單 穗 南

(杭州水利水電勘測設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

浦陽江二期工程中局部河段為凹岸段，流速較大，坡腳現(xiàn)狀多沖溝，最深處陡坡高度大于4 m。根據(jù)歷年浦陽江凹岸沖刷嚴重段外側(cè)拋石效果及其他類似工程經(jīng)驗，該類堤段防沖問題較突出。本次設(shè)計對凹岸現(xiàn)狀存在沖溝、沖刷嚴重段進行防沖方案比選。

2 沖刷深度計算

按GB 50286—2013堤防工程設(shè)計規(guī)范，水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷可按下式計算：

其中，hB為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深,m；Ucp為近岸垂線平均流速,m/s；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=1/4～1/6；η為河床面上允許不沖流速，m/s。

取各段平均最大流速進行防沖計算，以最大流速3.22 m/s，經(jīng)計算，設(shè)計河床以下岸坡最大沖刷深度1.23 m。

3 方案比選

考慮本工程存在凹岸現(xiàn)狀無灘地且現(xiàn)狀沖溝較深段，根據(jù)歷年浦陽江凹岸沖刷嚴重段外側(cè)拋石效果及其他類似工程經(jīng)驗，該類堤段防沖問題較突出。本次設(shè)計對凹岸現(xiàn)狀存在沖溝、沖刷嚴重段進行防沖方案比選。

方案一：常水位以下采用漿砌塊石護坡+塘渣回填+1.5 m深防沖大方腳+外側(cè)3 m范圍內(nèi)拋石防沖。該方案優(yōu)點：施工簡單方便，拋石埋于河床，防沖效果好。缺點是堤防斷面大，迎水坡坡面較長，漿砌塊石護面較長，塘渣填筑量較多，施工需設(shè)置施工圍堰，施工周期長，施工期無水情況下邊坡存在較大安全隱患，見圖1。

方案二：灌砌石重力式擋墻+松木樁+外側(cè)3 m范圍內(nèi)拋石防沖?？紤]凹岸沖溝沖刷的嚴重性，根據(jù)類似工程估算在洪水期該類斷面流速為普通斷面流速的1.5倍～2.0倍，經(jīng)初步估算，河床以上的防沖拋石粒徑須達到0.4 m以上，單塊拋石重量在200 kg以上，拋石表面大塊石需進行理砌處理?？紤]該類斷面現(xiàn)狀坡度較陡，施工期現(xiàn)狀邊坡穩(wěn)定存在安全隱患，故該方案常水位以下采用灌砌石重力式擋墻，下設(shè)松木樁，減少施工期對現(xiàn)狀邊坡的擾動。該方案優(yōu)點：減少了堤防斷面體積與迎水坡護面，堤防施工先進行外側(cè)拋石至非汛期低水位，可不設(shè)置圍堰。缺點是：灌砌石重力式擋墻部分基礎(chǔ)位于拋石體上，后期對拋石沖刷過程中易造成擋墻失穩(wěn)；拋石設(shè)于河床之上，拋石石料要求較高且體量較多，備料較困難，抗沖效果一般，并需經(jīng)常維護，見圖2。

方案三：預(yù)制混凝土U型板樁防沖+灌砌石重力式擋墻。該方案在堤腳外側(cè)插打U型板樁，樁頂澆筑鋼筋混凝土帽梁鎖定，形成堤前防護墻，后接斜坡。

該方案優(yōu)點：U型板樁可采用船上施工，外側(cè)無需拋石，施工簡單且無需設(shè)置圍堰，板樁埋深較深，防沖效果最佳，永久性最好，且維護工程量較小。缺點是：U型板樁投資較大，板樁無法進入圓礫層或基巖，對土層要求較高，見圖3。

方案四：雙排灌注樁+預(yù)制樁防沖+灌砌石重力式擋墻。雙排樁分為前排樁和后排樁，臨水側(cè)的前排樁為連續(xù)樁(為減少投資，分主、副樁，主樁為鋼筋混凝土灌注樁，間距為1.5 m；副樁為預(yù)制方樁，在主樁之間設(shè)置兩根30 cm×30 cm的預(yù)制方樁，密排布置)，背水側(cè)的后排樁(為節(jié)省樁工程量只設(shè)主樁)為間隔樁，間距3.0 m。樁頂設(shè)置灌砌石重力式擋墻，灌注樁及預(yù)制樁深入底板10 cm。本方案既為臨時支護工程，又作永久支護+防沖結(jié)構(gòu)。

該方案優(yōu)點：外側(cè)無需拋石，且無需設(shè)置圍堰；雙排樁既為臨時支護工程，又作永久支護+防沖結(jié)構(gòu)；整體剛度大，抗變形能力較強，水平位移量小，安全系數(shù)較高；防沖效果最佳，永久性最好(與板樁相同)，且維護工程量較小。缺點是投資大，灌注樁需要搭設(shè)臨時排架進行施工，施工相對較復(fù)雜，見圖4。

凹岸防沖方案比選見表1。

表1 凹岸防沖方案比選表

考慮凹岸段洪水期流速較大，沖刷較嚴重，堤腳一旦出現(xiàn)沖刷問題，很可能導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，堤防決堤，造成嚴重后果。經(jīng)比選后，方案一施工期無水時邊坡存在安全隱患，方案二防沖效果一般且后期擋墻易失穩(wěn)，方案三與方案四防沖效果均最佳，永久性均最好，方案三較方案四投資小，但方案三無法進入圓礫層，且板樁處理深度有一定的限制，故本次設(shè)計從安全角度出發(fā)，對現(xiàn)狀沖刷問題較突出且基礎(chǔ)無圓礫層段，采用防沖性能最佳、永久性最好的混凝土U型板樁進行防沖設(shè)計。對于局部洪水期流速較大沖刷嚴重段，現(xiàn)狀沖溝深度大于3 m，單排樁結(jié)構(gòu)較雙排樁剛度小，水平位移較大，很難滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定要求，且基底圓礫層埋深較淺，板樁無法進入圓礫層，故對該類堤防采用整體剛度大，抗變形能力較強，水平位移量小，安全系數(shù)較高的雙排灌注樁+預(yù)制樁防沖設(shè)計。

參考文獻:

[1] GB 50286—2013，堤防工程設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].