六股河小蛇山至藥王廟段護(hù)岸工程設(shè)計綜述

李奕韜

(遼寧省葫蘆島市興城市水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 興城 125100)

1 概 述

六股河小蛇山至藥王廟段以險工治理、岸坎防護(hù)為主的防洪治理工程，在興城市蛇山村、賈河沿村、東小寨村附近河段新建險工護(hù)岸工程，在興城市牛彥章村等村屯附近河段新建岸坡防護(hù)工程，防止土地沖兌，保護(hù)沿線村屯和耕地。工程共布置護(hù)岸工程3處，工程總長9.675km。其中險工護(hù)岸工程2處，小蛇山險工護(hù)岸3.141km，賈河沿-東小寨險工護(hù)岸2.269km，險工護(hù)岸工程總長度5.41km；岸坡防護(hù)工程1處，藥王廟-牛彥章護(hù)岸4.265km，岸坡防護(hù)工程總長度4.265km。

2 工程設(shè)計

治理河段沿線實際情況，河寬較寬、邊坡明顯，確定本工程采用坡式護(hù)岸型式。坡式護(hù)岸為平順護(hù)岸，修建后將順應(yīng)河勢，使主流平順。常見坡式護(hù)岸型式主要為漿砌石、干砌石、混凝土板及石籠防護(hù)等[1-3]。其各護(hù)岸型式技術(shù)特點比選見表1。

表1 護(hù)岸型式技術(shù)特點比選表

漿砌石防護(hù)、干砌石防護(hù)、混凝土板防護(hù)、石籠防護(hù)各護(hù)岸型式均選取1∶2.0邊坡、6.0m坡面長度進(jìn)行每延米造價比選，各方案每延米造價比選成果見表2。

表2 各方案每延米工程量造價比較表

通過以上各方案的比較情況來看，石籠防護(hù)不易造成跨度倒塌、斷裂等破壞，對地基要求小。生態(tài)效應(yīng)好、透水性好，易施工并且投資??；混凝土防護(hù)整體鋼性好，工程耐久性高，但工程造價高，對基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求較高，由于局部凍脹、不均勻沉降，同時不能與生態(tài)措施相結(jié)合，影響工程整體美觀性；漿砌石防護(hù)，整體鋼性好，造價相對不高，但對基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求較高，由于局部凍脹、不均勻沉降，后期維修加固較困難；干砌石防護(hù)工程造價低，但易發(fā)生垮塌，對施工技術(shù)水平有較高要求。

考慮到本段河道沿線均為農(nóng)村，兩岸大部分為耕地，考慮經(jīng)濟(jì)合理性，資金最大化收益，綜合以上方面，確定工程險工護(hù)岸工程、岸坡防護(hù)工程防護(hù)型式選擇石籠防護(hù)型式(綠濱墊護(hù)坡、固濱籠護(hù)腳)。

3 護(hù)岸工程設(shè)計

3.1 護(hù)岸工程縱向設(shè)計

3.1.1 設(shè)計護(hù)岸頂高程確定

設(shè)計護(hù)岸頂高程以現(xiàn)狀岸坎頂高程的平均高趨勢線確定護(hù)岸頂高程。

3.1.2 設(shè)計護(hù)岸腳高程確定

設(shè)計護(hù)岸腳高程以現(xiàn)狀岸坎腳高程的平均低趨勢線確定護(hù)岸腳高程。

3.1.3 設(shè)計護(hù)腳底高程(設(shè)計護(hù)岸腳高程減去埋深)

設(shè)計護(hù)腳底高程參照河道主槽深泓距離護(hù)岸腳線的位置，并參考河道演變情況，將現(xiàn)狀擬建護(hù)岸位置劃分為①深泓近岸段及②寬灘段兩種類別。兩種類別以不同工況控制設(shè)計護(hù)腳底高程。

1)深泓近岸段：以設(shè)計護(hù)岸腳高程減去計算主槽沖刷深初擬，再用主槽深泓點復(fù)核，兩種工況的最深點為設(shè)計護(hù)腳底高程的控制工況。

