董航凱，田 睿，陳 莉

(1.陜西省引漢濟渭工程建設有限公司，陜西 西安 710048；2.陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710048；3.陜西渭河生態(tài)集團有限公司，陜西 西安 710048)

1 工程概況

討賴河橫穿嘉峪關市境內，地理位置重要。為了保證河道的防洪安全，2006年，嘉峪關市對討賴河渠首以下河道進行了全面疏浚整治，修建了南北兩側堤防6.5km，工程區(qū)河道寬度210～260m。其防洪標準為50年一遇，相應流量為848m3/s。兩側堤防的建設約束了新城區(qū)河段游蕩不定的河床，使得河道平面擺動得到有效控制[1]。

經過堤防工程建設，河道的防洪安全問題基本得以解決，但受討賴河季節(jié)性河流特性影響，以及上游渠首灌溉農業(yè)的不斷發(fā)展，河道來水大多被引入灌區(qū)，使得市區(qū)河段汛期洪水峰高量大，含沙量高，非汛期干旱少水，河道長期干涸，灘面裸露，水生態(tài)環(huán)境惡劣，與快速發(fā)展的新城區(qū)城市風貌極不協(xié)調。

為了改善市區(qū)河段水生態(tài)環(huán)境，2010年嘉峪關市啟動了討賴河城區(qū)段生態(tài)環(huán)境治理工程建設。根據河道的基本特性及水沙條件，設計采用清洪分治理念，將治理段河道劃分為生態(tài)蓄水區(qū)及行洪區(qū)2部分，用中隔墻將河道一分為二，形成復式河槽，左側為生態(tài)蓄水河槽，帶狀生態(tài)蓄水湖區(qū)寬147～205m；右側為渾水河槽，平均寬度約60m。設計采用中隔墻將上游渠首工程下泄的洪水泥沙與左側生態(tài)蓄水區(qū)分開，洪水泥沙自渾水河槽通過[2]。渾水槽設防標準為5年一遇，相應設計流量217m3/s，當上游來水低于5年一遇洪水標準時，左側生態(tài)蓄水區(qū)可正常蓄水運行，不受河道泄洪、排沙的影響；當上游下泄水量超過5年一遇洪水時，左側生態(tài)蓄水區(qū)方塌壩泄空，與右側渾水槽一起全河道過洪，以確保城市防洪安全，洪水過后，再立壩蓄水。渾水河槽首端設置一座進口副壩，采用可塌泄的橡膠壩，壩高1.2m，左側生態(tài)區(qū)蓄水時，進口副壩立起擋水；左側生態(tài)區(qū)蓄滿水后，進口副壩及時塌泄，以確保渾水河槽泄洪暢通。

討賴河生態(tài)治理工程建成后，在城區(qū)段河道形成生態(tài)水面1147畝，河道蓄水量62萬m3，水生態(tài)景觀帶6.5km，其生態(tài)效益、環(huán)境效益和社會經濟效益顯著；但是，承擔5年一遇標準行洪任務的渾水河槽局部沖刷嚴重。針對渾水槽沖刷下切嚴重情況，于2011—2013年在渾水槽內修建了35道防沖墻，防沖墻的修建對渾水河槽的固床、保護右岸堤防和中隔墻起到了很大的作用[3]。

工程運行幾年來，每年主汛期險情依然不斷，造成渾水槽內的35道防沖墻及右岸堤防沖刷嚴重，20#防沖墻被完全沖毀、21#防沖墻出現(xiàn)局部位移，所有防沖墻末端均出現(xiàn)下切深沖坑，急需進行除險加固方能正常運行。

2 工程地質條件

嘉峪關市地處祁連山北麓的戈壁平原地帶，三面環(huán)山，總體地勢西南高，東北低。工程區(qū)屬酒泉西盆地的東部，區(qū)內分布大厚度的第四系礫卵石層，地下水類型主要為第四系孔隙性潛水，含水層為沖洪積卵(礫)石層。

