某河道水毀修復(fù)工程護(hù)岸設(shè)計(jì)

侯 崗

（桐柏縣應(yīng)急管理局應(yīng)急服務(wù)中心，河南 桐柏 474750）

1 基本概況

1.1 地理位置

某河道屬于海河流域衛(wèi)河水系，發(fā)源于某市石包頭鄉(xiāng)花園村，經(jīng)香泉寺、田灣、彭爻、南關(guān)村、小谷駝、西南莊于甘莊東注入共產(chǎn)主義渠。河道全長(zhǎng)29 km，深山區(qū)5.50 km，總流域面積208.80 km2。該河道在山丘區(qū)河道縱坡1/40～1/110，坡陡流急。在轉(zhuǎn)彎處沖刷邊坡、河床形成積水深潭。河道現(xiàn)狀除澇標(biāo)準(zhǔn)不足3 年一遇，一遇到大規(guī)模的降水，容易形成洪澇災(zāi)害。下游有南水北調(diào)中線總干渠、京廣鐵路、107 國(guó)道、京珠高速公路等國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施和某市市區(qū)。河道的防洪安全關(guān)系著下游太公泉鎮(zhèn)、安都鄉(xiāng)、頓坊店鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)2 萬(wàn)多人0.33 萬(wàn)hm2耕地及上述國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施的防洪保安任務(wù)，位置十分重要。

1.2 項(xiàng)目水毀情況

該河道在2013 年河道治理項(xiàng)目中按照5 年一遇除澇標(biāo)準(zhǔn)治理，2021 年7 月中旬以來(lái)，某河道流域降雨超歷史極值，累計(jì)降雨量達(dá)903.30 mm。上游香泉水庫(kù)最大泄洪流量達(dá)到281 m3/s ，洪水下泄沖刷，造成河床、護(hù)岸損毀，多座橋梁損毀，交通中斷，下游河水滿溢，個(gè)別村莊被淹，河道護(hù)岸、建筑物等工程水毀嚴(yán)重。某河道水毀河段修復(fù)護(hù)岸846 m，共3 處分別位于田灣村、來(lái)灣村及塔崗干渠跨某河道渡槽附近，其中：田灣護(hù)岸長(zhǎng)280 m，來(lái)灣護(hù)岸長(zhǎng)350 m，塔崗渡槽護(hù)岸長(zhǎng)216 m。

2 護(hù)岸設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸沖刷深度計(jì)算

2.1.1 水流平行于岸坡沖刷

采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》水流平行于岸坡時(shí)產(chǎn)生的沖刷公式來(lái)計(jì)算。順壩及平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算：

式（1）中：hS—局部沖刷深度（m）；H0—沖刷處的水深（m）；Ucp—近岸垂線平均流速（m/s）；UC—泥沙的起動(dòng)流速（m/s）；n—與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n ＝1/4～1/6。

2.1.2 水流斜沖防護(hù)岸坡

采用水利計(jì)算手冊(cè)（2006 年第二版）計(jì)算公式計(jì)算：

式（2）中：Δhp—從河底算起的局部沖刷深（m）；α—水流流向與岸坡夾角（°）；m— 防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)；d—坡腳處土壤計(jì)算粒徑（cm），對(duì)非黏性土壤，取大于15%（按重量計(jì)）的篩孔直徑；對(duì)黏性土壤，取表中對(duì)應(yīng)的當(dāng)量粒徑值；Vj—水流偏斜時(shí)，水流的局部沖刷流速其計(jì)算方法為：

經(jīng)計(jì)算，某河道沖刷深度（從河床起算）最大約為1.43 m。根據(jù)最大沖刷深度確定齒墻入基礎(chǔ)深度，某河道按1.50 m 齒墻深度進(jìn)行恢復(fù)。

