王坤雪，張 麗，程 霆，吳志華

（1.浙江廣川工程咨詢(xún)有限公司，浙江 杭州 310020；2.開(kāi)化縣音坑鄉(xiāng)人民政府，浙江 開(kāi)化 324300；3.開(kāi)化縣水利局，浙江 開(kāi)化 324300）

1 問(wèn)題的提出

山區(qū)性河道山勢(shì)陡峻，河床比降大，源短流急，匯水集中迅速，沖刷破壞能力強(qiáng)。山區(qū)地形極易形成暴雨中心，洪水期水位猛漲猛落。為滿(mǎn)足灌溉供水、穩(wěn)定河床、交通便民等需求，在山區(qū)性河道上興建的低水頭堰壩工程較易在洪水中被破壞；堤岸決口損毀部位也多位于堰壩的上下游連接段，成為流域的防洪薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)山區(qū)性河道堰壩的破壞形式進(jìn)行分析并總結(jié)其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)保障山區(qū)性河道的基本行洪安全有著重要意義。

2 山區(qū)性河道堰壩主要破壞形式

山區(qū)性河道存在較為豐富、可用于堰體填筑的天然砂礫石資源，因此山區(qū)性河道堰壩型式多為金包銀結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），此種型式較為經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用也較為廣泛。山區(qū)性河道堰壩的主要破壞形式可分為下游基礎(chǔ)沖刷破壞、與堤岸的連接段破壞、滲漏破壞及附屬設(shè)施破壞等。

圖1 山區(qū)性河道堰壩金包銀結(jié)構(gòu)典型斷面圖 單位：cm

2.1 下游基礎(chǔ)沖刷破壞

堰壩下游基礎(chǔ)沖刷破壞是山區(qū)性河道堰壩破壞最常見(jiàn)的形式之一。大多數(shù)山區(qū)性河道堰壩的基礎(chǔ)建造于河道砂卵石層，并無(wú)條件建造在基巖上，因此若沖刷深度考慮不足，行洪過(guò)程中堰腳易遭遇洪水沖刷掏空致使堰壩整體失穩(wěn)。部分堰壩下游未設(shè)置消能防沖設(shè)施，或設(shè)置的消能防沖設(shè)施長(zhǎng)度及強(qiáng)度均不足，使堰壩下游河床遭遇洪水長(zhǎng)期沖刷致使河床面下切，最終導(dǎo)致堰體失穩(wěn)破壞。河道挖砂等人為因素會(huì)加劇此類(lèi)破壞，因此應(yīng)予以杜絕。堰壩下游基礎(chǔ)沖刷破壞現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

圖2 堰壩下游基礎(chǔ)沖刷破壞現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2 與堤岸的連接段破壞

堰壩與堤岸連接段破壞主要發(fā)生在連接位置及其下游位置，原因多是壩肩護(hù)岸擋墻未與堰壩主體同步建設(shè)，堰體未伸入護(hù)岸擋墻內(nèi)部，導(dǎo)致連接部位形成薄弱環(huán)節(jié)與滲漏通道，影響堰體的整體穩(wěn)定。同時(shí)若原壩肩及下游護(hù)岸擋墻的基礎(chǔ)埋深不足、防沖能力差，堰壩的建設(shè)改變水流形態(tài)，使連接段及其下游位置的護(hù)岸擋墻不能滿(mǎn)足堰壩完建工況下的護(hù)岸穩(wěn)定與防沖要求，最終導(dǎo)致堤岸的整體坍塌。堰壩壩肩破壞現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖3。

圖3 堰壩壩肩破壞現(xiàn)場(chǎng)圖

2.3 滲漏破壞

山區(qū)性河道堰壩工程多為砂卵石地基，滲水性強(qiáng)，較易發(fā)生滲漏破壞。滲漏破壞的形式主要為壩肩繞滲及沿基礎(chǔ)面滲漏破壞。

（1）壩肩繞滲。山區(qū)性河道堰壩兩側(cè)普遍存在壩肩繞滲問(wèn)題，多為壩肩護(hù)岸擋墻采用干砌塊石等多孔隙擋墻結(jié)構(gòu)，或漿砌石、灌砌石施工不到位，加之堤身填筑料多以砂礫料為主，黏粒含量少，滲透系數(shù)大，沿壩肩位置或沿堤身內(nèi)極易形成滲漏通道，最終壩體及堤身內(nèi)部的細(xì)料被水流帶走導(dǎo)致堰壩破壞。

