朝陽縣大溝里河河段護岸工程設計分析

李志環(huán)

(凌源市宋杖子水利服務站，遼寧 凌源122500)

1 工程建設緣由及必要性

朝陽縣臺子鄉(xiāng)位于朝陽縣西南部，臺子鄉(xiāng)境內有一座大(Ⅱ)型水庫—閻王鼻子水庫。因閻王鼻子水庫二期移民有52 戶居民動遷無房屋建筑基地，經(jīng)過專家論證，移民建房基地選址在大溝里河右岸2.67 hm2空地上，現(xiàn)有的2.67 hm2河灘地需要從1 km 遠的大凌河運土墊平整才可建房，現(xiàn)在2.67 hm2河灘地高程比現(xiàn)有河床高程平均高出1 m，但大溝里河目前無防洪措施，河道長度11.4 km，河道平均比降17.4‰。河道長年干涸，但汛期季節(jié)性洪水可造成兩岸災害，危害人民的生命和財產(chǎn)安全，沿河兩岸對該河的利用率極低，多年來受河水的威脅越來越嚴重［1－2］。

2 工程建設對左岸的影響

本護岸工程建設防洪標準是20 a一遇洪水，而左岸是大溝門村自建的防護堤，沒有具體的洪水標準，經(jīng)過幾年的洪水考驗，局部已被淘刷，齒墻大部分已露出地面。

經(jīng)過實地勘測，左、右岸堤防護腳處高程大致走向齊平，左岸護腳底高程為217.567 m，堤頂高程為219.367 m。

右岸防護堤建成后，對左岸有一定的影響，距左岸堤防200 m 處是二階臺地，二階臺地高程223.021 m高出右岸建后堤頂高程。

所以該工程建成后，不會對左岸造成很大影響?？稍谧蟀斗篮榈掏庵矘湓炝郑Ｗo沿岸土地。

3 水 文

朝陽縣臺子鄉(xiāng)大溝里河段流域為遼西干旱丘陵山區(qū)，屬Ⅴ1水文分區(qū)，多年平均降水量500 mm，多年平均年徑流深100 mm，多年平均年水面蒸發(fā)量1 900 mm，年最大24 h暴雨均值為83 mm，年最大三日暴雨均值為94 mm。

洪水計算依據(jù)GB50201—94 第3.0.1 條規(guī)定，防洪標準等級為Ⅴ級，洪水重現(xiàn)期為10 ～20 a，因大溝里河右岸有52 戶村民動遷到此處，所以本次洪水計算按20 a一遇防洪標準，以保證壩后居民安全。

設計洪水的計算方法參照《遼寧省中小河流設計暴雨洪水計算方法》。

治理段以上流域面積及河長由1∶10 000的地形圖上查得。

L=11.4km F=19.15km2J=17.4‰。

水文分區(qū)Ⅴ1區(qū)。

大溝里河是大凌河一級支流，而該工程所在地正處于大凌河入口處，相對于大凌河來說，大溝里河屬于大凌河的回水堤，在考慮閻王鼻子水庫1 000 a一遇洪水淹沒線的同時，也要考慮大凌河同頻率的洪水水位，經(jīng)過歷史資料可知，大凌河20 a一遇洪水位在堤防出口處是216.5 m。閻王鼻子水庫淹線為213.5 m。所以確定堤高時得同時考慮這兩種情況。

4 護岸工程規(guī)模的確定

護岸工程規(guī)模的確定主要參考以下5個方面:河道規(guī)劃與設計、設計標準、河床糙率的選定、河道過水能力計算和水流沖刷計算。

4.1 河道規(guī)劃與設計

規(guī)劃整治河道的目的是使河道暢通，能夠下泄一定標準的洪水，清除阻水建筑物和防礙行洪的林木、植被等，護岸工程在滿足造地的條件下，盡量順河道天然走勢，并通過計算確定行洪寬度［3－5］。

4.2 設計標準

依據(jù)《工程建設標準強制性條文》按人口、土地面積劃分，該護岸工程等級屬于Ⅴ級，防洪標準重現(xiàn)期為20 a 一遇洪水。河道寬度按實際河道走勢取40 m。

4.3 河床糙率的選定

河床糙率的選定方法是根據(jù)河床的組成，床面的特性、平面的形態(tài)、水流流態(tài)、岸壁特性、逐段實地勘察等綜合因素，確定本段河床糙率為0.033(一般取0.03 ～0.033)。

4.4 河道過水能力計算

大溝里河河段沒有水文觀測資料，沒有水位流量關系曲線，所以控制段水位無法確定，按能量方程式無法推求河道水位，因考慮此次工程護岸較短，所以采用明渠均勻流進行水位計算［6－8］。

過水能力計算:

河寬b =40m，邊坡系數(shù)m =2 當h =1.1m 時W =h(b +mh)=46.42

根據(jù)公式:

式中:W 為洪水河槽的過水斷面面積，m2;J 為河床平均坡度，‰，17.4;n 為河槽的糙率系數(shù)取0.033;X為濕周，m;R 為過水斷面的水利半徑，m;C 為謝才系數(shù);Q 值＞187.0 m3/s，故安全。

