大凌河閻白段綜合治理一期護(hù)岸工程設(shè)計(jì)分析

劉香驛

(北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 北票122100)

1 工程概況

本次項(xiàng)目區(qū)位于朝陽(yáng)市北票南八家鄉(xiāng)二官營(yíng)橋上、下游，治理河段為大凌河干流，從二官營(yíng)橋上游700 m處至下游300 m 處，共計(jì)1 km，治理面積為29.47 hm2。項(xiàng)目區(qū)主要涉及北票市南八家鄉(xiāng)八家子村二官營(yíng)組。

大凌河位于遼寧省西部，是遼寧省西部最大的河流。大凌河有兩源:北源出凌源縣打鹿溝，南源出建昌縣黑山，到大城子附近會(huì)合，東北流經(jīng)努魯兒虎山和松嶺間縱谷，接納老虎山河、牤中河、西河等支流，到義縣轉(zhuǎn)向循醫(yī)巫閭山西側(cè)南流，在錦縣東南注入遼東灣［1－2］。

大凌河全長(zhǎng)397 km，流域面積2.35 萬(wàn)km2，流域內(nèi)年降水量450 ～600 mm，年均徑流量16.67 億m3，流經(jīng)碎屑巖、火山巖和黃土地區(qū)，含沙量達(dá)57 kg/m3，水土流失嚴(yán)重。本次治理河段為大凌河北票南八家鄉(xiāng)段。目前，該河段現(xiàn)有漫水橋一座，左岸灘地處存在采沙場(chǎng)遺留的大型沙坑3個(gè)，河段周邊堆放大量的生活垃圾，周圍生態(tài)環(huán)境遭到不同程度的破壞和污染。

2 護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸工程布置

本次設(shè)計(jì)在二官營(yíng)橋上游樁號(hào)D0 +200 －D1 +000 左岸沿灘地邊緣采用石籠、灌木護(hù)坡護(hù)腳相結(jié)合的形式，增強(qiáng)抗沖刷能力，減小破壞，防止急流掏刷，一定程度上保證魚池安全［3］。石籠護(hù)岸工程總長(zhǎng)820 m。

為保證魚池邊坡穩(wěn)定，本次設(shè)計(jì)分別對(duì)“繁殖池”“保育池”“成魚池”進(jìn)行防護(hù)，沿池塘右側(cè)邊緣采用階梯式石籠防護(hù)，長(zhǎng)度共計(jì)460 m。

具體布置及工程量如表1 所示。

表1 石籠護(hù)岸工程量表

2.2 護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

由于河道的一些特殊斷面及彎道處斷面較窄而深，為了對(duì)邊坡底部進(jìn)行防護(hù)并拓寬河道過(guò)水?dāng)嗝?，防止沖刷河岸，本次設(shè)計(jì)對(duì)灘地段采用石籠護(hù)岸形式。石籠護(hù)岸上部進(jìn)行修坡整形，土坡要進(jìn)行削坡夯實(shí)處理，使其坡比達(dá)到穩(wěn)定形式［4－5］。

2.2.1 護(hù)岸形式

本次河道治理工程護(hù)岸工程設(shè)計(jì)采用石籠與植被護(hù)岸相結(jié)合的護(hù)岸形式。石籠是將鐵絲編織的雙鉸六角形柔性金屬網(wǎng)經(jīng)剪裁、編邊和組合后制成的網(wǎng)籠金屬網(wǎng)綁扎成箱型結(jié)構(gòu)并相互連接的網(wǎng)籠。在石籠內(nèi)填入適當(dāng)?shù)氖瘔K，石塊粒徑≥20 cm，塊石強(qiáng)度＞30 MPa，石籠網(wǎng)格采用，網(wǎng)格為12 ×15cm，砌筑找平綁扎蓋網(wǎng)形成的石籠護(hù)岸;在石籠護(hù)岸外側(cè)栽種喬木與灌木形成植被護(hù)岸［6－7］。

植被、石籠與土坡三者形成一個(gè)剛?cè)醿尚缘摹鞍鍓K”。柔中帶剛，既綠化環(huán)境，保持水土，又能適應(yīng)一定的位移。1 ～2 a之后，根系深扎，盤根錯(cuò)節(jié)，起連接作用的鐵絲網(wǎng)將與具有強(qiáng)大的再生力的植被根系共同發(fā)揮護(hù)岸作用。

本次設(shè)計(jì)主河道樁號(hào)D0 +200 －D1 +000 左岸處，邊坡加高培厚并修坡整形，迎水坡比1∶2，背水坡比1∶5。坡頂設(shè)20 cm厚碎石道路，下設(shè)10 cm沙石墊層，路寬3 m。

背水坡頂沿路邊栽植單排垂柳(間隔3 m)，背水坡種植草皮及灌木。迎水坡采用石籠貼坡防護(hù)，厚度為0.3m，設(shè)計(jì)水位以上至堤頂采用灌木護(hù)坡，行距均為0.4 m;堤腳采用蜂巢格網(wǎng)石籠護(hù)腳，寬1.0 m，埋深1.5 m。石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)示意圖