2)寬灘段：以設(shè)計護(hù)岸腳高程減去計算沖刷深控制。

3.2 護(hù)岸工程橫向邊界條件設(shè)計

3.2.1 設(shè)計坡比

根據(jù)六股河已建工程及葫蘆島地區(qū)已建工程經(jīng)驗，參照前階段可研設(shè)計，本次護(hù)岸設(shè)計坡比仍采用1∶2.0。

3.2.2 上壓頂長度

設(shè)計各段護(hù)岸均為漫水護(hù)岸，洪水期間坡頂行洪、退水。因此上壓頂長度采用灘地沖刷深控制。上壓頂長度≥3倍灘地沖刷深，最小長度滿足構(gòu)造要求設(shè)0.5m。

3.3 各段護(hù)岸標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計

3.3.1 險工護(hù)岸工程

險工護(hù)岸工程2段，小蛇山險工護(hù)岸3.141km，賈河沿-東小寨險工護(hù)岸2.269km，險工護(hù)岸工程總長度5.41km。結(jié)構(gòu)形式為結(jié)合固賓籠腳防護(hù)，設(shè)計護(hù)岸坡比1∶2.0[4]。

固濱籠護(hù)腳背水側(cè)鋪設(shè)400g/m2的土工布，固濱籠網(wǎng)箱最大高度1.0m，最大長度(垂直水流方向)2.0m，最大寬度(順?biāo)鞣较?1.0m，順?biāo)鞣较蛎?.5m設(shè)一隔片。

3.3.2 岸坡防護(hù)工程

岸坡防護(hù)工程1段，藥王廟-牛彥章護(hù)岸4.265km，岸坡防護(hù)工程總長度4.265km。結(jié)構(gòu)形式為結(jié)合固賓籠腳防護(hù)，設(shè)計護(hù)岸坡比1∶2.0[5]。

根據(jù)綠濱墊厚度計算成果及遼寧西部地區(qū)3000km2以上大中型河流治理經(jīng)驗，本次設(shè)計坡面及壓頂厚度0.4m，下設(shè)15cm碎石墊層、400g/m2土工布。綠濱墊坡面部分網(wǎng)箱最大長度6.0m，最大寬度2.0m，長度方向每1.0m設(shè)一隔片。綠濱墊壓頂部分網(wǎng)箱最大長度6.0m，最大寬度2.0m，長度方向每2.0m設(shè)一隔片。

固濱籠護(hù)腳背水側(cè)鋪設(shè)400g/m2的土工布，固濱籠網(wǎng)箱最大高度1.0m，垂直水流方向最大長度2.0m，順?biāo)鞣较蜃畲髮挾葹?.0m，順?biāo)鞣较蛎?.5m設(shè)一隔片。

4 設(shè)計計算

4.1 沖刷深度計算

治理河段為六股河下游河段，河道主槽彎段較多，河槽近岸處，形成主流兌岸，對河岸及岸后堤防造成危害。本次護(hù)腳沖刷深計算，主要考慮護(hù)腳處沖刷深度高程與近岸河槽深泓點高程兩個因素，進(jìn)行綜合比選，合理選取確定護(hù)腳設(shè)計底高程。

根據(jù)水面線成果分析得出，護(hù)岸工程各斷面設(shè)計水位均高于當(dāng)前堤頂，當(dāng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生時，岸頂防護(hù)寬度應(yīng)滿足岸頂處沖刷深度要求。本次岸頂部寬度的確定應(yīng)按設(shè)計水位條件下，根據(jù)岸頂相應(yīng)水深、流速等邊界條件分析計算岸頂處沖刷深度。計算分別選取主槽、河灘兩處的設(shè)計流速、設(shè)計水深、相關(guān)土層地勘參數(shù)等要素進(jìn)行分析計算。

4.1.1 行進(jìn)流速選取

采用本次設(shè)計水面線大斷面位置的左岸灘地及主槽流速，選取各段對應(yīng)計算行進(jìn)流速的最大值作為計算采用值，計算結(jié)果將偏于安全，結(jié)果見表3。

表3 各段護(hù)岸行進(jìn)流速分析采用表

4.1.2 床沙中值粒徑選取

根據(jù)地勘成果分析得出，小蛇山護(hù)岸、賈河沿-東小寨護(hù)岸、藥王廟-牛彥章護(hù)岸為砂質(zhì)河床選用長江學(xué)院公式計算[6-7]，選取各段對應(yīng)沖刷基面中值粒徑最小值作為計算采用值，計算結(jié)果將偏于安全，結(jié)果見表4。

