山区河道堤防设计探索：以松阳县河道治理工程为例

2012-01-27黄凯文方建飞

浙江水利科技 2012年4期

关键词：亲水砂砾护岸

黄凯文,方建飞

(1.浙江广川工程咨询有限公司,浙江杭州 310020;2.松阳县水利水电勘察设计所,浙江丽水 323400)

1 山区河道的特点

山区河道主要有以下几个特点:

(1)山区河道的主要功能是行洪、灌溉。

(2)日常运行时常水位低可见河底,汛期时,洪峰流量大、历时短,水位暴涨暴落。

(3)河道在平面地形上蜿蜒曲折,坡降较大。

(4)地质上,河岸土层多为砾砂,河床一般以砾石、块石或砂砾卵石等为主,防渗土料匮乏。

(5)防洪、防冲、渗透稳定等问题超过平原河道的防洪、防涝,生态景观休闲功能弱于平原河道。

2 山区河道设计的关键问题及其对策

2.1 堤线布置

天然河道断面的形成,滩地、深槽的形态和尺寸有其天然的合理性及其历史性,山区河道堤防在进行堤线布置时,首先要满足防洪排涝的功能要求,在其前提下,尽可能维持河流原有的自然形态,并保护好堤前的滩地,避免因滩地缺失而危及堤防安全。

2.2 断面型式

堤型断面结构选择应充分利用砾石、块石及砂砾卵石等当地材料,既保证防洪堤的透气透水性,防止人为隔绝河岸生物链,又可降低造价,减少工程投资,还应与上下游、左右岸护岸型式的衔接与协调,营造整体美观效果。

堤型结构兼顾保留河岸或滩地原生树木,植物措施尽量配种本土植物,为改善植物生长环境,坡面可采用覆盖客土的方法提高植物成活率,促进植物正常生长。

2.3 亲水平台高程

山区河道若没有拦水坝,日常水位都很低,甚至仅深槽、冲沟处有水,雨水期或汛期河道水位又快速上升。因此,亲水平台的高程是山区河道设计时需要重点考虑的,建议从以下几个方面着手:①河道常水位;②设计河床底高程;③3～5 a一遇防洪标准水位;④下游堰坝影响。

2.4 生态护岸措施

建设生态型河堤是现代城市河流治理的发展趋势,生态护岸的关键在于维系河岸生态系统的连续性[1]。常规的生态措施有植物措施、土工材料与植物相结合、石笼、生态袋、生态砌块等各种方式,建设时应结合山区性河道的特性,选择合适的生态护岸措施。

2.5 渗流与渗透稳定

山区性河道防洪堤基本采用当地砂砾石填筑料,其非稳定性渗流及渗透稳定问题须引起重视。在堤后地面有一定高度的情况下,一般不采取截渗的工程措施,因为一方面造价高,另一方面人为阻断了河流和地下水的相互补给,既不环保也不生态。

2.6 防洪排涝

山区性河道有各种支流,其防洪闭合圈很难实现,给防洪堤断面设计时确定经济合理的防渗、排渗设计方案带来很大难度。

3 工程实例

3.1 工程概况

松阳县河道治理工程地处浙江省松阳县松阴溪干流,松阴溪为松阳县的母亲河,松阴溪横贯松古平原,松古平原段河长29 km,自西北向东南将松古平原分割成了江南、江北两大地理区块。项目内容包括堤防加固、拦水堰坝1座,工程投资约2 300万元,其中,工程直接费用约1 600万元。于 2010年4月5日开工建设,2011年5月18日完工。

3.2 工程规模及总体布置

3.2.1 工程等别及建筑物级别

工程等别为Ⅳ等,防洪标准为20 a一遇,干流堤防等防洪主要建筑物级别为4级。根据水利计算,工程区20 a一遇设计水位为156.80～150.00m,相应洪峰流量为1 790～2 291m3/s。

3.2.2 工程总体布置

工程范围为松阴溪赤寿至三里亭段,干流河道堤防全长3 400 m,主要任务是防洪,干流河道没有航运要求。

(1)根据前期主要工作成果,项目区河道堤距最小控制宽度为160 m,工程现状堤距基本在160～185 m;工程区现状堤防经过20多年的运行,河流走向得到了有效控制,两岸已形成建设格局,按照“蓄泄兼筹以泄为主”的流域治理原则,堤线布置时尽量利用原有的堤线。

(2)由于受河道采砂影响,该工程区堤段河道中间基岩裸露处较多;根据地质资料可知,河床基岩为粉砂岩,长时间裸露空气中易风化;为保护河滩、堤脚,形成一定水面率,营造水生态效果,拟修建1座低矮堰坝。

3.3 堤防设计

3.3.1 堤防断面设计

采用灌砌块石挡墙+斜坡的方式:堤顶设4 m宽的防汛通道,接1∶1.5的斜坡至亲水平台。采用混凝土路面(厚20 cm),斜坡采用C20混凝土圈绿化护坡,亲水平台宽5 m,间隔5 m设置花坛 (矩形花坛、不规则形状花坛交错布置),亲水平台外侧设置混凝土灌砌块石挡墙,挡墙基础至中风化基岩面。

3.3.2 亲水平台高程

对于拦水坝影响范围内的堤段,亲水平台高程高于拦水坝顶0.5 m,其余堤段比设计河床高1.5 m。运行1 a多来,汛期时大部分堤段水位低于亲水平台0.3～0.5 m,局部与亲水平台持平,达到了设计的预期目的。

3.3.3 生态护岸措施

亲水平台挡墙基础位于基岩面,墙趾处一定范围内利用开挖的砂砾石回填,为野生动植物提供良好的生长环境,取得较好的效果;亲水平台以上护坡由于平时基本没有水,但汛期要经受洪水考验,因此,设计时采用混凝土圈绿化,营造 “岸绿”生态效果;对于现状已有的护岸树木,最大限度地保留现状。

3.3.4 渗流与渗透稳定

该工程河流为山区性河道,堤身主要由砂砾石料填筑而成,山区性河道洪水陡涨陡落,发生时间快,持续时间短,不会形成稳定渗流,因此主要对非稳定渗流进行计算与分析。

经计算,典型断面非稳定渗流渗透比降最大为0.18,根据工程地勘资料,砂砾石允许水力坡降J允=0.1～0.2。由于工程堤身主要由砂砾料填筑而成,级配良好,背水坡地面高程较高,设计时堤后设置了无纺布反滤层。根据有关研究,设置了反滤的砂砾石允许渗透比降可提高3倍以上,故堤身不会产生渗透破坏;从工程堤防运行管理的实际情况来看,运行30多年,未出现渗透破坏,因此设计时无需考虑堤防的防渗处理。

3.3.5 防洪排涝

该工程堤身渗透量约为0.2 m3/s,防洪堤保护区受淹范围主要为农田,面积较小,对受淹保护区的影响较小,故无需进行专门的防渗排涝设计处理。