在確定堤高2.2 m的同時，堤防頂高程最低處為217.4 m，這個高程既高于水庫淹沒線213.5 m，也高于大凌河20 a一遇洪水位216.5 m。

4.5 水流沖刷計算

計算公式為:

式中:hb 為局部沖刷深度，m;hp 為一般沖刷后水深，m;以近似設計水位最大深度代替，取2.2 m;n 為平面形狀系數(shù)，取0.25;Vh 為河床允許的不沖流速，m/s，取0.75;Vp 為主河槽計算水位時的平均流速取4.03 m/s。

經(jīng)計算hb=1.15m。

5 護岸工程總體布置及建筑物

其內容主要包括3個部分:護岸工程的布置、順壩設計和護腳石籠設計。

5.1 護岸工程的布置

本次工程治理河段右岸400 m，采用土砂壩結構形式，前壩坡坡比為1∶2，后壩坡坡比為1∶1.5，前坡坡腳處設寬0.6 m，深1.5 m的齒墻，齒墻外接長3 m深0.6 m的石籠基礎［9－11］。

5.2 順壩設計

順壩設計內容主要包括3個部分:設計壩高及頂寬、護坡設計和護岸壩齒墻。

5.2.1 設計壩高及頂寬根據(jù)《堤防設計規(guī)范》，堤頂超高公式:

式中:R 為波浪爬高，按規(guī)范附錄C 計算;A 為安全超高，取0.3 m;E 為風壅水高度。

5.2.1.1 計算風速的確定

收集朝陽市氣象站1981—1997年17 a的風速觀測統(tǒng)計資料，17 a的平均年最大風速為16.12 m/s，傳感器高度為15.2 m，高度修正系數(shù)為0.958，則修正到距地面10 m高度的平均年最大風速W =16.12 ×0.958 =15.44 m。

5.2.1.2 風區(qū)長度

在1∶10 000地形圖上按垂直壩軸線量得正常運行情況下的風區(qū)長度D正=80 m

1)最大風壅水面高度計算，其計算公式為:

式中:e 為計算點處的風壅水面高度，m;K 為綜合摩阻系數(shù)取3.6 ×10－6;W 為計算風速，取設計風速的1.5 倍;D 為風區(qū)長度，80 m;Hm為水域平均水深為1.1 m;β 為計算風向與壩軸線法線夾角β =0°;則e=0.007

2)計算平均波高，其計算公式為:

3)計算平均波周期

4)計算平均波長。其計算公式為:

5)計算平均波浪爬高。計算公式為:

式中:Rm為波浪爬高，m;M 為單坡的坡度系數(shù)，這里為2;K△為斜坡糙率及滲透性系數(shù)，查表求得;KW為經(jīng)驗系數(shù)，由風速W、坡前水深H、重力加速度g所組成的無維量W/ gH 按規(guī)范《SL274—2001》表A.1.12—2 查得。

式中m =2。

計算頻率為20%的波浪爬高RP

故正常運用情況下的壩頂超高為

最后堤高確定為1.1 +0.62 =1.72m 因安全起見，堤高取2.2 m。

堤頂不考慮交通要求，故堤頂設計寬度取3 m。

5.2.2 護坡設計

大壩采用推土機推砂土筑壩，拖拉機及蛙式打夯機結合的方式夯實，首先把虛土、雜土除凈，然后分層填土，每層25 cm夯實，保證填土的自然含量，保證填土與原有土的結合緊密，保證壓實后筑堤土方的相對密度≥0.6，堤頂采用C20混凝土塊進行壓頂，混凝土塊尺寸為0.4×0.2 m，排水采用Φ50PVC 管，每隔10 m設一個排水管，排水管出口與壩坡齊平，混凝土板護坡板厚10 cm，采用現(xiàn)場澆筑的方法進行施工，壩坡設30 cm厚反濾層，護坡混凝土板標號為C20混凝土。

5.2.3 護岸壩齒墻

設計護岸壩齒墻基礎為漿砌石，安全加深取0.3 m。

故深度為:1.14 +0.3 =1.44 m，考慮本地區(qū)凍土層的要求，深度取1.5 m，寬度為0.6 m，基礎座落在砂礫層基礎上，每隔10 m設一道2 cm厚的瀝青木板伸縮縫。漿砌石齒墻采用的砂漿標號為M7.5，采用5 cm厚C15 的混凝土壓頂。

5.3 護腳石籠設計

垂直河流方向沿齒墻外伸長3 m深0.6 m的石籠護腳，保護齒墻不被淘涮。石籠規(guī)格以3 ×4 m為一個單位體進行編制，網(wǎng)眼尺寸為0.20 ×0.20 m。石籠編制過程中要嚴格按照施工工藝進行。

6 結 語

工程建設后保護村民52 戶、190 口人、大牲畜60 頭、經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著，最主要的社會效益是為移民動遷提供了安居之地，緩解了土地利用緊張的局面，為閻王鼻子水庫二期移民提供了堅實的保障。促進了當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展，為百姓的安居樂業(yè)提供了物質保障。

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