2.2 護(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計(jì)算

2.2.1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)構(gòu)自重：混凝土重度γ=24 kN/m3，漿砌石重度γ=23 kN/m3；填土的重度：γ= 18.44 kN/m3；填土的凝聚力：C= 18；填土的內(nèi)摩擦角：φ= 19°；地基允許承載力：中粉質(zhì)壤土［σ］=110 kPa ，卵石［σ］=300 kPa。

2.2.2 地基承載力修正

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》，公式5.2.4 對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行修正，即：

式（3）中：fa—修正后的地基承載力特征值；fak—地基承載力特征值；ηb，ηd—基礎(chǔ)寬度和埋置深度的地基承載力修正系數(shù)；γ—基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b—基礎(chǔ)底面寬度，當(dāng)基礎(chǔ)地面寬度小于3 m 時(shí)按3 m 取值，大于6 m 時(shí)按6 m 取值；γm—基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，位于地下水位以下的土層取有效重度；d—基礎(chǔ)埋置深度。

因擋墻基礎(chǔ)埋深僅0.50 m，經(jīng)修正后，中粉質(zhì)壤土地基承載力特征值仍為110 kPa，卵石地基承載力特征值仍為300 kPa。

2.2.3 地基承載力計(jì)算

式（4）中：N—作用在基底的合力的豎直分力（kN）；ΣM—作用于基底 的水平力和豎向力對(duì)基底重心軸的彎矩（kN.m）；A—基礎(chǔ)底面積（m2）；W—基礎(chǔ)底面的截面抵抗矩（m3）；［σ］—容許承載力。

根據(jù)規(guī)范要求，平均壓應(yīng)力應(yīng)小于修正后的允許值，最大壓應(yīng)力應(yīng)小于修正后允許值的1.20 倍。

2.2.4 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定按下式驗(yàn)算：

式（5）中：Kc－沿?fù)鯄酌娴目够€(wěn)定安全系數(shù)；f－擋墻基底面與地基土之間的摩擦系數(shù)，中粉質(zhì)壤土f＝0.30，卵石f＝0.40；ΣH－作用在擋墻上的全部水平向荷載（kN）；［kc］－允許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，荷載基本組合［kc］＝1.20?？拐?特殊組合［kc］＝1.05

2.2.5 抗傾穩(wěn)定計(jì)算

抗傾覆穩(wěn)定按下式驗(yàn)算：

式（6）中：K0－擋墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；ΣMV－對(duì)擋墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；ΣMH－對(duì)擋墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）；

經(jīng)計(jì)算，擋墻基底應(yīng)力、抗滑及抗傾覆穩(wěn)定均滿足設(shè)計(jì)要求。

3 修復(fù)護(hù)岸設(shè)計(jì)成果

3.1 田灣村

田灣右岸護(hù)砌總長(zhǎng)為200 m，結(jié)合工程現(xiàn)狀情況，修復(fù)分別采用仰斜式擋墻、原護(hù)坡型式恢復(fù)并增加齒墻及僅增加齒墻3 種型式。其中：渡槽下游沖毀嚴(yán)重段采用仰斜式擋墻恢復(fù)；原護(hù)坡及齒墻未被沖毀，齒墻已經(jīng)外露的修復(fù)新增加齒墻對(duì)其進(jìn)行防護(hù)；原有護(hù)坡及齒墻已經(jīng)沖毀，便于與上下游原有護(hù)坡進(jìn)行銜接，對(duì)該段按原護(hù)坡斷面及齒墻進(jìn)行恢復(fù)，并結(jié)合上游情況新增加齒墻對(duì)原齒墻進(jìn)行護(hù)砌。

