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摘要:随着流域防洪工程的逐步实施,洪水归槽的趋势已日渐明显,根据奉化江作为衔接干支流的中间过渡河段之特点,总结出本段堤防整治工程的重点和难点,经细致的研究分析,提出相应工程应对措施。
关键词:蜿蜒 应对措施 防渗 抗冲
前言
奉化江作为甬江主要支流,设防年代久远,沿线人文荟萃、经济发达。其中下游段堤防作为城市防洪工程,已按100年一遇标准建设完成,上游县江、剡江已全部按流域防洪要求实施完成,随着宁波市城市化建设不断加快,特别是鄞州新城区的规划建设,鄞州新城区段奉化江堤防整治势在必行。
根据所在区域的重要性和奉化江干流江道蜿蜒、坡降平缓、感潮的特点,有针对性的提出解决办法和应对措施,力求在对周边环境影响最小的情况下,提高堤防标准,满足该地区防洪要求。
1 工程基本概况
奉化江是浙江省宁波市主要河流,主源为发源于奉化市斑竹秀尖山的剡江,流经亭下、溪口、萧王庙到江口,与县江、东江汇合后始称奉化江,之后流入鄞州区,与鄞江汇合,最终在三江口与姚江汇合,形成甬江,并于宁波镇海口流入东海。奉化江主流长98公里,流域面积达2378km2,其中山区面积约占70%;奉化江上游属山溪性河流,坡陡流急,中下游为潮汐河段,潮水一般可上溯至鄞江桥、萧王庙、西坞等地。
奉化江平原段干流长26.4km,河宽130~220m,水面比降仅为0.01‰。而上游的主流剡江的河道比降为11.21‰,河宽50~220m;县江河道比降为9.4‰,河宽70~120m;东江河道比降为9.7‰,河宽20~100m;鄞江河道比降为0.48‰,河宽90~110m。
奉化江鄞州新城区段位于方桥三江口下游5.6km~15.5km处,9km河道共有8个弯段,呈S形蜿蜒向东,每遇山洪,此段水大流急,险情频现,其中尤以“狗颈塘”为最,是宁波水利史上有名的险工段。
据考证,奉化江江塘始建于唐代,宋、明、清均有大规模的修治,建国以后经全面修理加固,使奉化江沿岸全线土塘得以封闭,抵御江水洪潮,保护了两岸农田、城市、村庄的安全。自上世纪80年代以后,随着城镇的不断拓建,奉化江沿岸工矿企业的蓬勃发展,出现了江河设障、河漕填塞,行洪河道遭到缩窄甚至侵占,使得河道行洪排涝能力日渐减弱。近年来,洪涝灾害频发,给奉化江沿岸人民带来巨大损失。据记载,上世纪90年代该地区有重大洪涝灾害的记载年份分别为1992年和1997年,出现频次约5年一次,而自2000年至今已先后出现了5次重大洪涝灾害(2000年、2005年、2007年、2009年、2012年),奉化江沿岸受灾频次呈逐年递增趋势。且随着“上三江”(县江、东江、剡江)的标准堤防建设,洪水归槽势必大大提高奉化江干流水位,现有的堤防标准已明显不足,堤防防洪整治刻不容缓。
2 堤防整治工程中的重点和难点
上游来水量大,平原干流江道蜿蜒、坡降平缓、下游受潮水顶托,造成了奉化江宣泄不畅,高水位持续时间长的显著特点,据记载,本地区近年来出现的5次重大洪涝灾害均由台风暴雨引起,每次台风暴雨之后,奉化江维持高水位不退达4昼夜以上,其中2012年“海葵”台风更是达到5天以上,两岸平原渍涝难排,造成民房倒塌、农田被淹、交通中断、厂矿企业停产等严重后果,使本地区遭受重大经济损失。随着“上三江”标准堤防的建设,洪水归槽,20年一遇洪水位从目前的3.0m将抬高至4.24m,抬高1.2m,50年一遇水位抬高1.5m,维持高水位的时间也将更长,持续高水位是奉化江堤防整治过程中必须重视的问题。
