惠州大堤治理工程护坡防护形式选择.pdf

115云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-06-01 作者简介：吴创涛（1991-），男，广东揭阳人，工程师，主要从事水利工程运行管理工作。惠州大堤治理工程护坡防护形式选择吴创涛（惠州市惠州大堤北堤管理中心，广东惠州516000）摘要：针对惠州大堤治理工程中的护坡防护形式选择进行研究。针对惠州大堤北堤岸坡的现状及存在的安全隐患，根据北堤堤防现状情况及规划安排，此次项目岸坡修复堤段范围为东起北堤长湖段，沿东江右岸顺江而下，西止东江大桥上游段，堤线全长共14.3km，对该堤段范围内岸坡防护形式选择进行研究。旨在对现状坍塌及不稳定岸坡进行修复加固，达到稳定岸坡、消除安全隐患的效果，为北堤防洪度汛和环境景观提升提供安全保障。关键词：惠州大堤；治理工程；护坡防护中国分类号：TV871 文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)03-0115-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.029Selection of Slope Protection Forms for Huizhou Embankment Treatment ProjectWU Chuangtao(Huizhou Embankment North Embankment Management Center,Huizhou 516000,China)Abstract：This paper studies the selection of slope protection forms in Huizhou Embankment treatment project.In response to the current situation and safety hazards of the north embankment slope of Huizhou Embankment,and based on the current situation and planning arrangements of the north embankment,the scope of the bank slope repair embankment section of this project is from the long lake section of the north embankment in the east,downstream along the right bank of the Dongjiang River,and ending at the upstream section of the Dongjiang Bridge in the west.The total length of the embankment line is 14.3km.The selection of bank slope protection forms within this embankment section is studied.It aims to repair and reinforce the current collapsed and unstable bank slopes,achieve the effect of stabilizing the bank slopes and eliminating safety hazards,and provide safety guarantees for flood control and environmental landscape improvement of North Embankment.Keywords：Huizhou Embankment;treatment project;slope protection0引言枫树坝水电站于 1973 年 9 月下闸蓄水，同年12 月发电，电站装机容量 28104 kW。