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        白露河系統(tǒng)治理河道險工成因分析及處理措施探究

        2019-05-16 00:48:02向廣銀
        治淮 2019年4期
        關(guān)鍵詞:護墊險工格賓

        向廣銀

        (信陽市水利勘測設(shè)計院 信陽 464000)

        1 險工成因分析

        白露河河道總長145km,河道兩岸現(xiàn)有險工22處,險工段累計總長達15.60km,約占河道總長度的10.8%左右。白露河險工形成的原因很多,主要有三個方面:一是白露河上游河道處多為強降雨多發(fā)區(qū),洪水匯流快,并且干流無控制工程,當上游發(fā)生暴雨時,洪水迅速下泄,流速較大,加之河道彎曲,局部河段狹窄,水流曲折滾動凹岸極易被沖刷形成險工;二是河道岸坡多為上部的重粉質(zhì)壤土、下部的中粗砂、粗砂、礫砂等構(gòu)成,土質(zhì)粘性較差,抗侵蝕能力較弱,在大洪水的浸泡下,岸坡土質(zhì)松軟,粘性降低,下部的砂質(zhì)結(jié)構(gòu)松散,不均勻,抗沖刷能力較差,隨著洪水的快速退去,河岸坡腳極易被沖刷掏空,河岸懸空、失穩(wěn),導致坍塌,形成險工;三是現(xiàn)狀河道主流離堤岸較近,水流對堤岸影響較大,由于砂質(zhì)抗沖刷能力較差,在河水沖刷和退水時地下水滲流共同作用下,岸坡易形成塌岸,影響岸坡穩(wěn)定。

        根據(jù)統(tǒng)計分析,此次治理的22處險工,多位于河道迎流頂沖地段或者現(xiàn)狀河道主流離堤岸較近處,其中部分險工未治理過,其余各處均為老險工加長或者已治理過的險工坡腳拋石流失、基礎(chǔ)被沖毀、坡面護砌下部沿線塌陷、在護砌段上下游形成新的險工等。

        2 工程措施

        2.1 工程布置

        險工布置遵循以下原則:①防護線路盡量順水流方向,和堤岸走向一致,并保持平滑順直,使洪水下泄順暢。②兼顧左、右岸的利益,避免過分挑流或者發(fā)生漩渦。③兼顧上、下游利益,與上、下游現(xiàn)有的防護工程合理銜接,使整個險工治理段渾然一體。④格賓、雷諾護墊、漿砌塊石以及拋石盡可能修筑在原狀土上,在條件允許的情況下,盡可能避免填方。

        2.2 方案比選

        2.2.1 固基工程

        根據(jù)白露河干流河床多為砂質(zhì)、抗沖刷能力較差的地質(zhì)特征,險工基礎(chǔ)必須具有較強的抗沖能力,適應(yīng)變形能力和雙向透水能力等,散拋石、鉛絲籠拋石、格賓石籠結(jié)合漿砌石基礎(chǔ)等措施均能滿足要求。本次選擇以下三種防護方式進行比選。

        (1)散拋石:具有單價較低(比鉛絲籠拋石單價低20%左右)、施工便利的特點。缺點是拋石量較大,對石塊要求較高(石塊體積大且備料量大)。另外,散拋石抗沖刷能力較差,容易流失,使用壽命較短。通過對白露河已治理段的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)以前采用拋石固基、漿砌石基礎(chǔ)、干砌石平順護砌的險工段,坡腳拋石大部分流失,基墩被沖毀等又形成了新的險工。

        (2)鉛絲籠拋石:即用鉛絲編織成六邊形網(wǎng)格的箱型網(wǎng)籠,內(nèi)部填充塊石,用竹排或者船舶將其沉入水底,作為險工基礎(chǔ)。鉛絲籠拋石對塊石粒徑要求不高,拋石總方量較小,不易被沖走流失,使用年限較長。缺點是鉛絲籠制作和拋石施工相對麻煩,鉛絲耐久性不易保證,易銹蝕。

        (3)格賓石籠固基:格賓石籠屬于柔性結(jié)構(gòu),延展性好,適應(yīng)性強,能很好地適應(yīng)地基變形,韌性高,不易斷裂;耐腐蝕抗沖刷,有很強的抵御自然破壞、惡劣氣候變換和地震沖擊力的能力;具有透水性強,可防止由流體靜力造成的損害;施工簡便,不需要特殊技術(shù),只需將石料裝入格賓網(wǎng)箱封口即可;格賓網(wǎng)箱可以折疊起來裝運,節(jié)約運輸費用;符合生態(tài)原則,石料縫隙間的淤泥有利于植物生長,可與周圍自然環(huán)境融為一體,滿足水土保持和綠化美化環(huán)境的要求。缺點是水深時施工難度大,施工質(zhì)量不容易控制,生態(tài)效果不夠明顯。

        格賓石籠作為一種新興的固基材料,越來越多地被用于河道治理工程。通過對已建工程的實地考察,結(jié)合當?shù)厮块T的觀察意見,格賓石籠的抗沖刷能力強、抗腐蝕度高、延展性好、適應(yīng)性強等諸多優(yōu)點在已建工程中得到了驗證。由于格賓石籠造價偏高,綜合確定白露河系統(tǒng)治理險工段,采用下部拋石護腳、上部格賓石籠基礎(chǔ)的治理方案。