堤防迎水面持续高水位会带来两个后果,一个是堤防设防高程须抬高,即加高堤防;一个是产生较大水头差,堤身浸泡时间长,土体变软,易促成漏洞的生成。在堤防建设空间受限的条件下,以上两点均对堤防稳定提出了高要求。如何在有限的宽度范围内,加高堤防,做好防渗,保证堤防自身稳定抵御外江高水位,是奉化江堤防整治的一大难点。
此外,由于地形地势原因,本段9km江道有8个河曲,迎流顶冲的凹岸,在江水的作用下,易造成岸坡和坡脚的冲蚀、淘蚀,影响岸坡稳定。根据实测地形,全段所有凹岸外侧均存在10m以上深坑,最深至20m。其中:左岸联丰村、黄隘村沿岸历年有抛石护脚记录,右岸电镀城燃气管道附近、砂场码头外,也有抛石护脚保护,而翻石渡和“狗颈塘”更是宁波水利史上有名的险工段。随着上游洪水归槽,奉化江干流入口20年一遇洪峰流量将从1480.6m3/s增大至2321.6m3/s,洪峰增大50%以上,平均流速将从目前的1.0~1.5m/s增加至2.0~3.0m/s,届时堤脚冲刷现象将更加严重,所以岸坡防冲是奉化江堤防整治过程中另一个必须重视的问题,也是难点所在。
3 应对措施
3.1持续高水位的应对措施
持续高水位需要考虑堤防加高和进行防渗处理,堤防高程根据流域防洪排涝规划确定并按《堤防工程设计规范》复核计算确定,此处不做展开,本文主要针对奉化江堤防特点进行防渗处理方案的比选和分析。
奉化江江塘自古为均质土塘,局部砌坎加固为石塘,防渗体均为粘性土,但均质土堤施工存在料源难觅,施工速度慢等弊端。奉化江鄞州新城区段堤防全长近20km,沿线表层土均为淤泥质粘土,不经固化处理无法达到堤防填筑要求,而淤泥固化成本过高,速度缓慢。若全部采用客土填筑,耗资巨大而且料源储备难以满足工程需要,所以必须优化堤防防渗体系,减少客土用量,尽量利用沿线开挖土。
随着科学技术的进步和人们不断的探索研究,在堤防防渗工程中出现了许多新材料、新技术,例如铺设防渗土工膜、混凝土截渗墙、帷幕灌浆、现浇混凝土防渗墙等,结合工程实际和城区段堤防建设中的经验,考虑在本段堤防中应用以下几种防渗型式:部分堤防地势较高,但堤身材料不满足堤防防渗要求的堤段采用开槽浇筑混凝土截渗墙型式;部分堤防断面宽度受限,土方施工困难的堤段采用钢筋砼防渗墙作垂直防渗;部分地势较低的堤段,防渗采用粘土斜墙型式,同时通过堤身采用石渣填筑来减少客土的用量,局部辅以防渗土工膜,降低前坡防渗土填筑要求,使沿线淤泥质粘土得以消化利用。 3.2岸坡防冲措施
凹岸冲刷是曲折河道的典型特征,冲刷带来的后果是河岸失稳破坏。河岸失稳破坏的过程通常是深泓逼近河岸,近岸水流直接冲蚀河岸表面土体使岸坡变陡,或者由于床面冲刷使河岸高度增加及河岸底部被水流淘空使其上部河岸失稳,河岸上一部分土块会在重力作用下发生滑动、崩塌,造成岸顶向后退却。因此,河岸崩塌的防护措施就是做好岸坡防冲设计,保护堤岸免遭水流冲击、淘蚀。
对于堤岸抗冲防护,本工程范围内的古水利“狗颈塘”,是最典型的代表和值得借鉴的成功例子。
狗颈塘位于鄞州区石碶街道北渡村东边,往西距北渡村半公里,往东距宁波老城区12.5公里,约处南塘河的中段。因其形似狗颈,故名“狗颈塘”。南面是奉化江弧型大湾头。从地图上看,该江湾与河相距最近,大有江河汇合之势。由于地处低洼地段,外遭江潮冲激,内受洪水泄排之患,《鄞县通志》称该处是最为紧要地带。据《国朝邑令周镐重筑永镇塘记》载:嘉庆十一年塘复坏,百姓不敢修筑,“询之,土人佥曰:‘此塘有妖,前县历岁蠲修,民力大困,而迄无成功,是以动色相戒莫敢再议。’”于是周公“侯潮落时细审形势,并其倾圮之状曰:‘得之矣’”。找出历次修筑无以成功的原因,以前用“丈尺之木于深渊而戴之以石,上实下虚,潮汐震撼其倾陷也”。现在应“大反所为,就其倾陷之处填以乱石,石与水平,然后加土,其上复以巨脰其两旁”。再因“塘基狭不能持久,若将断河尽实以俾,与塘镕成一片,则土力愈厚,潮虽悍无能为也”。众人认为这方法好,“于断河北岸买田凿河,即以凿出之泥填入废港,则施工易,而河道亦通”。狗颈塘能历经200多年,石塘依旧完好,与塘体本身设计科学、施工考究是分不开的。