河床地貌類型為單一的漫灘地形，上下游與左右岸的工程地質條件基本相同。地層巖性為第四系全新統(tǒng)(Q4al-pl)沖洪積砂礫卵石層，厚15～20m，結構稍密-中密；下伏第四系中上更新統(tǒng)砂礫卵石層，構成討賴河河床基底，總厚度大于150m。砂礫卵石層滲透系數(shù)7.08×10-2cm/s，屬強透水性，臨界水力比降0.27，允許滲透比降0.13。承載力建議值300～350kPa。

工程區(qū)地震烈度為Ⅶ度。

3 工程病險問題分析

討賴河河道微彎，河床寬淺，以側向侵蝕和沖刷破壞為主。

渾水河槽位于河道右岸，槽寬56～87m，渾水槽左側為中隔墻，右側為右岸堤防。由于5年一遇的洪水217m3/s被約束在56～87m寬的渾水河槽內，且河道比降達11‰，渾水河槽內洪水量大流急，主流左右游蕩不定；加之河道內推移質較多，河床砂卵石結構松散，汛期洪水流速大，攜帶大量泥沙，其沖刷破壞能力強，使渾水槽局部淤積、局部沖刷嚴重，如圖1所示。

圖1 進口副壩下游

為了避免渾水河槽持續(xù)沖刷下切危及右岸堤防、中隔墻及左側生態(tài)蓄水區(qū)安全，從2011年起，先后設置了格賓籠石柔性防沖結構、防沖墻和防洪墩等防沖消能設施。但防沖墻后都會因為水流回旋淘刷破壞，河床局部嚴重下切，危及堤基和墻基安全[4]。

2016年7月上旬和8月中旬，河道發(fā)生4次較大洪水，4次洪水流量均大于217m3/s，最大流量達到300m3/s，洪水均由渾水河槽通過，主流左右游蕩不定，造成渾水槽內防沖墻及右岸堤防沖刷嚴重。20#防沖墻被完全沖毀、21#防沖墻出現(xiàn)局部位移，35道防沖墻末端均出現(xiàn)下切深沖坑，沖坑深0.9～3.9m，橫向寬5～40m，縱向長3～9.5m，危及防沖墻的穩(wěn)定和基礎安全。

經過幾年的運行觀測，每年汛期，渾水河槽均出現(xiàn)險情，防沖墻后均不同程度會出現(xiàn)深沖坑，若不進行防沖加固，渾水河槽可能持續(xù)下切，成為影響河道行洪的安全隱患，影響討賴河水生態(tài)治理工程的整體安全運行[5]?？偨Y工程運行以來的險情規(guī)律，對渾水河槽現(xiàn)有的防沖設施進行全面綜合的防沖加固刻不容緩。

4 防沖加固工程設計

4.1 加固標準

渾水河槽原設計泄洪標準為5年一遇217m3/s。根據渾水槽斷面，按照洪水流量217、250、300、350m3/s，分別進行過流能力分析，根據洪水位與中隔墻、堤防頂高程對比，渾水槽最大安全過流能力為300m3/s。

按照工程運行以來的渾水河槽汛期的泄洪情況，渾水河槽防沖加固標準確定為300m3/s。

4.2 加固措施研究

首先對6.5km大比降河段布設35道防沖墻的合理性進行復核，分析認為，討賴河河道比降雖然陡，洪水流速大，但河槽內防沖墻布置間距約200m，間距已較小，不適合再增設防沖墻，35道防沖墻的布置是合理的[6]，重點以對現(xiàn)狀河槽內的工程設施進行防沖加固為主。

針對渾水河槽進口副壩消能海漫水毀情況、35道防沖墻不同程度沖刷破壞情況，以及中隔墻末端沖刷情況，分別研究確定防沖加固方案及措施。對渾水河槽進行疏浚平整，規(guī)整河床；對進口副壩消能海漫水毀段進行重建[7]；對35道防沖墻視情況分別采取增設消能墩、增設斜坡式防沖墻及柔性格賓籠石結構進行加固，對已水毀的20#防沖墻進行重建；對渾水河槽左側中隔墻末端增設防沖加固措施。通過綜合性的加固措施，確保渾水河槽汛期防沖安全，確保整個生態(tài)治理工程安全運行。