水库控制东江上游流域面积 5 150 km2，约占东江流域面积的 15%，水库总库容 19.6108 m3，属年调节水库；新丰江水库位于新丰江出口附近，水库坝址距河源市约 6 km，于 1959 年 10 月建成，坝址以上流域面积 5 734 km2，水库总库容 139108 m3，该水库具有多年调节性能；白盆珠水库位于西枝江干流上游惠东县双金村附近，1984 年 9 月下闸蓄水，坝址以上流域面积 856 km2，水库总库容12.2108 m3。3 座水库总控制面积为 11 740 km2，有利于下游梯级的开发利用，对航运、灌溉、供水起了有利的作用1。1工程概况二十世纪八十年代，由于多期的航道整治，使大堤所处的东江右岸变成主航道，致使主流偏于右岸。进入九十年代后，下游建筑取沙使河床普遍下切，博罗站目前已下切 2 m 以上，形成深槽逼岸，迎流顶冲的态势，对右岸的大堤稳定与安全已构成威胁2。部分堤段堤脚外为主河道，基本无滩地保护，堤脚易受江水冲刷。根据现场116云南水力发电2024 年第 3 期调研情况，土体受水流、风浪（或船行波）侵蚀淘刷，表层土出现剥落，岸线渐进性破坏，岸线逐步后退，此次整治堤段存在多处塌岸现象。岸坡坍塌严重威胁堤防工程安全，且由于现场游玩群众较多，存在较大安全隐患3。2区域稳定性评价惠州地区已建及在建的大型水利水电工程有天堂山水库、白盆珠水库、惠州抽水蓄能电站、惠州剑潭水利枢纽工程。以博罗县龙华镇北堤村章蔚潭治理工程位置距惠州抽水蓄能电站较近，根据收集到这些工程有关区域稳定性调查、研究、评价的资料，该工程所在区域新构造运动不强烈，主要断裂活动性小4。据地震资料，1970 年以前，该区只在惠州附近发生震级 ML 为 4.0 4.9 的地震 1 次，自19701992 年，震级 ML 3 级的地震没有发生。在 2006 年 12 月受台湾地震的影响，该区波及发生微震，震级 3 级5。根据 SL 203-97水工建筑物抗震设计规范、GB 18306-2015中国地震动力参数区划图、GB 50011-2010建筑抗震设计规范（2016 版），拟建场地处在抗震设防烈度 6 度区内，地震设计分组为第一组，设计基本地震加速度为 0.05g，按最不利组合，估算覆盖层等效剪切波速 Vse 150 m/s，场地土类型为软弱土，根据邻区经验及此次勘察结果，估算场地覆盖层厚度在 2.70 7.00 m间，场地为类场地，设计特征周期为 0.35 s。综上所述及结合 NB/T 35098-2017水电工程区域构造稳定性勘察规程评价该区域稳定性好。2.1岸坡稳定性分类评价根据 SL 188-2005堤防工程地质勘察规程岸坡工程地质条件分类。依据岸坡岩（土）抗冲刷能力与历史险情等进行综合分析，并按下述原则进行岸坡稳定性分类。1）治理河段大部分组成岸坡的土体主要为冲积粉质黏土、冲积粉砂层，抗冲刷能力差，岸坡存在的主要问题为河岸迎流顶冲与危害性较小的小规模浅层脱坡式崩岸或坍岸问题，属于稳定性较差岸坡6。2）局部河段坡体由岩石组成，顺坡向软弱结构与软弱夹层不发育，自然状态下岩质岸坡稳定状态良好，属于基本稳定岸坡。依据上述分类原则，治理河段岸坡地质条件分类见表 1。表 1治理河段岸坡工程地质条件分类表河段岸坡地质结构岸坡分类地质评价治理河段填土/粉质黏土稳定性较差岸坡土质岸坡，土体抗冲刷能力较差，部分河段发生过小体积浅表部崩坍岸问题，危害性小。属于稳定性较差岸坡2.2护坡型式选择2.2.1方案一：浆砌块石护坡抛石护岸方案一采用浆砌块石护坡和抛石护岸的形式来进行护坡工程。具体施工步骤如下。