河道开挖料砂卵石筑堤在牛肚溪治理工程中的应用

河道开挖料砂卵石筑堤在牛肚溪治理工程中的应用

宋小兵1易琴2邓健1

1.广东省水利水电科学研究院广东广州510635；2.中国葛洲坝集团第六工程有限公司湖北宜昌443002

摘要：河道治理要求越来越生态和自然。同时，就地取材也是堤防设计施工中的重要原则。广东英德市牛肚溪山区河道缺少筑堤黏土料，利用河床砂卵石筑堤，迎水坡用雷诺护垫、堤脚用铅丝石笼等生态效果良好的工艺处理，施工速度快，利用河床料节约投资，生态景观良好，经验可供类似工程参考。

关键词：砂卵石筑堤；生态修复；山区河道

1山区小型河道牛肚溪的特点

牛肚溪位于广东英德市沙口镇，发源雪山嶂、滑水山等高山来水，流经沙口镇成片农田，最后汇入北江。牛肚溪集雨面积64km2，河长20.2km，河底比降13.2‰，河宽25~45m，河床为卵石夹砂。牛肚溪河道短，比降陡，河床松散，汛期高水历时短、水流冲刷力强，为典型山区河道。中游河段为游荡河道经常出现冲毁农田、改道。河道危害主要如下：

（1）砂堤质量差，标准低：堤防未经治理，现堤防为河床料直接堆成，仅能抵御2~3年一遇的洪水。

（2）地质条件差，河槽游荡：中下游河床经勘察为深厚砂卵石层，上游和中游均坡降大；地势决定了上中游主流经常游荡、弯道多变，顶冲形成险工段，河势极不稳定。

（3）砂堤抗冲能力差，无防洪体系：流域属剥蚀侵蚀浅切割宽谷低山丘陵地貌，附近缺少可用黏土料，取土困难；汛期水流速度大，砂卵石堤自身抗冲能力不足，淘空、垮塌严重。许多地段无堤，有堤段也无堤防淘刷、无风浪护面冲蚀控制措施。砂堤难以控制流量大水流急洪水，严重威胁两岸安全。

2材料方案选择

牛肚溪堤防治理级别为5级，防洪标准为10年一遇。根据危害程度，确定中下游为本次治理段，中游筑堤，下游清淤为主。治理工程需重新规划岸线，老堤加固，新建部分堤防，形成连续围闭。

堤防从筑堤材料上分为土、土石混合、砂堤、砌石及混凝土堤等。石堤、混凝土堤造价高，主要用于用地紧张情况，不适合山区等工程。从堤型又分为倾斜式、直立型及混合复合断面。参照工程经验，堤坝设计顶宽3.0m，堤坝高度为4.0m，迎水坡1：2.0，背水坡1：1.5。按统计，填筑土方总需6万m3，而河床砂卵料10万m3清淤需外运。若用粘土筑堤，首先在当地无粘土料，如外购，成本极高，并占用农田取土从经济政策上都不可取。河床开挖需弃土的砂卵石料丰富，就地利用河床中的砂卵石直接筑堤是本工程节省投资、资源利用的有效途径。

3筑堤设计要点

砂砾堤主要由渗透破坏和水流冲刷侵蚀破坏引起。其中冲刷破坏又分：水流淘刷堤脚，冲刷迎水面等破坏。防渗反滤、堤脚防淘刷和迎水坡面层防冲是牛肚溪砂石堤防设计的关键。

图1牛肚溪砂砾石堤典型断面图

3.1堤基堤身防渗设计

牛肚溪河道基础为沙砾层，厚度5~10m，粒径约0.30-11cm。在河道范围内分布广，分选性差。砂、鹅卵石、大块砾石混杂，夹有少量沙壤土混合，具有较强的渗透性和较弱的抗冲刷能力。堤基、堤身渗透系数为1.0×10-1~1.0×10-2cm/s，属强透水性[1]。