4.3 渾水河槽疏浚平整

針對河槽內分布雜亂的沖刷坑和淤積體，對河床推移質堆積物進行平整清理和疏浚河床，疏浚比降按河道比降11‰控制；同時，對河床松散層采用振動碾碾壓，夯實密度不小于0.7，以加大其抗沖能力。

4.4 防沖墻除險加固

針對35道防沖墻具體情況，分別采取加固及重建2種措施。

4.4.1加固設計

(1)對33道墻身完好和1處墻身局部發(fā)生位移的防沖墻進行防沖加固。在現(xiàn)有34道防沖墻下游增設1∶2斜坡式C20埋石砼防沖墻[8]，墻厚50cm，保護已建防沖墻，同時減少水流回旋沖刷破壞墻基，如圖2所示。

圖2 斜坡式防沖加固(單位：mm)

(2)結合河道走向及沖刷實測資料，對處于頂沖段及沖刷嚴重的9道防沖墻進行復式加固。在現(xiàn)有防沖墻上游再增設20m長的消力墩防沖結構，削弱洪水沖擊力，進一步減少洪水沖刷破壞。

新建消力墩防沖結構長20m，采用現(xiàn)澆C35鋼筋砼結構，抗凍等級F200。消力墩底板厚400mm，上游齒墻深入底板以下1.6m，下游齒墻深入底板以下1m[9]；消力墩為梯形斷面，上游面直立，下游面1∶0.5，高1m，頂寬500mm，底寬1m，垂直水流橫向寬度1.5m，縱向間距3m，橫向間距1.5m，縱橫向交錯布置。

(3)鑒于末端防沖墻的特殊性，為進一步確保末端防沖刷安全，防沖墻末端采用格賓籠石鋪蓋防沖，格賓籠石共布置3層，單層高度為1.0m，順水流方向長度如圖3所示，然后在格賓籠石表層設邊長1m的預制砼塊。

圖3 防沖墻末端鋪蓋(單位：mm)

4.4.2重建設計

對已經水毀傾倒的20#防沖墻進行恢復重建，如圖4所示。拆除已經倒塌的防沖墻，在原址上游新建20m長消力墩防沖結構，下游新建1∶2斜坡式防沖墻，在削弱洪水沖擊力的同時減少沖坑水流回旋沖刷破壞，提高防沖墻的抗沖刷能力。

圖4 恢復重建20#防沖墻(單位：mm)

4.5 進口副壩加固

進口副壩消能海漫水毀，消能設施需加強。設計對水毀的海漫段采取重建，并在重建的海漫段增設消力墩防沖結構。

4.6 中隔墻末端防沖加固設計

在中隔墻末端10m范圍內，采用格賓籠石鋪蓋防沖，格賓籠石共布置2層，單層厚1.0m，如圖5所示。中隔墻渾水槽側與末端防沖墻防護相連，蓄水槽側自中隔墻末端向上游砌護4m。

圖5 中隔墻末端防沖加(單位：mm)

4.7 結構縫設計

新建的消力墩底板每12m設一道伸縮縫，斜坡式防沖墻每10m設一道伸縮縫，縫寬20mm，縫內填充聚氯乙烯閉孔泡沫板；消力墩底板、防沖墻以及斜坡式的伸縮縫應交錯布置，避免上下游結構通縫銜接對基礎抗掏刷不利。

5 結論

(1)針對渾水河槽防沖設施出現(xiàn)的具體問題，通過綜合性的防沖加固措施，提高了渾水槽的抗沖刷能力，有效地減輕了洪水下切，穩(wěn)定了河槽。渾水河槽加固工程實施運行以來運行平穩(wěn)，汛期防沖安全問題得到了徹底解決。

(2)副壩消力墩防沖結構運行工況良好，在削弱洪水沖擊力進行消能的同時，推移質也很少堆積，比較適宜布設在推移質粒徑較小而比降較大的河床。

(3)根據多次沖刷加固實踐經驗，總結分析認為該加固方案是可行的。但是未結合河道特點進行水工模型試驗，加固方案的合理性有待進一步探究。

(4)本文對大比降河槽防沖設施的綜合性加固完善措施，對類似工程具有借鑒性。