细究“狗颈塘”的合理性,主要体现在以下三点:其一,加大墙趾埋深;其二,基础加大,保证墙体稳定;其三,扩大塘体宽度。
推而广之,针对本工程的8个重点防护堤段,根据流速分布,主要提出以下两种防护措施:一、平均流速小于2.0m/s的堤段采用深墙趾重力式岸墙型式;二、平均流速大于2.0m/s的堤段采用板桩墙型式。前者用于堤防宽度尚宽,冲刷深度小于1.5m,且外江侧满足重力式挡墙施工工作面要求的堤段,根据冲刷计算,和堤防自身稳定性需要,确定墙趾埋深。而板桩墙主要应用于堤防宽度受限,岸线临近深槽边壁,且冲刷深度较大的堤段,具体为在堤脚外插打预制板桩,桩顶浇筑钢筋砼帽梁锁定,形成堤前板桩墙。
此外,冲刷段迎水面护坡须选用耐冲材料保护,与传统的砌石护坡、连锁式预制块护坡相比,抗冲植生毯的具有耐冲、生态和造价低廉等诸多优势,因此,奉化江堤防冲刷段采用抗冲植生毯作为迎水面护坡材料。
4、结语
奉化江沿岸经济发达,征地困难,筑堤材料有限,人力成本较高。应用防渗墙、截渗墙和土工膜,是减少客土用量、充分利用开挖材料、解决防渗问题的有效途径。
师承古法,加大岸墙的基础(墙趾)埋深,采用防冲板桩墙结构,是奉化江堤防凹岸防冲的主要措施。
参考文献
[1] 缪复元 宁波城市水利泛议,成都水利,1996年第4期.
[2]毛昶熙,冯玉宝,段祥宝 堤防设计中的非稳定渗流计算,水利学报,2002年12月第12期.
[3] 余明辉 段文忠 窦身堂 河道崩岸机理研究 纪念’98抗洪十周年学术研讨会优秀文集.
[4] 徐涛 防渗技术在江堤防加固工程中的选择与应用,大科技,2011年4月.
关键词:蜿蜒 应对措施 防渗 抗冲
前言
奉化江作为甬江主要支流,设防年代久远,沿线人文荟萃、经济发达。其中下游段堤防作为城市防洪工程,已按100年一遇标准建设完成,上游县江、剡江已全部按流域防洪要求实施完成,随着宁波市城市化建设不断加快,特别是鄞州新城区的规划建设,鄞州新城区段奉化江堤防整治势在必行。
根据所在区域的重要性和奉化江干流江道蜿蜒、坡降平缓、感潮的特点,有针对性的提出解决办法和应对措施,力求在对周边环境影响最小的情况下,提高堤防标准,满足该地区防洪要求。
1 工程基本概况
奉化江是浙江省宁波市主要河流,主源为发源于奉化市斑竹秀尖山的剡江,流经亭下、溪口、萧王庙到江口,与县江、东江汇合后始称奉化江,之后流入鄞州区,与鄞江汇合,最终在三江口与姚江汇合,形成甬江,并于宁波镇海口流入东海。奉化江主流长98公里,流域面积达2378km2,其中山区面积约占70%;奉化江上游属山溪性河流,坡陡流急,中下游为潮汐河段,潮水一般可上溯至鄞江桥、萧王庙、西坞等地。
奉化江平原段干流长26.4km,河宽130~220m,水面比降仅为0.01‰。而上游的主流剡江的河道比降为11.21‰,河宽50~220m;县江河道比降为9.4‰,河宽70~120m;东江河道比降为9.7‰,河宽20~100m;鄞江河道比降为0.48‰,河宽90~110m。
奉化江鄞州新城区段位于方桥三江口下游5.6km~15.5km处,9km河道共有8个弯段,呈S形蜿蜒向东,每遇山洪,此段水大流急,险情频现,其中尤以“狗颈塘”为最,是宁波水利史上有名的险工段。
