一种新的生态垂直护岸方式在山洪灾害重点防治区工程治理中的应用研究

陈文熙

(1.辽宁省河库管理服务中心，辽宁 沈阳 110003;2.辽宁省水文局，辽宁 沈阳 110003)

山洪沟工程治理主要是对山洪沟进行工程护岸，提高山洪沟的防洪标准。当前，在山洪沟治理护岸的方式主要采用干砌石、浆砌石以及土工模袋混凝土面板的方式进行坡式护岸[1- 6]，这种护岸的优点在于施工简单方便，但缺点在于稳定性差且生态性能差。当前，生态工程治理已逐渐成为山洪沟治理的主要原则，为此需要对山洪沟治理方式进行转变，对其进行生态综合治理。近些年来，双绞格网石笼的护岸方式在河道生态治理中得到应用[7- 10]，这种方式稳定性好且可满足生态环境要求，但在山洪沟护岸治理中还未进行相关应用，为此，本文提出一种新的双绞格网石笼的垂直护岸方式，并以辽宁营口地区的安平山洪沟为研究工程实例，分析该方式具体操作流程和相关参数。

1 方案对比及优选

(1)直立式浆砌块石。这种方式为传统的护岸方式，属于刚性防护，这种方式虽然抗击水流冲刷能力较强，其护岸形式也较为美观，且能够使得河道有效宽度得到充分发挥，但这种护岸方式下，工程前期投资以及后期维护保养的费用较高，且受到区域地基形式的影响，不能满足区域生态治理的要求。

(2)立式混凝土空箱。这是一种新的护岸形式，采用标号为140的混凝土进行空箱的预制，再采用标号为80的水泥砂浆进行浇筑，空箱内用实土进行填充。综合考虑运输和浇筑的实际情况，空箱预制体积不宜过大。这种护岸形式外观十分美观，稳定性较高，且浇筑较为便利，工程造价较低，对于石料较为丰富的地区具有较好的适用性，但是这种护岸形式下水泥用量较大，容易受到冻融膨胀的影响，在后期运行的费用也较高。

(3)双绞格网石笼。这种护岸方式属于柔性防护，对于不均匀冻胀的地基具有较好的适应性优点，且对水流冲刷具有较强的抗击能力，可以对山洪沟护岸进行有效防护，使得土壤产生快速沉积，使得防护区域内的植被生长加速，不对河流生态产生影响，同时这种方式下的材料价格较低，在施工时受气候干扰的程度小，施工便利，并能在水下进行作业，受水流腐蚀性弱，防护周期长。

综合对比以上护岸形式的优缺点，考虑到山洪沟生态治理的要求，选用双绞格网石笼的生态垂直护岸形式作为山洪沟生态治理的护岸方式。

2 工程实例研究

2.1 防洪现状

工程整治河段全长为10.122+7.5+0.854+3.8km，平均比降为5.31‰。河道较宽，两岸有堤防能够满足20a一遇洪水标准。各河段防洪现状如图1所示。

图1 区域防洪现状

2.2 垂直护岸主要工程形式

本次护岸工程对于农田段，岸坡没有任何工程措施，并且岸坡植被较少的河段，采用生态护岸形式。生态护岸边坡为河道清障后的边坡1∶2，在岸坡及岸上种植适于当地生长的杞柳以及撒草籽，既保证了河道岸坡稳定，又能够满足生态型河道的建设。杞柳的种植间距为1m，每坑种植两株。各段护岸形式见表1。

2.3 垂直护岸纵向设计参数设定

该段河道护岸工程主要有石笼护脚及生态护岸形式。对于石笼护脚段，主要位于该段河道的农村段(Z0+517～Z1+678右岸)，岸坡树木较多，主要为了保护岸后的村庄，避免山洪较大时冲造成塌岸等现象。该段设计护脚平台顶高程为设计河底以上1m，设计护脚高程为设计河底高程。对于生态护岸形式，由于该段河道岸坡及岸上树木较少，岸后主要为耕地和果园，考虑到河道清障后汛期岸坡稳定及河道生态建设的需求，故对河道Z0+000～Z0+130左岸岸、Z0+517～Z1+6782左岸以及Z0+000～Z0+130右岸采取生物护岸形式。设计河岸高程为现状河岸高程。详情见表2。

