嘉蔭縣寶安村護(hù)岸工程建設(shè)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

王吉貴，李志堅(jiān)，吳銘達(dá)

(1.通河縣澇區(qū)管理站，黑龍江通河150900;2.黑龍江省哈爾濱水文局，哈爾濱150001)

1 工程建設(shè)必要性

寶安村護(hù)岸工程所在江段為黑龍江干流中游段，江岸及河床土質(zhì)多為細(xì)砂及壤土，結(jié)構(gòu)松散，抗沖性差，在高水大流頂沖以及彎道產(chǎn)生橫向環(huán)流沖刷作用下，或在流冰期的冰排撞擊作用下，江岸坍塌嚴(yán)重，尤其是近10 a塌岸速度發(fā)展較快，使岸線不斷后退，大量土地流失，人民財(cái)產(chǎn)受到損失，影響邊貿(mào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，修建護(hù)岸是十分必要的。

2 治理標(biāo)準(zhǔn)及工程設(shè)計(jì)

2.1 治理標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)松遼委關(guān)于國境河流防護(hù)工程設(shè)計(jì)文件編制提綱的要求，以及省邊境河護(hù)岸辦公室有關(guān)邊境河流護(hù)岸工程設(shè)計(jì)的要求，護(hù)岸的洪水標(biāo)準(zhǔn)按20 a一遇洪水設(shè)計(jì)。

護(hù)岸頂高程按20 a一遇洪水位設(shè)計(jì)。當(dāng)岸頂?shù)孛娓叱谈哂?0 a一遇洪水位時(shí)，以20 a一遇洪水位為設(shè)計(jì)護(hù)岸頂高程，當(dāng)岸頂?shù)孛娓叱痰陀?0 a一遇洪水位時(shí)，以岸頂?shù)孛娓叱虨樵O(shè)計(jì)護(hù)岸頂高程。護(hù)腳工程底部高程一般護(hù)到坡度為1∶3～1∶4的緩坡河床處，但深泓靠岸的應(yīng)護(hù)至深泓。

2.2 工程設(shè)計(jì)

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)中“修建防護(hù)工程應(yīng)盡量不過多縮窄過洪斷面，不造成汛期洪水位較大拉高，凡適宜修平順護(hù)岸的則不修丁壩的原則，本次護(hù)岸工程的總體布置根據(jù)地形，并符合水流的演變規(guī)律，將護(hù)岸工程沿江岸布置，盡量不改變河流的走向。

對于護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，本次設(shè)計(jì)選用干砌石、預(yù)制混凝土板、拋石、雷諾護(hù)墊四種護(hù)坡材料進(jìn)行比較，單位面積造價(jià)比較見表1。

方案比較結(jié)果表明:拋石結(jié)構(gòu)造價(jià)最高，依次為雷諾護(hù)墊造價(jià)、干砌石結(jié)構(gòu)、預(yù)制混凝土板造價(jià)最低。由于混凝土板外表美觀，價(jià)格最低，并縣該護(hù)岸臨村屯較近，考慮美觀性，經(jīng)濟(jì)等綜合因素，確定護(hù)岸全部采用預(yù)制混凝土板護(hù)坡結(jié)構(gòu)型式［1］。

2.3 護(hù)岸長度、高程及邊坡的確定

2.3.1 護(hù)岸長度的確定

通過現(xiàn)場調(diào)查了解、實(shí)測橫斷面及地形圖的分析，既考慮了岸邊坍塌部位，又考慮沖刷的趨勢，綜合確定了寶安村護(hù)岸長度為2 500 m。

2.3.2 護(hù)岸頂高程的確定

由于護(hù)岸所在位置江段20 a一遇洪水位較高，而江岸的岸頂高程(80.63～86.52 m)又均較低，且低于20 a一遇洪水位(87.01～87.15 m)，所以寶安村護(hù)岸設(shè)計(jì)岸頂高程基本上與原有岸頂高程一致，護(hù)岸設(shè)計(jì)岸頂高程在81.50～85.70 m。

2.3.3 固腳高程的確定

固腳頂高程位于穩(wěn)定河床以下，為了防止護(hù)坡下滑，穩(wěn)定河床，將寶安村護(hù)岸設(shè)計(jì)固腳頂高程在78.4 ～81.5 m［2］。

2.3.4 坡比的確定

根據(jù)工程位置、地形、地質(zhì)組成情況進(jìn)行穩(wěn)定分析以及已建護(hù)岸工程的經(jīng)驗(yàn)，并考慮到工程施工等方面的需要，確定護(hù)岸坡比為1∶3.0。護(hù)島護(hù)坡結(jié)構(gòu)方案比較表見表1。

表1 護(hù)島護(hù)坡結(jié)構(gòu)方案比較表

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 混凝土板護(hù)坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 基本資料