据考证,奉化江江塘始建于唐代,宋、明、清均有大规模的修治,建国以后经全面修理加固,使奉化江沿岸全线土塘得以封闭,抵御江水洪潮,保护了两岸农田、城市、村庄的安全。自上世纪80年代以后,随着城镇的不断拓建,奉化江沿岸工矿企业的蓬勃发展,出现了江河设障、河漕填塞,行洪河道遭到缩窄甚至侵占,使得河道行洪排涝能力日渐减弱。近年来,洪涝灾害频发,给奉化江沿岸人民带来巨大损失。据记载,上世纪90年代该地区有重大洪涝灾害的记载年份分别为1992年和1997年,出现频次约5年一次,而自2000年至今已先后出现了5次重大洪涝灾害(2000年、2005年、2007年、2009年、2012年),奉化江沿岸受灾频次呈逐年递增趋势。且随着“上三江”(县江、东江、剡江)的标准堤防建设,洪水归槽势必大大提高奉化江干流水位,现有的堤防标准已明显不足,堤防防洪整治刻不容缓。
2 堤防整治工程中的重点和难点
上游来水量大,平原干流江道蜿蜒、坡降平缓、下游受潮水顶托,造成了奉化江宣泄不畅,高水位持续时间长的显著特点,据记载,本地区近年来出现的5次重大洪涝灾害均由台风暴雨引起,每次台风暴雨之后,奉化江维持高水位不退达4昼夜以上,其中2012年“海葵”台风更是达到5天以上,两岸平原渍涝难排,造成民房倒塌、农田被淹、交通中断、厂矿企业停产等严重后果,使本地区遭受重大经济损失。随着“上三江”标准堤防的建设,洪水归槽,20年一遇洪水位从目前的3.0m将抬高至4.24m,抬高1.2m,50年一遇水位抬高1.5m,维持高水位的时间也将更长,持续高水位是奉化江堤防整治过程中必须重视的问题。
堤防迎水面持续高水位会带来两个后果,一个是堤防设防高程须抬高,即加高堤防;一个是产生较大水头差,堤身浸泡时间长,土体变软,易促成漏洞的生成。在堤防建设空间受限的条件下,以上两点均对堤防稳定提出了高要求。如何在有限的宽度范围内,加高堤防,做好防渗,保证堤防自身稳定抵御外江高水位,是奉化江堤防整治的一大难点。
此外,由于地形地势原因,本段9km江道有8个河曲,迎流顶冲的凹岸,在江水的作用下,易造成岸坡和坡脚的冲蚀、淘蚀,影响岸坡稳定。根据实测地形,全段所有凹岸外侧均存在10m以上深坑,最深至20m。其中:左岸联丰村、黄隘村沿岸历年有抛石护脚记录,右岸电镀城燃气管道附近、砂场码头外,也有抛石护脚保护,而翻石渡和“狗颈塘”更是宁波水利史上有名的险工段。随着上游洪水归槽,奉化江干流入口20年一遇洪峰流量将从1480.6m3/s增大至2321.6m3/s,洪峰增大50%以上,平均流速将从目前的1.0~1.5m/s增加至2.0~3.0m/s,届时堤脚冲刷现象将更加严重,所以岸坡防冲是奉化江堤防整治过程中另一个必须重视的问题,也是难点所在。
3 应对措施
3.1持续高水位的应对措施
持续高水位需要考虑堤防加高和进行防渗处理,堤防高程根据流域防洪排涝规划确定并按《堤防工程设计规范》复核计算确定,此处不做展开,本文主要针对奉化江堤防特点进行防渗处理方案的比选和分析。
奉化江江塘自古为均质土塘,局部砌坎加固为石塘,防渗体均为粘性土,但均质土堤施工存在料源难觅,施工速度慢等弊端。奉化江鄞州新城区段堤防全长近20km,沿线表层土均为淤泥质粘土,不经固化处理无法达到堤防填筑要求,而淤泥固化成本过高,速度缓慢。若全部采用客土填筑,耗资巨大而且料源储备难以满足工程需要,所以必须优化堤防防渗体系,减少客土用量,尽量利用沿线开挖土。