1、地基防渗

堤基防渗主要有堤前水平防渗、堤中垂直防渗和堤后压土三种方案。由于牛肚溪河床为砂砾，侵蚀和淤积的变化很大，在堤坝前进行防渗是不可靠的。用防渗墙等垂直防渗，不经济，又影响低水时两岸地下水的消退，可能形成内涝等新问题。因此，最好的解决方案是在堤坝的背水侧后坡设置适当的排水渗压土，即在背水堤坡后堤脚设排渗减压或压土平台。堤后设压土平台方案，特别适合抽吸江河泥沙方便有大量沉积物的河流。牛肚溪有大量的河床料可以利用，该工程非常适合使用堤后压土平台方案。

2、堤身防渗

复合土工膜防渗技术已有非常多成功案列在堤防施工中的应用[2]。土工膜面层防渗技术施工工艺简单，施工迅速，成本低，防渗效果好，非常适合河道堤坝防渗使用。

3.2堤脚淘刷防护

牛肚溪采用砂砾石筑堤，迎水面抗冲刷能力弱，为防止堤脚淘空、迎水面坡冲毁导致堤防失稳，必须构建完整的护脚护面冲蚀防护体系。

1、堤脚防淘刷设计

牛肚溪河道内有大料块石可以利用，以网筋包装成石笼或排垫护坡，能广泛利用河床石料，节省工程造价。使用铅丝石笼固脚防护和雷诺护垫护面防冲，是最合适和最经济的解决方案。根据堤基计算得到的冲刷深度，设计堤脚位置高度为1.5m，顶宽0.5m，底宽1.5m的铅丝石笼固脚可满足堤脚防淘刷要求。

2、砂堤护面设计

雷诺护垫是一种新型的生态环保护坡技术，具有结构的整体性、适应变形性、经济及施工快速等较多优点，较多应用于堤坡防冲刷和河床底淘刷防护，相关理论研究与设计方法亦已日趋成熟，工程实践已有较多成功应用[3]。雷诺护垫完工即可投入使用，能较好的适应基础基床的局部沉降，避免开裂、不均匀沉降等问题。牛肚溪堤防使用雷诺护面，可利用河道内砂砾石，因地制宜，可有效节约投资。雷诺垫下施工垫砂层及铺设两布一膜土工膜，雷诺垫顶部高程与堤防顶高程平齐设置。

牛肚溪堤防筑堤，利用卵砾石透水性材料堆筑成形，迎水侧采用雷诺护面防冲及土工膜防渗，设计中应用了复合土工膜、格宾石笼、雷诺护垫等新材料和新工艺，将防渗、防冲有效结合，降低了工程成本，有效加快了工程施工的速度，极大保证了施工质量。该设计贯彻了堤防设计“采用当地条件和材料的原则，结合项目的具体条件，采用安全，经济的新工艺”的原则[4]，建成后的牛肚溪堤防形成了防洪的安全屏障，生态效果显著，得到当地群众的普遍赞誉。

图2治理后的牛肚溪焕然一新

4应用情况及结语

牛肚溪整治于2016年初建成并投入使用，仅约2个月即完成施工。堤防建成后，堤防稳固、生态恢复良好。在堤防设计施工中，总结了以下经验：

1）砂卵石堤透水性大，无粘聚力，无法抗渗和防冲，必须采用有效措施形成护面冲蚀体系。

2）山区河道易改道，堤脚防冲措施有效，才能保证砂卵石筑堤稳定可靠。

3）利用河道砂卵石清淤弃土料，就地取材，筑堤避免使用黏土取土、弃土征用土地，降低施工成本，加快施工进度。

4）大量使用河道砂卵石弃土料作为堤脚固脚、堤面防护及堤身填筑材料，不仅有效节约投资，而且保护环境。

参考文献：

[1]邓健.广东英德市沙口镇牛肚溪地勘报告[R].广州：广东水科院勘测设计院.2013。

[2]李晓作.浅析土工膜在堤防工程中的应用[J].广东水利水电，2007，8：7-8。

[3]郑百强.浅谈雷诺护垫在草尾河工程边坡防护中的应用[J].广东水利水电，2010，4：54-56。

[4]堤防工程设计规范[M].北京：中国计划出版社.2013：1。

作者简介：

宋小兵（1984），男，本科，工程师，主要从事水利工程设计工作。