浆砌块石护坡：在迎水面上，首先采用 M7.5的砂浆进行砌筑。砌石的厚度为 35 cm，并在底部设置厚度为 10 cm 的碎石垫层。垫层底部铺设 1 层300 g/m2的土工布，以增强护坡结构的稳定性。在抛石护岸的施工中，首先需要将混凝土摊平，确保表面平整。然后，将石头摆放到混凝土上，以形成护岸的结构。在摆放石头时，需要仔细清理石头上的杂物和尘土，确保石头的外观整洁，摆放整齐，以达到美观的效果。对于木质沉床框格，其尺寸一般为2 m2 m。在框格内，需要摆放粒径为 10 20 cm 的卵石。在摆放石头时，要确保石头的粒径均匀，以保持整体的稳定性和均衡性。这样可以有效地抵御水流冲刷，保护护岸的完整性。而对于鱼草砖的施工，采用错缝砌筑的方式。不同层之间使用玻璃纤维进行固定，以增强砖块的结构稳定性。这种施工方式可以有效地固定砖块，使其在水流冲击下不易移动，从而增强护岸的抵御能力。通过抛石护岸的施工，可以形成坚固耐用的护岸结构，有效地保护河岸或水域边坡，减少水流的冲刷和侵蚀。同时，合理布置石头和采用适当的固定方式，还可以营造出美观的护岸景观，提升周边环境的品质7。通过采用浆砌块石护坡和抛石护岸的方案，可以有效地保护堤坡免受水流侵蚀和冲刷的影响。同时，施工步骤相对简单，人工操作即可完成。这种护坡形式在维护方面也相对便捷。117吴创涛惠州大堤治理工程护坡防护形式选择2.2.2方案二：生态网垫护坡方案二采用生态网垫护坡的形式来进行护坡工程。具体施工步骤如下。护坡材料：在迎水面上，采用厚度为 35 cm的生态网垫进行护坡。网垫下铺设厚度为 10 cm 的碎石垫层，以增加护坡结构的稳定性。生态网垫的施工可以通过使用吊机进行整体吊运和安装，适用于水上和水下施工环境。施工前需要根据设计要求进行削坡和整平铺设面，然后铺设土工布。接下来，组装生态网垫并进行填充料施工。最后，使用 8 t 汽车吊进行吊装和安放。在进行网格绑扎时，需要确保网格与网身呈90 相交，并使用与网线相同材质的钢丝进行双股线绑扎绞紧。填充料的选择必须符合设计要求的规格和质量，并且在填充过程中要均匀地向同一组网格内填料。在进行封盖操作时，需要先进行面层石料的砌垒和整平，然后进行封盖。封盖网与网身、间隔网间的相交边框线必须每隔25 cm进行1道绑扎，以确保封盖的牢固性。同时，所有相邻的网垫组的封盖框线与边框线也要进行绑扎，以保持整体的稳定性和连贯性。通过采用生态网垫护坡的方案，可以全面支护堤坡，确保边坡的稳定性。生态网垫技术结合了综合工程力学、土壤学和生态学等知识，使流域水体建立起新的生态系统8。2.2.3方案三：生态混凝土护坡方案三采用生态混凝土护坡的形式进行护坡工程。具体施工步骤如下。护坡材料方面，针对迎水面采用了生态混凝土作为护坡的主要材料。生态混凝土的厚度为 15 cm，并通过混凝土框格进行固定，每 30 m 为 1 个单元，以确保护坡的稳定性和持久性。在生态混凝土的表层铺设上，选择了 10 cm厚的种植土层。这一层的主要目的是增加护坡的绿化效果。可以根据实际情况选择移植草皮或者撒播草籽，以使护坡在生态环境中更加融合，增强其生态功能。通过采用生态混凝土护坡的方案，可以实现边坡的稳定和生态环境的改善。生态混凝土具有良好的抗冲刷和抗渗透性能，能够有效地保护边坡不受水流侵蚀。同时可增加护坡绿化度，提升景观效果。通过采用生态混凝土和适当种植土层，能够有效保护护坡结构，减少土壤侵蚀，提高植被覆盖率，并且为周边环境提供更好的生态效益。综合比较 3 种护坡方案的具体优势和特点见表 2。该表详细评估了各方案的综合性能，包括护坡厚度、固定方式、绿化效果等方面，以便进行方案选择和决策。表 23 种护坡方案综合比较表方案方案一方案二方案三护坡形式浆砌块石护坡抛石护岸生态网垫护坡生态混凝土护坡单价/（元/m2）115130145抗冲流速/（m/s）455技术优势投资适中，施工相对简单，维护方便生态性好，施工简单，抗冲刷效果好生态性好，抗冲刷效果好技术劣势基本不能绿化，生态性及景观效果较差施工难度稍大、投资大、后期坡面植物易退化投资略大，国内运用较少是否选用否是否结合各方案的技术优势和劣势，可得出以上的表格。