（2）沿基礎(chǔ)面滲漏。原因多為上游堰壩基座未開(kāi)挖至相對(duì)不透水層，未起到良好的截滲作用，導(dǎo)致堰壩沿基礎(chǔ)底面形成滲漏通道影響壩體的滲透穩(wěn)定，導(dǎo)致堰壩破壞。

2.4 附屬設(shè)施破壞

山區(qū)性河道堰壩的附屬設(shè)施破壞主要指汀步石、下堤踏步、親水平臺(tái)、放空管等部位的破壞。多因附屬設(shè)施的設(shè)計(jì)及施工未考慮行洪期間的水流沖刷作用。如汀步石未伸入堰壩主體結(jié)構(gòu)被水流沖走；下堤踏步及親水平臺(tái)過(guò)多侵占行洪空間被沖毀破壞；施工期埋設(shè)放空管時(shí)管體破損，堰體內(nèi)部細(xì)料沿管體內(nèi)部被水流帶走，導(dǎo)致堰壩溢流面塌陷破壞等。

3 山區(qū)性河道堰壩設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 選 址

山區(qū)性河道堰壩選址應(yīng)因地制宜，盡量選址于地質(zhì)情況良好、基巖較淺的河段。不宜在坡降較大的河段建造高堰壩擋水以形成長(zhǎng)距離的景觀水面；不宜密集建堰形成水面梯級(jí)銜接；不宜在河道束窄等水流河勢(shì)和地質(zhì)條件惡劣處建堰；不宜阻隔主要魚(yú)類(lèi)洄游。盡量避免過(guò)度筑堰影響防洪安全和河流生態(tài)。盡量避免在支流匯合口附近筑堰，以減輕不同洪水組合工況下多變的水流形態(tài)對(duì)堰體結(jié)構(gòu)的不利影響；盡量避免在橋梁、渡槽等阻水建筑物上下游筑堰，以減少堰壩回水或堰壩下游沖刷對(duì)相應(yīng)建筑物的不利影響；盡量在河勢(shì)及河床均相對(duì)穩(wěn)定的河段筑堰，以避免因河道主槽或河床發(fā)生變化對(duì)堰壩的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響。

3.2 堰頂高程設(shè)計(jì)

堰頂高程需根據(jù)堰壩功能需求及水文計(jì)算合理確定，已建堰壩的加固和提升不宜抬高原堰頂高程，新建堰頂?shù)母叱桃税灰烁?，以確保河道的防洪要求和兩側(cè)河岸的排澇要求。

3.3 堰壩基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）堰壩上游基礎(chǔ)宜優(yōu)先置于相對(duì)不透水層；下游基礎(chǔ)宜優(yōu)先深入基巖。若基巖較深，下游基礎(chǔ)埋深可采用GB 50286—2013《堤防設(shè)計(jì)規(guī)范》中的沖刷深度經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)計(jì)算結(jié)果的安全加深建議取50~100 cm。堰壩上下游基礎(chǔ)均應(yīng)優(yōu)先采用C25及以上標(biāo)號(hào)的混凝土或混凝土灌砌塊石等可靠材料與工藝。若上下游基礎(chǔ)采用矩形斷面結(jié)構(gòu)，建議高寬比為1:1.5~1:2.0。

（2）溢流堰面。堰壩溢流堰面結(jié)構(gòu)層宜采用C25及以上標(biāo)號(hào)的混凝土或混凝土灌砌石結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)層之上可采用卵石、條石、青石、花崗巖等貼面裝飾。若堰壩高差較大，需充分考慮水流揚(yáng)壓力的浮托作用；若于堰面設(shè)置排水孔則需復(fù)核堰體是否滿(mǎn)足防滲 要求。

（3）堰壩兩側(cè)連接段。堰體宜優(yōu)先伸入兩側(cè)堤岸擋墻2 m以上，堰頂或堰腳齒槽處應(yīng)設(shè)置截滲墻以防止兩側(cè)繞滲，堰體與堤岸擋墻應(yīng)緊密連接防止形成薄弱環(huán)節(jié)或滲漏通道。

