邵守義

（廣東鴻土規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

本文結(jié)合陜西省“引漢濟(jì)渭”工程秦嶺隧洞0-1號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)土地復(fù)墾工程中配套建設(shè)的蒲河河堤防護(hù)工程，探討把堆石混凝土技術(shù)應(yīng)用在山區(qū)河道堤防建設(shè)中，一是就地利用山區(qū)河道中的卵石或石質(zhì)棄渣，減少投資；二是提高河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)河道兩側(cè)村鎮(zhèn)、農(nóng)田安全。堆石混凝土的施工方法，首先是將隧洞廢棄塊石（河道卵石）堆積有空隙的堆石體（1.5m/層），然后從堆石體上部澆入堆石混凝土專用的自密實(shí)混凝土，依靠自重完全填充堆石體空隙，形成完整、密實(shí)、有較高強(qiáng)度的混凝土。

1 工程簡(jiǎn)介

“引漢濟(jì)渭”工程是將漢江水引入渭河以補(bǔ)充西安、寶雞、咸陽(yáng)等 5個(gè)大中城市的給水量。中鐵十七局集團(tuán)公司中標(biāo)越嶺段0-1號(hào)勘探試驗(yàn)洞工程，工程主要建設(shè)內(nèi)容為：3.05km主洞和1.5km支洞。工程至2015年底隧洞開(kāi)挖工程基本結(jié)束，棄渣場(chǎng)已到服務(wù)期末，不再進(jìn)行棄渣，按土地管理部門的要求，對(duì)棄渣場(chǎng)進(jìn)行土地復(fù)墾。本工程是陜西省“引漢濟(jì)渭”工程秦嶺隧洞 0-1號(hào)勘探試驗(yàn)洞棄渣場(chǎng)在土地復(fù)墾過(guò)程中配套建設(shè)的蒲河河堤防護(hù)工程，工程所在漢中市佛坪縣郭家壩村。

2 工程區(qū)自然概況

2.1 地貌

項(xiàng)目區(qū)地形地貌由高、中、低山與河谷川道構(gòu)成。山地高程1100m以上，河谷川道高程在500～800m之間。河溝及支溝出口因沖積、洪積作用，形成許多串珠狀的坪壩和階地，成為奇特的秦嶺山地農(nóng)業(yè)景觀。

2.2 氣候

工程地處北亞熱帶邊緣季風(fēng)氣候區(qū)。由于本流域高低懸殊，地貌差異較大，因而兼有暖濕帶和中濕帶山地氣候特征。項(xiàng)目區(qū)氣候溫和，雨量充沛。多年平均氣溫11.4℃，多年平均降水量922.8mm，全年無(wú)霜期218天。

2.3 水文

工程建設(shè)地屬子蒲河水系，蒲河由北向南流入汶水河，最后流入子午河，匯入漢江。項(xiàng)目區(qū)所處河段切割較淺，耕地由坪壩和河谷階地構(gòu)成，全部為壩、坪地貌。沿河兩岸的農(nóng)耕地土壤大部分屬?zèng)_積—坡積型，高程在800m以下，耕地平均高出河床2～5m。蒲河流域地面由北向南傾斜，總體地形北高南低，山勢(shì)開(kāi)闊，為典型的“U”型河谷。地下水類型為基巖裂隙潛水和第四系孔隙潛水。

2.4 地質(zhì)

工程區(qū)出露地層由老至新主要為下元古界西鄉(xiāng)群（Pt1x3）的片麻巖、震旦系下統(tǒng)耀河嶺組（Zay）的夾石英巖、寒武系（∈）的灰色云母石英片巖、奧陶系～志留系（O～S）的淺灰黑色黑云母石英片巖、泥盆系中統(tǒng)（D2）的灰色結(jié)晶灰?guī)r、石炭系（C）及二迭系（P）的灰色灰?guī)r、下第三系（E）的紫紅色細(xì)砂巖和第四系（Q）的砂卵（礫）石、砂、砂壤土、壤土、黃土等。