為了保證洪水來(lái)臨時(shí)魚池的安全，本次設(shè)計(jì)在魚池右側(cè)邊坡進(jìn)行階梯式貼坡石籠防護(hù)，石籠網(wǎng)箱長(zhǎng)1m，高0.5m，分為4 層，總長(zhǎng)度為460m。石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)(池塘)示意圖如圖2 所示。

圖2 石籠護(hù)岸結(jié)構(gòu)(池塘)示意圖

2.2.2 護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

護(hù)岸高度H =2 m，護(hù)岸采用石籠網(wǎng)材料。護(hù)岸后傾角α，護(hù)岸結(jié)構(gòu)單位長(zhǎng)度體積V =1.35 m3/m，土對(duì)石籠護(hù)岸基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)μ，箱籠回填石材為卵石，重度為γ，孔隙率n =0.3，護(hù)岸背填土凝聚力C = 0，填 土 內(nèi) 摩 擦 角 φ = 30°，填 土 重 度 為18 kN/m3，護(hù)岸結(jié)構(gòu)的重度為17.5 kN/m3。地基承載力特征值fak=160 kPa。石籠護(hù)岸下部埋深1 m，具體尺寸見結(jié)構(gòu)圖［8］。

2.2.2.1 主動(dòng)土壓力計(jì)算

式中:Ka 為主動(dòng)土壓力系數(shù);φ 為填土內(nèi)摩擦角;Ea為主動(dòng)土壓力;γ 為填土重度;h 為石籠護(hù)腳高度。

主動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果見表2。

2.2.2.2 石籠護(hù)岸的抗滑穩(wěn)定計(jì)算

式中:Ks為抗滑移安全系數(shù);Gn為土墻每延米自重在垂直于基底方向的分力;Gt為土墻每延米自重在平行于基底方向的分力;Ean為主動(dòng)土壓力在垂直于基底方向的分力;Eat為主動(dòng)土壓力在平行于基底方向的分力;μ 為土對(duì)石籠護(hù)腳基礎(chǔ)的摩擦系數(shù)［9］。

經(jīng)計(jì)算，抗滑移安全系數(shù)Ks＞1.3，滿足穩(wěn)定要求。護(hù)岸的抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表2。

2.2.2.3 石籠護(hù)岸的抗傾穩(wěn)定計(jì)算

式中:Kt為每延米抗傾覆安全系數(shù);G 為每延米護(hù)腳的重力;Eax為每延米主動(dòng)土壓力的水平分力;Eaz為每延米主動(dòng)土壓力Ea的垂直分力;x0、xf、zf分別為G、Eax、Eaz至墻趾O 點(diǎn)的距離。

經(jīng)計(jì)算，傾覆安全系數(shù)Kt＞1.6，滿足穩(wěn)定要求。護(hù)岸的抗傾穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表2。

2.2.2.4 石籠護(hù)岸基底壓應(yīng)力的計(jì)算

式中:σmax為基底的最大應(yīng)力;∑G 為垂直荷載，kN;A 為底板面積，m2;∑M 為荷載對(duì)底板形心軸的力矩，kN·m;W 為底板的截面系數(shù)，m3。

經(jīng)計(jì)算，基底最大壓應(yīng)力σmax＜160kPa。護(hù)岸底壓應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果

2.2.2.5 河道沖刷計(jì)算

石籠護(hù)岸工程河道沖刷深度可按下式計(jì)算:

式中:hs為局部沖刷深度，m;Ucp為近岸垂線平均流速m/s;Uc 為泥沙的啟動(dòng)流速，m/s;黏性與沙質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計(jì)算，卵石，m/s;H0為沖刷處的水深，m;n 為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取1/4［10］。

河床采用長(zhǎng)江科學(xué)院公式計(jì)算:

式中:d50為河床的中值粒徑，m;H0為行進(jìn)水流水深，m;rs，r 分別為泥沙與水的重度，kN/m3，g 為重力加速度，m/s2;Ucp 的計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定:

式中:U 為行近流速，m/s;η 為水流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α 角查表采用。

根據(jù)朝陽(yáng)站5 a 一遇天然洪峰流量為2 316 m3/s，河道平順段沖刷深度計(jì)算表見表3，水流斜沖岸坡沖刷深度計(jì)算表見表4。

表3 河道平順段沖刷深度計(jì)算表

表4 水流斜沖岸坡沖刷深度計(jì)算表

根據(jù)表3 可知5 a一遇洪峰流量為2 316 m3/s時(shí)，結(jié)論:石籠護(hù)岸基礎(chǔ)沖刷深度平順段及凸岸段設(shè)計(jì)值取1.5 m，凹岸斜沖段設(shè)計(jì)值取2 m。

3 結(jié) 語(yǔ)

工程實(shí)施后，可有效提高河道兩岸的防洪能力，而護(hù)岸工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性更加保證了工程的順利實(shí)施。

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