根据具体工程要求、投资预算和生态要求，可以选择方案二作为护坡防护的最佳选择，因为该方案具有生态性好、施工简单和抗冲刷效果好的优势。方案一投资适中，施工相对简单，但生态性及景观效果较差；方案三投资略大，且国内运用较少。根据工程的实际情况和要求，可综合考虑各方案的特点和优势，选择最适合的护坡防护形式。3方案设计生态网垫护坡是 1 种采用特制砌块构建的护坡结构，主要由砌块、土工格栅和回填土组成。该护坡结构利用砌块形成的横缝和竖缝，使土体中的泥水从护坡背面进入，并通过砌块的支承坡和脊顶阻挡泥水的溢流，实现了自挡土的功能。因此，生态网垫护坡具有反滤效果，通常不需要额外设置反滤措施。在砌筑过程中形成的竖缝和外斜缝构成了生态孔洞结构，使植物的根部能够扎根于墙背的土体中9。生态网垫护坡的迎水面坡比为 1 0.17，仰斜角为10。护坡的下部采用C15埋石混凝土护坡，高度为 1.4 m，顶部宽度为 0.5 m，迎水面和背水面的坡比均为 1：0.2，墙趾和墙踵的宽度均为 0.3 m。底部还设置了 0.1 m 厚的 C15 素混凝土垫层。在砌118云南水力发电2024 年第 3 期表 3工程设计技术参数建议值表土层序号土层名称承载力特征值/kPa重度/（kN/m3）压缩模量 Es/MPa内摩擦角 q/黏聚力 Cq/kPa渗透系数 k/（cm/s）淤泥粉质黏土10017.03.08.09.03.610-5 1粉质黏土15018.04.013.08.03.610-6 1全风化岩35019.0/17.035.09.310-5 2强风化岩60021.0/6.010-4表 4桩基础设计岩（土）参数建议值表层号岩土名称钻（冲、旋挖）孔桩桩侧摩阻力特征值的经验值 qsa/kPa钻（冲、旋挖）孔桩桩端阻力特征值的经验值 qpa/kPaL 15L 15 1淤泥质土10/2粉质黏土25/1全风化岩40600800 2强风化岩808001 000块后铺设了土工格栅，采用了PP单向土工格栅（100 kN/m），格栅入土长度为 2.6 m（总长 3 m）。墙后的回填土采用岸坡开挖料，并进行了压实，压实度达到 0.91 以上。为了达到绿化效果，在堤防施工完成后，在墙面上种植了螂蟆菊。3.1稳定计算1）悬臂墙稳定计算公式：被动土压力计算公式：P=1/2H2Ka；主动土压力计算公式：P=1/2H2Kp；地震土压力计算公式：P=HaKa。2）基础底部水平力计算公式：切割阻力计算公式：F=cBL；拉拔阻力计算公式：F=N。3）边坡稳定计算公式：坡体稳定系数计算公式：Fs=cN+tanN；动力稳定系数计算公式：Fs=（cN+tanN）I。式中：P 土压力；土的体积密度；H 土体高度；Ka 和 Kp 土的活动系数；a 地震加速度；c 土的黏聚力；B基础底部的宽度；L 墙的长度；F 水平力；N 正应力；抗拉强度；有效正应力；土的内摩擦角；Fs 稳定系数；I 动力影响系数。3.1.1基础资料工程区域地震烈度为度，不进行抗震计算。根据地质报告和此次设计的情况，岸坡分别选取典型断面进行稳定计算。计算所取土料物理力学指标见表 3、表 4。3.1.2计算工况及方法根据地质情况，此次稳定计算取岸坡最不利断面（桩号 Z0+123.08）进行计算，稳定计算分析采用北京理正深基坑 7.5 支护结构设计软件进行稳定分析，计算断面见图 1。图 1稳定计算断面稳定计算应考虑岸坡运行中出现的各种不利条件，则此次稳定计算工况：外侧水位深度为 0.8 m（桩顶高程 12 m 至常水位 11.20 m）。3.2计算成果此次采用岸坡实测的最不利断面进行稳定计算，采用瑞典条分法求岸坡整体稳定最小安全系（下转第 121 页）备注：根据 DBJ 15-31-2016建筑地基基础设计规范进行取值。