ U”型，两岸发育有I、II 级阶地，I级阶地呈断续状分布，II 级阶地不甚发育，谷坡表层多覆盖有风积黄土层，局部覆盖有坡积碎石、碎石土。按其地貌形态可分为两个地貌单元，即黄土覆盖的低中山梁峁沟壑区和河谷区。

项目段流域面积60.9km2，项目段比降21.18‰，20 年洪水重现期洪峰流量为159m3/s，2 年洪水重现期洪峰流量为31.6m3/s。治理段已建堤长3717m，其中左岸3322m，右岸395m，原设计防洪标准为10 年洪水重现期，堤高在4.20～5.00m，已建堤为斜坡式砂砾石梯形断面结构，护坡材料采用干砌石，近年来，洪水频发，河道比降大，洪水流速快，致河床下切严重，护坡垮塌、堤身坍塌、滑脱、断裂及基础外露。

2 工程治理范围、标准及措施

治理范围为清陇路大桥至南峡村，左岸起点清陇路大桥左岸八字墙，终点南峡大桥左岸八字墙；右岸起点南峡村附近高岸坎，终点为南峡大桥右岸八字墙；设计堤防起点、终点与已有建筑物平顺衔接，接入岸坎的右岸堤首嵌入岸坎，防洪水侵入。项目段为清水县规划新城区，遵照《防洪标准》《堤防工程设计规范》等规范，堤防设计防护等级为城市Ⅳ等，防洪标准按20 年洪水重现期设防，堤防工程级别4 级，主要建筑物级别4 级，次要及临时性建筑物级别5 级；工程措施主要堤防加固工程、防冲肋墙工程等。治理河长2.3km，堤防加固3717m，新建防冲肋墙4座。

3 堤防加固工程

3.1 水面线推求

项目区现有堤防经计算，由于防洪标准提高、河床下切堤坝埋深不足及护坡垮塌、堤身坍塌，已有堤均未达到设计洪水重现期洪水位，故对此段左右岸已有防洪堤除险加固。能量方程逐段试算法对南道河行洪断面进行检算，治理段综合糙率n=0.036；水面线计算见表1。

表1 治理段水面线计算成果

3.2 冲刷深度计算

冲刷深度计算采用规范要求公式，依计算结果，治理段落冲刷深度计算值在1.24～1.81m，考虑地质资料、实际冲刷及安全余地，敲定堤防加固基础埋深2.0m，计算结果见表2。

表2 治理段冲刷深度计算成果

3.3 堤高复核

计算堤顶超高Y=1.42m=R+e+A=0.82m+0.0026m+0.6m，设计堤顶超高Y 取1.5m。计算成果对已建堤防复核，已建堤现状堤顶高程均低于设计堤顶高程，故不满足洪水安全过洪。结合实测现状地形，水流冲刷致河床下切、堤基外露，依当时设计，堤高4.2～5.0m，实测计算目前深泓以上堤防高2.7～4.71m，得已有堤基础埋深0.0～0.8m，不满足设计安全埋深2.0m 要求。（表3）

表3 治理段计算成果及已建堤防堤顶高程复核

3.4 堤防加固断面型式选择

堤防加固断面应结合堤段位置、重要性、地质、填筑材料、耕地占用、建设条件、安全经济等方面比较后综合确定[1]。依设计洪水标准、工程级别及已建堤现状，结合工程区地形地质等条件，本次对仰斜式、斜坡式、复合式护堤结构进行比选；根据表4 各断面优缺点及以上条件，按照项目区河道实际、取材便利、安全经济的原则，为与已建堤防衔接，堤防加固断面型式选择复式断面结构[2]。