3 工程設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目農(nóng)田位于公路外側(cè)近河床岸邊，易受洪水威脅，沿河需修建防護(hù)堤。按照土地開(kāi)發(fā)整理及水利部門的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，各種水工建筑物均屬五級(jí)，依據(jù)《佛坪縣陳家壩鎮(zhèn)防洪工程規(guī)劃報(bào)告》本項(xiàng)目區(qū)蒲河河堤為20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

①工程級(jí)別采用5級(jí)；

②防洪標(biāo)準(zhǔn)，蒲河河堤為20年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)；

③穩(wěn)定安全系數(shù)，在正常運(yùn)用條件時(shí)，5級(jí)工程的堤防土基抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)Kc≥1.15；抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)Ky≥1.4；

④基底應(yīng)力，河堤在各種荷載組合的情況下，基底的最大壓應(yīng)力應(yīng)小于地基的允許承載力，河堤基底的壓應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值：粘土宜取1.5～2.0；砂土宜取2.0～3.0；巖基上的防洪墻基底不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力；

⑤臨河護(hù)岸沿長(zhǎng)度方向設(shè)置變形縫，分縫間距為15m，縫寬可采用2～2.5cm,采用聚乙烯閉孔泡沫板填充。

3.2 洪水流量復(fù)核計(jì)算

蒲河在工程區(qū)即郭家壩村段的洪水流量，參考引用陜西省水利廳關(guān)于佛坪縣蒲河（大河壩、石墩河、陳家壩鎮(zhèn)）防洪工程初步設(shè)計(jì)的批復(fù)內(nèi)的數(shù)據(jù)（20年一遇洪峰洪量為1137m3/s）。

3.3 河道行洪斷面校核

蒲河洪水流量及過(guò)水?dāng)嗝鎻?fù)核表

經(jīng)驗(yàn)算蒲河現(xiàn)狀排水能力均滿足排洪要求。

①?zèng)_刷深度計(jì)算

依據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—2013）附錄 D，對(duì)水流沖刷深度進(jìn)行計(jì)算，由于本項(xiàng)目中新修河堤基本在河道順流段，故僅對(duì)水流平行岸坡情況進(jìn)行沖刷深度計(jì)算，（水流水深、流量均采用設(shè)計(jì)護(hù)岸高度減去安全超高 0.5m進(jìn)行計(jì)算）如下：

水流平行岸坡產(chǎn)生的沖刷可按下式計(jì)算：

式中：hB—局部沖刷深度（m），從水面起算；

hp—沖刷處的水深（m），以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替；

Ucp—進(jìn)岸垂線平均流速（m/s）；

UC—泥沙啟動(dòng)流速（m/s），對(duì)于黏性與砂質(zhì)河床可采用張瑾公式計(jì)算。

ro、r—泥沙與水的容重(KN/m3)；

H0—行近水流水深(m)；

d50—床砂的中值粒徑(mm)；

g—重力加速度(m/s2)

n—與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=1/4—1/6。

η—水流流速不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α確定；

水流流速不均勻系數(shù)

河道沖刷深度計(jì)算表

②基礎(chǔ)埋深確定

蒲河平順段凸岸采用沖刷深度加上安全深度（0.5m）之和作為基礎(chǔ)深度，即自斷面深泓高程往下2.0m的高程為基礎(chǔ)底面高程。

3.4 洪水位及堤頂高程復(fù)核計(jì)算

洪水位的復(fù)核計(jì)算按各片河床高程加洪水水深，即洪水水位線；堤頂高程為洪水水位線加堤的安全超高，安全超高為復(fù)核出的原計(jì)算結(jié)果，蒲河郭家壩段洪水量以原規(guī)劃報(bào)告中的洪水量進(jìn)行計(jì)算。以此來(lái)計(jì)算各河（溝）道的設(shè)計(jì)堤頂高程。

3.5 臨河堤身斷面設(shè)計(jì)

