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摘要:河流是城市的命脉,也是城市文明的体现。但随着经济社会的快速发展,河道在开发利用过程中重建设、轻保护,以致河流生态被破坏,并加大了防洪风险。在河道整治过程中河堤岸坡的设计是重要环节,本文对此进行探讨。
关键词:防洪河堤;岸坡;设计;应用
水能载舟,亦能覆舟。人类生产、生活都离不开水,但洪水也会给人类带来巨大的生命财产损失,因而人们筑堤以防洪水,修坡以维持岸线的稳定。过去,人们对河堤岸坡防洪方面的功能考虑更多一些。随着社会经济的发展,人们对环境、精神文化方面的需求不断提升,河堤岸坡除了要承担防洪功能以外,在生态、景观方面也有了新的要求,这就给河堤岸坡的设计工作赋予了更多新的内涵。因此,本文对防洪河堤岸坡设计与应用进行了探讨。
1 防洪河堤岸坡的设计
1.1 防洪标准与设计堤高的确定
堤防的防洪标准取决于防护对象。按照《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)规定,堤防的防洪标准以重现期表示分为1~5级,对应的重现期为10年到100年以上。根据防护对象的重要程度,《防洪标准》(GB 50201-2014)将防护等级分为Ⅰ~Ⅳ级,对应的重现期为20年到200年以上。实际上,以防洪标准表示堤防的设防标准比较抽象,发生一次特大洪水就会改变数据,但这种方法也有计算方法成熟、容易掌握的特点,所以在河堤设计中广为采用。利用防洪标准推求设计洪水,可通过对历史洪水、暴雨的调查考证洪水的重现期。例如根据上一次洪水留下的水位痕迹计算对应的洪峰流量,再由实测的洪水位推算各河段水面纵坡,以此了解各河段的泄洪能力。根据实测河道断面、洪水位、水面纵坡类比河道粗糙系数。通过调整水面纵坡使水流流态平稳,并重新确定各河段断面尺寸,以此为依据从下游向上游推算各断面的设计洪水位[1]。在设计洪水位基础上再加上波浪爬高和安全超高即可确定设计堤高。
1.2 常见堤型与选择
从断面上看,堤型有直立式、斜坡式、直斜平台混合式等。过去,人们只注重河道的行洪能力以及护岸的抗冲刷能力,所以河道断面结构单一,以直立式为主,有明显的渠化迹象。渠化结构将水生态系统与陆地生态系统隔离开,河道中的生物、微生物、水生植物难以生存,以致河流丧失了自净能力。因此,堤型不宜选择直立式,可考虑采用斜坡式或直斜平台混合式。原来直立式的矩形断面,可考虑常水位以下保持干砌石的矩形断面,常水位以上采用碎石堆成斜坡,还可以考虑增加河岸绿化景观带。斜坡式断面呈梯形,施工简单,占地面积小,护坡上可考虑设置亲水平台,并种植植物,以提升美感。也可以采用复式断面或双层断面。前者断面积大,行洪能力强,一般无需设立高的堤岸。后者适合人口和经济有一定基础区域,枯水期下层断面露出水面,可布置透水性人行道和可水生的草坪;丰水期下层断面被淹没,利用上层河堤防洪减灾。复式断面是目前不少地区喜欢采用的形式,一般由土堤与混凝土或浆砌石挡墙结合而成,但其占地较多,增加投资费用,为此可采用扶壁式挡土墙与土堤结合形式,可减少占地[2]。
1.3 生态护岸形式与选择
传统护岸采用硬化不透水工艺,破坏了水生生物、水生植物的生存环境,而生态护岸充分考虑河道水环境、水安全、水景观、水资源等多方面需求,除具有传统护岸防洪、抗涝、蓄水、保持水土等功能以外,还具有景观、生态、环保、亲水、娱乐、休闲等功能[3],其外部形态丰富,河道蜿蜒曲折,景观错落有致。主要形式有石笼护岸、土工材料护岸、生态袋护岸、生态混凝土块护岸、植草砖护岸、连锁混凝土块护岸等。选择生态护岸形式可从生态性、景观性、亲水性、施工性、投资性等方面综合考虑[4]。例如三维植被网护坡施工速度快、工期短、造价低,但是抗冲刷性较差,不能长期泡水使用;格宾石笼护坡牢固、耐用、抗冲刷,施工简单,但造价较高;生态袋护坡施工简单,管理方便,易于植物生长,但人工成本高,造价高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果对工期、造价有要求,希望快速达到景观效果,可选择三维植被网护坡;如果环境复杂,又要快速出景观效果,且对造价没有特别要求,可选择生态袋护坡;对抗冲刷性、造价、景观、耐用性有综合要求,可选择格宾石笼护坡。
2 防洪河堤岸坡设计应用
2.1 河堤防洪设计