表4 堤防加固断面型式优缺点比较表

3.5 堤防护坡及堤身填筑材料选择

堤身填筑材料应与河道实际、取材便利结合，并考虑施工难易程度、占地、所需投资等方面考量选取，项目区砂砾卵石料丰富，故本次堤坝填筑料选择开挖砂砾卵石填筑。

护坡材料有细粒砼砌块石、素砼和生态格网结构3种，这几种材料在当地类似工程使用频繁。从技术层面分析，细粒砼砌块石护坡施工简便，防冻胀和抗水流冲刷好，附近块石原料储备丰富，然断面尺寸较大，适应地基变形能力差；素砼护坡断面相对小，防冻胀好、抗渗能力强，整体结构好，施工时避免低温时段修筑，透水性差、易出现裂缝、支模工序复杂；生态格网柔性结构，适应地基变形能力强、透水、抗风浪防冲刷能力强、有利于内外水循环，保障河水与岸边耕地灌溉水交换，发挥河流、土壤、植被自净功能。从经济角度比较，3 种护坡材料在相同断面下，细粒砼砌块石每延米投资比素砼护坡、生态格网投资少。综上优劣解析及实际情况，已有堤为斜坡式干砌石堤防，现状堤坡迎水面坡比1：1.5，比降大，河道较顺直，流速大，且地质勘察堤基位置处为较密实的砂卵砾石层，考虑到堤防加固少占地、整体性好、后期管护维修便捷、单米价格低，故堤防加固堤坡材料采用细粒砼砌块石。

3.6 堤防加固断面设计

堤防加固考虑到运行期间巡查、维护、堤坝自身安全稳定、机械和村民正常生产生活通行便利，设计堤顶宽3m，加固断面结合已建堤采用复式梯形断面结构，在原堤上加高、加深、培后，使新旧护坡联成一体，一起分担各种不利荷载。堤防总高度5.37～5.73m，护坡材料采用C20 细粒砼砌块石，砂砾石堤身背水坡坡比1：1.25；深泓高程以下断面型式为仰斜式护坡，护坡迎水坡1：0.25、护坡背水坡1：0.1，护坡上部厚0.6m，基底宽1.2m，墙趾宽0.5m、趾高0.6m；深泓高程以上斜坡式护坡，迎水面边坡1：1.5，护坡厚0.4m；在深泓高程处设戗台，沿戗台水平防护长度为1.5m、厚0.5m；堤顶设0.5×0.2m 砼压顶堤帽。堤防设置比降为3.5%直径75mmPVC 排水管，呈梅花型按2m×2m 布置，对原干砌石护坡先打孔后埋设排水管，为防止细颗粒进入排水管，排水管进水包裹400g/m2土工布[3]。伸缩缝10m 设一道，用高密度闭孔聚乙烯泡沫板，缝宽2cm。堤坝夯填要求相对密度大于0.6。（图1）

图1 堤防加固设计断面示意图

3.7 护坡内部稳定计算

堤防加固采用1 种断面型式，结合地质及护坡材料，护坡稳定计算公式采用《堤防工程设计规范》附录D1.1-4～9 公式；计算K=1.32＞规范允许[K]=1.1，复式梯形断面护坡各个工况下符合稳定性条件，说明堤防加固护坡断面设计合理。[4]

3.8 堤身稳定计算

堤身稳定计算采用瑞典圆弧法。正常情况：设计洪水位骤降期临水侧堤防岸坡；非常情况：设计洪水位时遭遇地震的临水堤防岸坡。

表5 可得，选取典型断面各种工况下，堤身均满足抗滑稳定安全系数大于规范要求，可达到堤防加固目的，说明设计断面合理。

表5 堤身稳定计算成果表

4 结论与建议

文章针对项目区河道比降大，河床下切，堤坝欠高、埋深不足、垮塌等现状，对损毁严重已建堤坝经各种方案必选确定采用C20 细粒砼砌块石复式堤防断面，经加高、培后、加深，使新旧护坡紧密连接，新建防冲肋墙控制河滩稳固，确保堤坝健康运行，沿岸居民、产业安全及当地经济发展，改善河道生态、减少水土流失。建成后，运行管理单位要加强河道巡查管护，防止人为损坏，阻止采砂等影响河道行为。总之，堤防加固是维护水利工程的一个重要措施，保证水利工程自身安全方能确保沿岸居民、产业的安全，方可保证生态环境和水土保持的良性循环，为国民经济发展敦实基础。