（4）消能防沖設(shè)施。若堰壩落差較大而基巖較深，應(yīng)在下游設(shè)置牢固的消能防沖設(shè)施。山區(qū)性堰壩下游防沖設(shè)施主要包括護(hù)坦和消力池，一般不設(shè)海漫，護(hù)坦也可做成消力池型式。消力池深度和長(zhǎng)度根據(jù)SL 265—2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》 進(jìn)行計(jì)算，其厚度一般為0.5~1.0 m，長(zhǎng)度一般為5.0~15.0 m。若堰壩下游河床坡降較大，可考慮設(shè)置二道壩以減輕上游堰壩對(duì)下游河床的沖刷影響。

3.4 行洪安全設(shè)計(jì)

堰壩行洪安全設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮新建堰壩工況對(duì)于上游河道洪水位的雍高程度和影響范圍。應(yīng)對(duì)上游堤岸工程的防洪能力進(jìn)行復(fù)核評(píng)估，若不滿(mǎn)足應(yīng)采取相應(yīng)加高加固措施；應(yīng)對(duì)河道兩岸低洼地段的排澇能力進(jìn)行分析，若因堰壩的建設(shè)導(dǎo)致堤后低洼地段積水無(wú)法排出，則應(yīng)采取一定的防滲補(bǔ)救措施；應(yīng)對(duì)堰壩下游已建堤岸的防沖能力進(jìn)行分析，若不滿(mǎn)足防沖要求，應(yīng)對(duì)迎水坡及堤腳采取相應(yīng)的加固措施。

3.5 注重景觀、文化的結(jié)合

設(shè)計(jì)堰壩型式應(yīng)與河床自然融合，可融入當(dāng)?shù)厝宋娘L(fēng)情元素營(yíng)造“一堰一景”，但切忌模仿抄襲及生搬硬套。應(yīng)優(yōu)先采用低矮寬緩堰壩，蓄水后盡量不破壞現(xiàn)有灘林、灘地，充分考慮魚(yú)類(lèi)洄游通道，堰體外觀不宜暴露混凝土面板等白化材料。宜充分利用山區(qū)塊石、卵石資源相對(duì)豐富的特點(diǎn)，通過(guò)平面、立面多變的造型營(yíng)造出多樣的景觀形式。應(yīng)通過(guò)考慮挖掘工程區(qū)當(dāng)?shù)靥厣幕?，提煉出特征元素，融入到堰壩形態(tài)設(shè)計(jì)中，豐富堰壩工程的文化環(huán)境和藝術(shù)美感，將堰壩建設(shè)成為當(dāng)?shù)孛袼罪L(fēng)情與歷史文化的新載體。同時(shí)應(yīng)特別注重古堰壩的保護(hù)和修復(fù)。

3.6 合理設(shè)置相關(guān)附屬設(shè)施

在堰壩重要的位置和人群活動(dòng)密集區(qū)應(yīng)合理設(shè)置相關(guān)附屬設(shè)施，包括安全設(shè)施、親水便民設(shè)施、警示牌標(biāo)識(shí)、監(jiān)控設(shè)備等。其中堰壩設(shè)置汀步石需要考慮上下游安全寬度并適當(dāng)預(yù)留，以防不慎落水；當(dāng)汀步設(shè)置在堰頂且上游水深較大時(shí)，堰壩上游應(yīng)設(shè)計(jì)臺(tái)階，防止有人溺水出現(xiàn)安全事故等；若采取堰頂汀步設(shè)計(jì)需要設(shè)置休息平臺(tái)，避免行人走在堰壩上出現(xiàn)眩暈落水事故。

4 結(jié) 語(yǔ)

山區(qū)性河道堰壩工程以及上下游連接段多為流域防洪的薄弱環(huán)節(jié)，較易在洪水中被破壞；而山區(qū)性河道堰壩的建設(shè)缺少對(duì)應(yīng)的規(guī)范性文件。通過(guò)分析山區(qū)性河道堰壩的破壞原因并總結(jié)正確的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為類(lèi)似工程的實(shí)施提供一定指導(dǎo)，對(duì)保障山區(qū)性河道的基本行洪安全有著重要意義。