        表1 三種護坡方案投資對比表

        圖1 險工治理典型斷面圖

        2.2.2 護坡工程

        根據(jù)信陽市境內(nèi)多條河流的治理經(jīng)驗,以堰北頭險工100m護岸為典型,選擇三種方案進行比較:方案一,現(xiàn)澆混凝土板護岸;方案二,漿砌石護坡;方案三,雷諾護墊護坡。三種護坡的固基均采用下部拋石護腳,上部格賓石籠基礎(chǔ)。方案一采用混凝土護岸,抗沖刷能力強,施工工期較短,缺點是護坡將覆蓋整個坡面,坡后排水條件較差,且混凝土板與下部土體結(jié)合較差,容易產(chǎn)生失穩(wěn)。另外,該方案護坡?lián)p毀一般是下部墊層和土體被掏空,表面又不易被發(fā)現(xiàn),一旦出現(xiàn)問題,后果較為嚴重;方案二采用漿砌石護岸,具備一定的抗沖能力,維修管理較方便,但適應(yīng)變形能力也較差,從已治理過的險工段成果看,經(jīng)過大洪水的多次沖刷,砌石下部塌陷嚴重,又形成了新的險工;方案三采用雷諾護墊護岸,雷諾護墊是將低碳鋼絲經(jīng)機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)格組合的工程構(gòu)件,在構(gòu)件中填石構(gòu)成主要用于沖刷防護的結(jié)構(gòu),具有很強的柔韌性及變形能力,生態(tài)環(huán)保,美觀耐久,施工便捷。而且施工機械化程度較高,便于大面積施工,具有一定的整體性,抗沖能力好,與其他方案比較,具有較大的綜合優(yōu)勢。

        治理范圍內(nèi)選取100m岸坡,三種護坡方案投資比較見表1。

        從表1數(shù)據(jù)可以看出,三種護坡方案投資相差不大,經(jīng)綜合分析,該段護坡工程推薦選用方案三,即雷諾護墊護岸。

        2.3 工程設(shè)計

        根據(jù)險工險情調(diào)查情況、地形地質(zhì)條件和河道演變狀況,結(jié)合已治理過險工的現(xiàn)狀,確定本次白露河系統(tǒng)治理新險工治理方案:雷諾護墊護岸,格賓石籠固基。對于以前已治理過、現(xiàn)階段調(diào)查又出現(xiàn)險情的老險工段,護岸采用漿砌石維修加固,坡腳拋石固基。

        新險工治理護岸采用雷諾護墊,厚0.3m,邊坡1∶1.5~1∶3.0,下設(shè)400g/m2無紡針刺布;坡頂設(shè)置C20混凝土墩護肩,寬0.4m,高0.6m;險工護腳采用拋石基礎(chǔ)、格賓石籠固基,拋石基礎(chǔ)上底寬3.0m、下底寬6.0m,高2.0m,格賓石籠規(guī)格(長×寬×高)為1.5m×1m×1m,下設(shè)400g/m2無紡針刺布。按照險工治理典型斷面,要求格賓石籠頂面高程高于枯水位不小于1.0m,且拋石基礎(chǔ)埋深不小于1.5m,如若不滿足上述要求,則將拋石基礎(chǔ)向下延展至3.0m高,如圖1。格賓采用特殊防腐處理的低碳鋼絲經(jīng)機器編制而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)格組合的工程構(gòu)件,要求其網(wǎng)面抗拉強度不低于50kN/m,延伸率不低于10%;要求填充石料堅硬、不易風化、不易水解的卵石或者塊石,粒徑以150~300mm為宜。

        3 設(shè)計計算

        3.1 雷諾護墊護岸厚度計算

        雷諾護墊厚度按照《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS 353 2013》中的方法計算,公式如下:

        t=2.0Dm,,式中各符號意義見技術(shù)規(guī)程。根據(jù)上式計算護坡厚度t=0.22~0.28m。結(jié)合工程施工經(jīng)驗,選用厚度0.30m的雷諾護墊。

        3.2 沖刷計算

        護岸的沖刷深度是合理確定護岸基礎(chǔ)埋深的重要依據(jù)。根據(jù)《河道整治設(shè)計規(guī)范》(GB50707-2011),水流斜沖防護工程產(chǎn)生的沖刷深度可按公式進行計算:

        4 結(jié)語

        確定白露河系統(tǒng)治理河道險工治理方案時,既要考慮方案的適應(yīng)性和耐久性,又要考慮生態(tài)水利和水環(huán)境、水景觀的要求。本文結(jié)合散拋石、鉛絲籠拋石、格賓石籠基礎(chǔ)等三種固基方案比選,混凝土護坡、漿砌石護坡、雷諾護墊護坡等三種護坡方案比選,綜合確定采用格賓石籠基礎(chǔ)的固基、雷諾護墊護坡的險工治理方案■

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