表1 生态护岸工程基本情况

2.4 垂直护岸设计指标确定

(1)护顶宽度及高程确定。护顶宽度表示从护岸坡的顶部按照河岸垂直方向进行延伸，延伸到对岸的长度较为护顶宽度，为对护岸工程进行稳定性设计，避免水流从岸顶淘刷岸坡，使护坡与河岸滩应牢固紧密结合。按照有关要求，护岸宽度取0.5～1.0m。工程设计护岸顶部宽度为1.0m。

(2)护岸边坡的确定。根据地质勘察报告，岸坡岩性表层多为种植壤土，下层多为粗砂或者砂砾，有刚性护坡时，砂土开挖边坡稳定坡度为1∶1～1∶1.75，综合考虑岸体整体稳定性以及设计河道的宽度，护坡边坡设计为1∶2.0，护坡长度自设计河底高程起至河岸设计岸顶高程的位置。

表2 安平河南2支护岸工程纵向设计参数

(3)护脚深度确定。根据水文提供各水文断面的平均流速值，采用GB 50286—2013《堤防设计规范》冲刷深度进行计算，冲刷计算结果见表3。

表3 局部冲刷深度计算成果

2.5 垂直护岸稳定性分析

垂直护岸采用双绞格网石笼挡墙及迎水面采用M10砂浆砌筑重力式挡土墙，墙顶高程根据设计墙顶高程确定。稳定计算仅从挡土墙的地基应力、水平滑动稳定性、倾覆稳定性及整体稳定性4个方面来论述。计算均以基础底面为控制面，计算中包括坝体和护脚工程整体的稳定性。

通过以上算式对典型断面X0+195(墙体最高)及X0+534和Y0+763及Z1+370断面进行计算，计算参数和结果见表4—5。由计算成果显示在不同工况下挡土墙的抗滑及抗倾稳定系数均大于允许值，基础底部所能承受的最大应力应该小于地基所能允许承受的压力，且最大值和最小值的比例应小于2.0。综上所述，浆砌石挡墙护岸和双绞格网石笼垂直护岸工程稳定，断面设计合理。

3 实施效果分析

(1)经济效果。研究实施以后，提高了安平河的行洪能力，保障了两岸村民的财产安全，避免了一遇到洪水，洪水淹没村庄和耕地的情况，减少了洪涝灾害造成的经济损失。同时河道进行整体规划设计之后，更是改变了农村的生产生活环境，对农村的经济发展等起到了促进的作用，经济效益显著。

(2)生态效果分析。由于山洪沟河流加速了水流的汇流时间和速度，使得区域内山洪灾害的频率增加，对区域两岸的生态环境产生一定程度的破坏。在山洪沟生态综合治理后，结合工程治理措施和生态环境措施，使得汛期山洪灾害的程度减弱，流域生物栖息地环境得到明显改善，地下水涵养程度得到提高，区域小气候环境得到不同程度的改善，满足了山洪沟生态综合治理的总体要求。当地的水生态环境得到明显改善，人水和谐度得到提高，人与生态和谐程度进一步增强，生态效果较为显著，工程生态综合治理效果如图2所示。

表4 垂直护岸稳定计算物理参数

表5 垂直护岸稳定计算成果

图2 实施效果后评价

4 结论

(1)生态垂直护岸方式下，不同工况下挡土墙的抗滑及抗倾稳定系数均大于允许值，最大基底压应力应小于地基允许承载力，且挡土墙基底应力的最大值与最小值之比在基本组合时不应大于2.0。

(2)新的生态垂直护岸方式对变形要求较高的承力结构和对防渗要求较高的结构适用性本文还未进行深入讨论，在以后的研究应予以关注。