根據(jù)嘉蔭縣氣象局提供的實(shí)測風(fēng)速資料，計(jì)算歷年4—10月份各風(fēng)向最大風(fēng)速平均值，護(hù)岸計(jì)算風(fēng)向采用東風(fēng)(E)，對應(yīng)最大風(fēng)速平均值為8.71 m/s，設(shè)計(jì)情況采用風(fēng)速為平均風(fēng)速的1.5倍，即13.07 m/s。

最大吹程在1/25000地形圖上量得1.5 km。

3.1.2 風(fēng)浪計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)附錄C，波浪的平均波高和平均波周期采用莆田試驗(yàn)站公式為:

式中:H平均波高，m;T平均波周期，s;V為計(jì)算風(fēng)速，m/s，V=13.07 m/s;F 為風(fēng)區(qū)長度，m，F(xiàn)=1 500 m;d為水域的平均水深，m，d=5 m;g為重力加速度，9.81 m/s2。

按平均波周期計(jì)算的波長計(jì)算公式為:

式中:L為平均波長，m。

將各值代入公式求得:H=0.223 m，T=2.096 s，L=6.858 m。

3.1.3 混凝土板厚度計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)附錄D計(jì)算公式:

式中:t為混凝土護(hù)面厚度，m;η為系數(shù)，對開縫板可取0.075;對上部為開縫板，下部為閉縫板可取0.10;rb為混凝土板重度，KN/m3，rb=24 kN/m3;r為水的重度，kN/m3，r=10 kN/m3;H為計(jì)算波高，m;取H1%;根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附表C.1.3-1計(jì)算:計(jì)算波高H1%=0.223×2.34=0.522 m;L為波長，m;B為沿斜坡方向(垂直于水邊線)的護(hù)面板長度，m;B=60 cm;m為斜坡坡率。m=3.0。

經(jīng)計(jì)算:t=0.06 m。

參照已建護(hù)岸工程的厚度，考慮冰推力的影響，所以混凝土板厚度取15 cm。

設(shè)計(jì)混凝土板尺寸為0.4×0.6 m，其長邊沿垂直于水邊線方向鋪設(shè)。

3.2 護(hù)頂、固腳、封邊設(shè)計(jì)

3.2.1 護(hù)頂

護(hù)頂工程是為了防止雨水沖刷，人類及牲畜活動的破壞。護(hù)岸頂部采用寬1.0 m，厚度0.15 m的混凝土板封頂，下設(shè)10 cm厚砂礫石墊層及一層400 g/m2無紡布反濾［3］。

3.2.2 固腳

本工程中河灘坡度平緩，穩(wěn)定河槽高程大部分高于多年平均枯水位，因此，確定固腳工程采用干砌石結(jié)構(gòu)，干砌石固腳頂寬1m、底寬2m，高1m，固腳下設(shè)10cm厚砂礫石墊層及一層無紡布。

3.2.3 封邊

由于各護(hù)岸工程相對獨(dú)立，為防止河勢及水流變化對護(hù)岸工程的首尾端沖刷破壞，本次設(shè)計(jì)在每段護(hù)岸工程的首尾兩端均采用封邊設(shè)計(jì)，對于預(yù)制混凝土板護(hù)坡封邊結(jié)構(gòu)采用單塊混凝土預(yù)制板插入地面，插入深度為混凝土板長邊長度［4］。

3.3 穩(wěn)定計(jì)算

3.3.1 穩(wěn)定計(jì)算采用滑動圓弧法進(jìn)行

圓弧法穩(wěn)定計(jì)算公式為:

式中:FS為安全系數(shù);Ci為第i個(gè)土條中滑動面所在土層的凝聚力，kN/m2;Li為第i個(gè)土條中滑動面所在土層的長度，m;b為土條的寬度，m;rn為第N層土體的容重，kN/m3;hni為第i條土體中第N層土的高度，m;θi為第i條土體底面中點(diǎn)的法線與豎直線的交角，°;φ為第N層土體的內(nèi)摩擦角，°。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

3.3.2 護(hù)腳塊石抗沖穩(wěn)定計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)附錄D.3.4，在水流作用下，防護(hù)工程護(hù)坡、護(hù)腳塊石保持穩(wěn)定的抗沖粒徑(折算粒徑)可按下式計(jì)算:

式中:d為折算直徑，m，按球型折算;S為石塊體積，m3;V為水流流速，2m/s;g為重力加速度，9.81m/s2;C為石塊運(yùn)動的穩(wěn)定系數(shù);水平底坡c=0.9，傾斜底坡 c=1.2;rs為石塊的重率，可取 rs=20.58 kN/m3;r為水的重率，r=9.8 kN/m3。

計(jì)算結(jié)果:d=12.87 cm。

［1］王翯，許健疆.察哈彥護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工［J］.黑龍江水利科技，2009，37(05):86-87.

［2］王黑鐵，王成才.黑龍江干流國境界河國土防護(hù)護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)型式選擇［J］.黑龍江水利科技，2003(03):44.

［3］卜漢臣.黑龍江干流界河段已建防護(hù)工程存在問題分析［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2006(09):55-56.