防洪河堤设计的首要任务自然是防洪设计。某段河堤,防洪标准为30年一遇,规划堤距21~30m。采用多种方法确定洪峰流量,3.3%暴雨频率时为177m3/s,2%暴雨频率时为204m3/s。河床比降为14.6‰。以梯形断面、明渠均匀流计算洪水水深为3.1~3.8m。汛期最大风速为17m/s,计算波浪爬高为0.48m,风壅增水高度为0.003m,安全超高取0.5m,由此算出堤顶超高0.983m,取值1.0m,确定河堤高度为4.8m。
2.2 河堤断面形式设计
河道岸线以生态自然为主基调,在满足水利功能基础上,突出岸线的自然性、生态性、亲水性和景观性,并在不改变河段原有走向的前提下,通过局部改造改善河道的过流能力。河道断面采用二到三级阶梯布局,第1级平台按常水位布置,汛期漫过该平台,以增大行洪断面,第2级平台按30年一遇洪水位布置。再根据沿岸地形条件,在合适位置的一、二级平台之间增加一级平台,用于健身、广场等用途。三级平台之间通过缓坡道连接,并在缓坡上种植景观植物。为了增强护岸防冲刷效果,可根据不同河段流速变化,采用多种护坡形式组合。在较低流速段,在河底到常水位0.5m位置运用生态互锁砖贴坡护岸,在常水位0.5m以上运用三维植被网护坡。在较高流速段,采用格宾石笼挡墙护岸。
2.3 河堤挡墙基础设计
河床土层中含松散的杂填土、淤泥、粉砂等软弱土层影响边坡稳定,所以岸坡需考虑支护,支护方式可采用挡土墙形式,若挡土墙无法满足抗滑、抗倾覆要求,则设置护壁桩或采用扶壁式挡土墙,并以强风化岩作为持力层。护壁桩采用钻孔灌注桩。格宾石笼挡墙基础采用粒径10~30cm卵石或块石填充。挤淤时抛填50cm厚片石,并在挤淤后铺填20cm厚中粗砂,再在上面铺设400g/m2土工布。浆砌石挡墙采用片石铺砌。生态袋碎石基础采用2~5cm碎石,装袋率不小于70%。
2.4 河堤断面结构设计
护脚采用格宾石笼挡墙结构,以宽1.5m、高1m的格宾石笼垒砌而成,如果有淤泥层则以抛石挤淤方式稳固。然后在坡脚上采用生态互锁砖护坡砌至第1级平台顶面,再在上面的边坡铺设三维植被网,同时在边坡上进行景观绿化,既美化了边坡,又防止水土流失。在有些河段采用干砌石防止冲刷,在岸线曲折的河段采用生态袋护坡,有些因场地限制不便放坡的部位采用格宾石笼挡墙护坡至第1级平台顶面。土边坡应分层碾压,压实系数不低于0.93。生态互锁砖采用长×宽×高=404mm×302mm×100mm规格的砖,铺设前土坡面上设置一层透水的土工布,铺设后砖面空隙率大于20%,纵向以C20混凝土齿墙断开。生态袋以全钉或两顺方式错缝垒放,并且防护高度超过1.5m应加土工格栅增强。三维植被网采用厚度不小于16mm、面重不低于430g/m2的规格,搭接宽度10cm;采用锚固钢筋固定,锚筋间距2.0m,周边筋距加密;顶部采用埋压沟固定,坡脚埋入平台土中。格宾石笼挡墙填充10~30cm卵石或块石,外露侧应设置加强筋,墙背回填碎石土,并分层碾压。格宾石笼护坡要求同格宾石笼挡墙,与土坡接触面应铺设一层土工布。
2.5 河堤岸坡稳定性计算
河堤岸坡稳定性计算可采用《理正岩土系列软件》分析计算,其中计算方法可采用瑞典圆弧滑动法,并以最不利典型断面进行整体稳定分析。结果表明,在不同工况下典型断面抗滑稳定性满足《城市防洪工程设计规范》(GB/T 50805-2012)的要求。
2.6 河堤岸坡设计效果分析
本文所采用的设计方法具有技术先进、绿色生态、景观效果好的特点,凸显河畅、岸绿、景美的目标要求。
3 结语
河道整治效果很大程度上取决于设计质量,在当前加快生态文明建设的大背景下,河道整治不仅要重视防洪、抗涝问题,还要发挥出提升城市生态质量、美化区域环境的作用,因此设计人员应当关注生态护岸的设计方法和实践应用,为打造美丽的城市增光添彩。
参考文献:
[1] 秦江. 沙雅河护岸工程防洪堤设计洪水位的确定[J]. 水利科技与经济,2016,22(4):27-28.
[2] 叶凯敏,武永新,杨伟超. 南渡江龙塘段复合断面防洪堤结构特性分析[J]. 水电能源科学,2016,34(8):115-119.
[3] 杨天祥. 丹东市景观护岸设计与评价[J]. 东北水利水电,2017(4):28-29.
[4] 焦江涛,赵瑞波. 雅安市严桥河生态防洪堤设计[J]. 水利规划与设计,2016(7):97-100.
论文作者:刘文超,张枝阳
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签:护岸论文; 断面论文; 河堤论文; 护坡论文; 石笼论文; 生态论文; 河道论文; 《防护工程》2018年第1期论文;