依據(jù)水利部門設(shè)計(jì)的二十年一遇洪水水位高程為蒲河河堤的設(shè)計(jì)高程。參照臨近已成河堤及當(dāng)?shù)厝罕娨庖?jiàn)，臨河護(hù)岸采用重力擋土墻形式，堆石砼結(jié)構(gòu)，根據(jù)河流及其溝道的行洪斷面、洪峰高度確定。河堤河道深泓以上高為8m，河道深泓以下埋深為2m，河堤頂寬為80cm，設(shè)計(jì)臨河邊坡為1：0.2背水坡邊坡為1：0.55。

3.6 新建河堤擋墻穩(wěn)定計(jì)算

本次選擇新建蒲河河堤進(jìn)行擋土墻穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算，計(jì)算工況為施工完建期，背水側(cè)地下水位與蒲河水位齊平，臨水側(cè)無(wú)水。

①抗滑穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)中附錄F中公式F.0.4計(jì)算：

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)表2.2.5規(guī)定5級(jí)堤防正常運(yùn)行條件下抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)土基應(yīng)不小于 1.15，巖基應(yīng)不小 1.00。經(jīng)計(jì)算斷面設(shè)計(jì)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

②抗傾覆計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)中附錄F中公式F.0.5計(jì)算：

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-98)表2.2.6規(guī)定，5級(jí)堤防正常運(yùn)行條件下抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)不小于 1.40。經(jīng)計(jì)算斷面設(shè)計(jì)抗傾覆安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。

③擋土墻基底壓應(yīng)力為：

σmax，min=ΣG/A±ΣM/ΣW

經(jīng)計(jì)算，新建計(jì)算斷面的基底最大壓應(yīng)力均小于砂礫石堤基的允許承載力，符合規(guī)范要求。

4 工程施工

1）分層分塊：根據(jù)堆石混凝土施工技術(shù)要求及設(shè)計(jì)圖紙，分層高度為1.5m，分縫長(zhǎng)度為15m。

2）堆石料選?。憾咽先×蠗壴鼒?chǎng)內(nèi)（或利用河道內(nèi)卵石），利用挖掘機(jī)選取粒徑大于30cm、新鮮完整、質(zhì)地堅(jiān)硬且無(wú)剝落層和裂紋的塊石，沖洗掉表面附著的泥土，堆存?zhèn)溆谩?/p>

3）模板安裝：鋼模板用于河堤兩側(cè)部位，木模板用于鋼模板拼接不到的各邊角部位補(bǔ)縫。模板安裝前先測(cè)量放線，按照放線位置進(jìn)行模板安裝。

4）堆石：大尺寸塊石堆放在河堤橫斷面中心部位，粒徑小的塊石堆在模板附近，堆石體與模板之間應(yīng)保留不小于10cm的空隙作為保護(hù)層。堆石前，先在河堤基礎(chǔ)底面澆筑一層 15cm厚的常規(guī)混凝土，并在混凝土初凝前將堆石埋入混凝土中，確保堆石混凝土與基礎(chǔ)結(jié)合良好。

5）混凝土澆筑：順序應(yīng)做到由下到上、分層進(jìn)行，在堆石下方密實(shí)后，混凝土到達(dá)層面時(shí)，控制澆筑高度，一般情況下混凝土面低于堆石面10cm，以便于下個(gè)層面的粘結(jié)。

5 工程優(yōu)點(diǎn)

1） 就地取材、降低水泥用量

堆石砼河堤利用了大量的原隧洞開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的廢棄塊石（部分河道卵石）作為建筑材料；混凝土使用了大量的塊石（約 60%）作為主要建筑材料，只需要使用 40%的自密實(shí)混凝土進(jìn)行空隙的充填，其單方水泥用量與常規(guī)混凝土相比減少了65%左右。

2） 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定提高了河道防洪標(biāo)準(zhǔn)

堆石混凝土施工所使用的機(jī)械設(shè)備均為常規(guī)設(shè)備，利用了隧洞開(kāi)挖施工中的機(jī)械，免除了混凝土澆注的振搗工序，減少了溫控措施，施工工藝簡(jiǎn)單。建成后河堤橫斷面穩(wěn)定性較高，提高了河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)受了當(dāng)?shù)?015年6月29日暴雨（注：為近60年夏初同期少見(jiàn)，僅次于2002年“6.9”暴雨）考驗(yàn)。