随着科学技术的进步和人们不断的探索研究,在堤防防渗工程中出现了许多新材料、新技术,例如铺设防渗土工膜、混凝土截渗墙、帷幕灌浆、现浇混凝土防渗墙等,结合工程实际和城区段堤防建设中的经验,考虑在本段堤防中应用以下几种防渗型式:部分堤防地势较高,但堤身材料不满足堤防防渗要求的堤段采用开槽浇筑混凝土截渗墙型式;部分堤防断面宽度受限,土方施工困难的堤段采用钢筋砼防渗墙作垂直防渗;部分地势较低的堤段,防渗采用粘土斜墙型式,同时通过堤身采用石渣填筑来减少客土的用量,局部辅以防渗土工膜,降低前坡防渗土填筑要求,使沿线淤泥质粘土得以消化利用。 3.2岸坡防冲措施
凹岸冲刷是曲折河道的典型特征,冲刷带来的后果是河岸失稳破坏。河岸失稳破坏的过程通常是深泓逼近河岸,近岸水流直接冲蚀河岸表面土体使岸坡变陡,或者由于床面冲刷使河岸高度增加及河岸底部被水流淘空使其上部河岸失稳,河岸上一部分土块会在重力作用下发生滑动、崩塌,造成岸顶向后退却。因此,河岸崩塌的防护措施就是做好岸坡防冲设计,保护堤岸免遭水流冲击、淘蚀。
对于堤岸抗冲防护,本工程范围内的古水利“狗颈塘”,是最典型的代表和值得借鉴的成功例子。
狗颈塘位于鄞州区石碶街道北渡村东边,往西距北渡村半公里,往东距宁波老城区12.5公里,约处南塘河的中段。因其形似狗颈,故名“狗颈塘”。南面是奉化江弧型大湾头。从地图上看,该江湾与河相距最近,大有江河汇合之势。由于地处低洼地段,外遭江潮冲激,内受洪水泄排之患,《鄞县通志》称该处是最为紧要地带。据《国朝邑令周镐重筑永镇塘记》载:嘉庆十一年塘复坏,百姓不敢修筑,“询之,土人佥曰:‘此塘有妖,前县历岁蠲修,民力大困,而迄无成功,是以动色相戒莫敢再议。’”于是周公“侯潮落时细审形势,并其倾圮之状曰:‘得之矣’”。找出历次修筑无以成功的原因,以前用“丈尺之木于深渊而戴之以石,上实下虚,潮汐震撼其倾陷也”。现在应“大反所为,就其倾陷之处填以乱石,石与水平,然后加土,其上复以巨脰其两旁”。再因“塘基狭不能持久,若将断河尽实以俾,与塘镕成一片,则土力愈厚,潮虽悍无能为也”。众人认为这方法好,“于断河北岸买田凿河,即以凿出之泥填入废港,则施工易,而河道亦通”。狗颈塘能历经200多年,石塘依旧完好,与塘体本身设计科学、施工考究是分不开的。
细究“狗颈塘”的合理性,主要体现在以下三点:其一,加大墙趾埋深;其二,基础加大,保证墙体稳定;其三,扩大塘体宽度。
推而广之,针对本工程的8个重点防护堤段,根据流速分布,主要提出以下两种防护措施:一、平均流速小于2.0m/s的堤段采用深墙趾重力式岸墙型式;二、平均流速大于2.0m/s的堤段采用板桩墙型式。前者用于堤防宽度尚宽,冲刷深度小于1.5m,且外江侧满足重力式挡墙施工工作面要求的堤段,根据冲刷计算,和堤防自身稳定性需要,确定墙趾埋深。而板桩墙主要应用于堤防宽度受限,岸线临近深槽边壁,且冲刷深度较大的堤段,具体为在堤脚外插打预制板桩,桩顶浇筑钢筋砼帽梁锁定,形成堤前板桩墙。
此外,冲刷段迎水面护坡须选用耐冲材料保护,与传统的砌石护坡、连锁式预制块护坡相比,抗冲植生毯的具有耐冲、生态和造价低廉等诸多优势,因此,奉化江堤防冲刷段采用抗冲植生毯作为迎水面护坡材料。
4、结语
奉化江沿岸经济发达,征地困难,筑堤材料有限,人力成本较高。应用防渗墙、截渗墙和土工膜,是减少客土用量、充分利用开挖材料、解决防渗问题的有效途径。
师承古法,加大岸墙的基础(墙趾)埋深,采用防冲板桩墙结构,是奉化江堤防凹岸防冲的主要措施。
参考文献
[1] 缪复元 宁波城市水利泛议,成都水利,1996年第4期.
[2]毛昶熙,冯玉宝,段祥宝 堤防设计中的非稳定渗流计算,水利学报,2002年12月第12期.
[3] 余明辉 段文忠 窦身堂 河道崩岸机理研究 纪念’98抗洪十周年学术研讨会优秀文集.
[4] 徐涛 防渗技术在江堤防加固工程中的选择与应用,大科技,2011年4月.