表4 各段護(hù)岸河床中值粒徑分析采用表

各段、各位置沖刷計算采用的主要參數(shù)匯總見表5。

表5 各段、各位置沖刷計算采用的主要參數(shù)匯總表

沖刷深度計算結(jié)果見表6。

表6 各段、各位置沖刷深度計算結(jié)果表

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，各段三倍灘地沖刷深度在0.00m-1.87m之間，本次設(shè)計設(shè)計護(hù)岸壓頂長度在0.50m至2.00m；各段主槽沖刷深度在1.50m至1.83m之間，本次設(shè)計初擬主槽護(hù)腳設(shè)計埋深1.50m至2.00m，后續(xù)將深泓近岸段進(jìn)行深泓點比較，選擇最低點作為設(shè)計埋深高程。

4.2 護(hù)坡粒徑、厚度、坡面穩(wěn)定計算

4.2.1 平均粒徑Dm計算：

(1)

式中：Dm為填石的中值粒徑；SO為粒徑安全系數(shù)；CS為填石穩(wěn)定系數(shù)；CV為流速分布系數(shù)；d為流速V處局部水深，m；γS為填石的重度，kN/m3；γwγw為水的重度，kN/m3；V為斷面平均流速，m/s；g為重力加速度；K1為邊坡修正因子。

計算成果見表7。

表7 各段護(hù)岸綠濱墊填石平均粒徑計算表

經(jīng)計算成果綜合比較，填石平均粒徑在0.07m-0.17m之間，計算最大值Dm=0.17m。本次設(shè)計護(hù)坡綠濱墊填石中值粒徑≥17cm，表層填石粒徑≥20cm較為合理。

4.2.2綠濱墊厚度

t=2.0Dm

(2)

式中：t為綠濱墊的最小厚度。

經(jīng)計算，綠濱墊最小厚度為0.34m。設(shè)計結(jié)合工程實際情況和工程經(jīng)驗，平順護(hù)岸綠濱墊厚度取0.4m。

4.2.3 護(hù)坡坡面穩(wěn)定計算

剪切力τb的計算公式：

τb=γwid

(3)

式中：d為斷面平均水深，m；i為河床坡降，取2.4‰。

岸坡剪切力τm按下式計算：

τm=0.75τb

(4)

臨界剪切力τc計算公式：

τc=C(γS-γW)Dm

(5)

式中：Dm為移動填石中值粒徑；C為防護(hù)系數(shù)。

岸坡臨界剪切力τs按下式計算：

(6)

式中：θ為河岸與水平線的夾角。

計算成果詳見表8。

表8 各段護(hù)岸綠濱墊護(hù)坡坡面穩(wěn)定計算表

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，τb≤1.2τc，且τm≤1.2τs，滿足抗沖刷穩(wěn)定要求。

4.3 邊坡抗滑穩(wěn)定計算

4.3.1 計算工況

計算只考慮正常工況，岸坡穩(wěn)定性計算考慮以下2個條件：①設(shè)計洪水位下穩(wěn)定滲流期間岸坡的防滑穩(wěn)定性；②設(shè)計洪水位突然下降期間岸坡的防滑穩(wěn)定性[8-10]。

4.3.2 穩(wěn)定計算相關(guān)原則

由于工程地震烈度<Ⅵ度，因此，不考慮地震工況。此次邊坡抗滑穩(wěn)定采用北京理正軟件設(shè)計研究院有限公司的《理正巖土軟件》進(jìn)行計算。六股河各段護(hù)岸工程級別為4級，相應(yīng)的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)見表9。

表9 抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)表

4.3.3 典型斷面選取

岸坡穩(wěn)定計算采用賈河沿-東小寨護(hù)岸HbK0+637斷面作為典型斷面。

4.3.4 計算邊界條件

賈河沿-東小寨護(hù)岸HbK0+637斷面處地質(zhì)情況為上層中砂含有少量礫石，層厚2.6m，下層為礫石層厚2.9-5m，設(shè)計水位10.37m，土料物理力學(xué)指標(biāo)見表10。

表10 護(hù)岸土料物理力學(xué)指標(biāo)表

5 結(jié) 語

修建險工護(hù)岸及河道主槽護(hù)岸工程，保護(hù)險工段以及土地沖兌較重河岸段防洪安全。通過實施護(hù)岸工程，保護(hù)已建堤防安全，防止土地沖兌，保護(hù)河道沿線村民的生命財產(chǎn)安全，進(jìn)而推進(jìn)六股河興城市沿線各村屯的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時保護(hù)河道自然形態(tài)，創(chuàng)建防洪安全、景色怡人、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的宜居鄉(xiāng)村。