单 穗 南
(杭州水利水电勘测设计院有限公司，浙江 杭州 310000)
1 工程概况
浦阳江二期工程中局部河段为凹岸段，流速较大，坡脚现状多冲沟，最深处陡坡高度大于4 m。根据历年浦阳江凹岸冲刷严重段外侧抛石效果及其他类似工程经验，该类堤段防冲问题较突出。本次设计对凹岸现状存在冲沟、冲刷严重段进行防冲方案比选。
2 冲刷深度计算
按GB 50286—2013堤防工程设计规范，水流平行于岸坡产生的冲刷可按下式计算：
其中，hB为局部冲刷深度，m；H0为冲刷处的水深,m；Ucp为近岸垂线平均流速,m/s；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取n=1/4～1/6；η为河床面上允许不冲流速，m/s。
取各段平均最大流速进行防冲计算，以最大流速3.22 m/s，经计算，设计河床以下岸坡最大冲刷深度1.23 m。
3 方案比选
考虑本工程存在凹岸现状无滩地且现状冲沟较深段，根据历年浦阳江凹岸冲刷严重段外侧抛石效果及其他类似工程经验，该类堤段防冲问题较突出。本次设计对凹岸现状存在冲沟、冲刷严重段进行防冲方案比选。
方案一：常水位以下采用浆砌块石护坡+塘渣回填+1.5 m深防冲大方脚+外侧3 m范围内抛石防冲。该方案优点：施工简单方便，抛石埋于河床，防冲效果好。缺点是堤防断面大，迎水坡坡面较长，浆砌块石护面较长，塘渣填筑量较多，施工需设置施工围堰，施工周期长，施工期无水情况下边坡存在较大安全隐患，见图1。
方案二：灌砌石重力式挡墙+松木桩+外侧3 m范围内抛石防冲。考虑凹岸冲沟冲刷的严重性，根据类似工程估算在洪水期该类断面流速为普通断面流速的1.5倍～2.0倍，经初步估算，河床以上的防冲抛石粒径须达到0.4 m以上，单块抛石重量在200 kg以上，抛石表面大块石需进行理砌处理。考虑该类断面现状坡度较陡，施工期现状边坡稳定存在安全隐患，故该方案常水位以下采用灌砌石重力式挡墙，下设松木桩，减少施工期对现状边坡的扰动。该方案优点：减少了堤防断面体积与迎水坡护面，堤防施工先进行外侧抛石至非汛期低水位，可不设置围堰。缺点是：灌砌石重力式挡墙部分基础位于抛石体上，后期对抛石冲刷过程中易造成挡墙失稳；抛石设于河床之上，抛石石料要求较高且体量较多，备料较困难，抗冲效果一般，并需经常维护，见图2。
方案三：预制混凝土U型板桩防冲+灌砌石重力式挡墙。该方案在堤脚外侧插打U型板桩，桩顶浇筑钢筋混凝土帽梁锁定，形成堤前防护墙，后接斜坡。
该方案优点：U型板桩可采用船上施工，外侧无需抛石，施工简单且无需设置围堰，板桩埋深较深，防冲效果最佳，永久性最好，且维护工程量较小。缺点是：U型板桩投资较大，板桩无法进入圆砾层或基岩，对土层要求较高，见图3。
方案四：双排灌注桩+预制桩防冲+灌砌石重力式挡墙。双排桩分为前排桩和后排桩，临水侧的前排桩为连续桩(为减少投资，分主、副桩，主桩为钢筋混凝土灌注桩，间距为1.5 m；副桩为预制方桩，在主桩之间设置两根30 cm×30 cm的预制方桩，密排布置)，背水侧的后排桩(为节省桩工程量只设主桩)为间隔桩，间距3.0 m。桩顶设置灌砌石重力式挡墙，灌注桩及预制桩深入底板10 cm。本方案既为临时支护工程，又作永久支护+防冲结构。
该方案优点：外侧无需抛石，且无需设置围堰；双排桩既为临时支护工程，又作永久支护+防冲结构；整体刚度大，抗变形能力较强，水平位移量小，安全系数较高；防冲效果最佳，永久性最好(与板桩相同)，且维护工程量较小。缺点是投资大，灌注桩需要搭设临时排架进行施工，施工相对较复杂，见图4。
凹岸防冲方案比选见表1。
表1 凹岸防冲方案比选表
考虑凹岸段洪水期流速较大，冲刷较严重，堤脚一旦出现冲刷问题，很可能导致边坡失稳，堤防决堤，造成严重后果。经比选后，方案一施工期无水时边坡存在安全隐患，方案二防冲效果一般且后期挡墙易失稳，方案三与方案四防冲效果均最佳，永久性均最好，方案三较方案四投资小，但方案三无法进入圆砾层，且板桩处理深度有一定的限制，故本次设计从安全角度出发，对现状冲刷问题较突出且基础无圆砾层段，采用防冲性能最佳、永久性最好的混凝土U型板桩进行防冲设计。对于局部洪水期流速较大冲刷严重段，现状冲沟深度大于3 m，单排桩结构较双排桩刚度小，水平位移较大，很难满足结构稳定要求，且基底圆砾层埋深较浅，板桩无法进入圆砾层，故对该类堤防采用整体刚度大，抗变形能力较强，水平位移量小，安全系数较高的双排灌注桩+预制桩防冲设计。
参考文献:
[1] GB 50286—2013，堤防工程设计规范[S].
[2] JGJ 94—2008，建筑桩基技术规范[S].