仰斜式擋墻長(zhǎng)136 m，為M7.5 漿砌石結(jié)構(gòu)，墻下設(shè)防滑凸榫，沿墻底通長(zhǎng)布置。為防河流沖刷，基礎(chǔ)臨水側(cè)防沖齒墻，厚度為0.50～0.30 m，齒墻基礎(chǔ)埋深1.50 m。擋墻及齒墻每隔10 m 設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)采用低發(fā)閉孔泡沫板填縫，擋墻設(shè)PVC 排水管，梅花形布置，間距1.50 m×1.50 m，直徑50 mm，PVC 排水管外伸10 cm，外包300 g/m2土工布，下層PVC管距地面50 cm，坡比5%。新增齒墻段長(zhǎng)80 m，為C20 混凝土結(jié)構(gòu)，齒墻埋深1.90 m，垂直布置，與原護(hù)坡齒墻底搭接0.40 m ，齒墻每隔5 m 設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)采用低發(fā)閉孔泡沫板填縫。按原護(hù)坡斷面及齒墻進(jìn)行恢復(fù)段長(zhǎng)64 m ，為C20 混凝土仰斜式擋墻結(jié)構(gòu)，在原護(hù)坡及齒墻基礎(chǔ)上新增C20 混凝土齒墻，齒墻埋深1.90 m，垂直布置，與原護(hù)坡齒墻底搭接0.40 m。擋墻及齒墻每隔5 m 設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)采用低發(fā)閉孔泡沫板填縫，梅花形布置。

田灣左岸水毀段護(hù)砌段長(zhǎng)為80 m，采用M7.5 漿砌石仰斜式重力擋墻結(jié)構(gòu)，墻下設(shè)防滑凸榫，沿墻底通長(zhǎng)布置。為防河流沖刷，基礎(chǔ)臨水側(cè)防沖齒墻，垂直布置，厚度為0.50～0.30 m，齒墻深1.50 m。擋墻及齒墻每隔10 m 設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)采用低發(fā)閉孔泡沫板填縫。

3.2 來(lái)灣村

來(lái)灣左岸水毀段按原有擋墻位置進(jìn)行恢復(fù)，恢復(fù)段長(zhǎng)150 m，采用M7.5 漿砌石重力擋墻結(jié)構(gòu)，為防河流沖刷，基礎(chǔ)臨水側(cè)防沖齒墻，垂直布置，厚度為0.50～0.30 m，齒墻深1.50 m。擋墻及齒墻每隔10 m 設(shè)一道伸縮縫，縫內(nèi)采用低發(fā)閉孔泡沫板填縫。右岸水毀段現(xiàn)狀岸坡線進(jìn)行護(hù)砌，護(hù)砌段長(zhǎng)為200 m，采用C20 混凝土仰斜式重力擋墻結(jié)構(gòu)。

3.3 塔崗干渠跨某河道渡槽附近護(hù)砌

某河道塔崗渡槽岸坡采用C20 混凝土仰斜式式擋墻結(jié)構(gòu)，其中：上游左岸190 m，墻總高5.50 m；下游右岸10 m，墻總高4 m。渡槽上游至下游護(hù)底共25 m，采用C20 混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.20 m，其中：渡槽上游護(hù)底10 m，渡槽下護(hù)底5 m，渡槽下游護(hù)底10 m。渡槽下游左岸基礎(chǔ)護(hù)砌采用C20 混凝土重力式擋墻結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)16 m。仰斜式重力擋墻臨水側(cè)坡度1:0.60，背水側(cè)坡度- 1:0.30，墻頂寬0.40 m，墻總高4.00～5.50 m，為防河流沖刷，基礎(chǔ)臨水側(cè)防沖齒墻，防沖齒墻坡比為1:1，厚度為0.40 m，齒墻基礎(chǔ)埋深1.50 m，每5 m 設(shè)一伸縮縫，縫內(nèi)采用 低發(fā)閉孔泡沫板填縫，擋墻設(shè)PVC 排水管，梅花形布置，間距1.50 m×1.50 m，直徑50 mm，PVC 排水管外伸10 cm，外包300 g/m2土工布，下層PVC 管 距地面1 m，坡比5%。

4 結(jié)語(yǔ)

該河道水毀修復(fù)工程實(shí)施后，能夠提高其防洪除澇能力，保障沿線人民生命財(cái)產(chǎn)安全，推進(jìn)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)具有十分重要的意義。