121赖宇宁郑屋脚堤防工程防洪墙加固方案比选分析表 1防洪墙加固方案比较表比选指标方案一方案二加固效果比选 能够解决挡墙渗水问题 实现原挡墙防渗效果和稳定性施工情况比选临时工程土方填筑量小，但施工安全性较低施工方便，但混凝土面板搭架困难，施工期可能延长投资比选需要根据同等估算单价和条件进行比较需要根据同等估算单价和条件进行比较2 种方案在加固效果、施工情况和投资等方面有不同的优劣势。方案一能够解决挡墙渗水问题，但施工安全性较低；方案二实现了原挡墙的防渗效果和稳定性，但施工期可能会延长。在投资方面，方案一较小。4结束语通过以上的比选分析，可以得出以下结论：方案一在工程量、工程占地和工程投资等方面相对较小，可以有效解决原有防洪墙渗漏的问题；而方案二虽然施工占地和工程投资较大，但能够从防渗和结构两个层面对防洪墙进行加固，具有出色的除险效果。综合考虑各个因素后，决定采用方案二来实施原防洪墙的应急抢险措施。方案二具备更全面的加固效果，可以从防渗和结构 2 个方面对防洪墙进行加固，确保其在抗洪过程中的稳定性和可靠性。尽管方案二的施工占地和工程投资相对较大，但考虑到抢险的紧急性和除险效果的重要性，该方案被认为是最合适的选择。参考文献：1 王青，翟丽丽.山东省黄河滩区村台防洪提升工程探析J.水利规划与设计，2019，（7）：103-105.2 王振宇.生态堤防设计原则及问题分析J.水利规划与设计，2018，（11）：20-22.3 王云飞.小甸子防洪区堤防整治设计及滲透加固分析J.水利规划与设计，2018，（8）：128-130.4 邵大明，杨春旗，董雪，等.浅谈某堤防工程中堤型的选用J.水利技术监督，2018，（5）：208-210.5 张圆圆，曹先玉，王青.生态景观河道综合治理规划探析：以黄垒河治理为例J.水利规划与设计，2019，（8）：16-21.（上接第 118 页）数。经计算，整体稳定和抗倾覆稳定最小安全系数均大于规范要求值，计算成果见表 5。表 5稳定计算最小安全系数结果表计算断面计算工况整体稳定验算抗倾覆稳定验算岸坡最不利断面外侧水位深度为 0.8 m（桩顶高程 12 m 至常水位11.20 m）计算结果规范规定最小值计算结果规范规定最小值2.201.301.431.204结束语通过对惠州大堤北堤岸坡的现状分析，提出了修复方案，旨在保障岸坡的稳定性和安全性。在实施护坡防护工程时，应综合考虑水流冲刷、风浪侵蚀等因素，选择适当的护坡形式。通过此次治理工程的实施，可以有效减少岸坡的退缩和陡坡的形成，保护大堤的完整性和安全性。在今后的工程建设中，应进一步加强对岸坡的监测和维护，以确保工程的长期稳定性和可持续性发展。参考文献：1 王长明，李辉，王慧玲，等.浅析淮干王临段工程防护一体化型式生态护坡设计J.治淮，2022，（12）：34-37.2 李镏钰.西干线沿线边坡生态防护与治理技术的应用J.现代园艺，2022，45（4）：170-172.3 尹祯昌.云南某膨胀土地基路堤滑坡治理研究J.城市道桥与防洪，2021，（6）：60-63+13-14.4 武治远.构峪河综合治理工程中堤岸防护型式方案比选研究J.地下水，2021，43（3）：295-296+298.5 刘启翔.清泥河流域综合治理工程护坡防护形式选择J.陕西水利，2020，（9）：75-77.6 张光辉.边坡工程生态防护护坡效果评价研究 J.建筑技术开发，2022，49（10）：145-147.7 党海平，杨东启，杨杰.框格梁生态护坡在河道整治工程边坡防护中应用J.云南水力发电，2021，37（12）：167-169.8 郭雯娟.水利工程护坡生态化技术J.河南水利与南水北调，2019，48（4）：9-10.9 张丽，岳绍玉，薛静.河流植被护坡的防护机理研究与分析J.河南水利与南水北调，2017，（1）：84+88.