興山縣香溪河流域深渡河護(hù)岸結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

張 喆

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)股份有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430223）

三峽工程是當(dāng)今世界最大的水利發(fā)電工程之一，在正常蓄水運(yùn)行后，移民遷建中的遺留問題、蓄水運(yùn)用后岸坡穩(wěn)定問題和水位消落區(qū)的環(huán)境影響已逐步顯現(xiàn)[1]。擬建的香溪河流域深渡河段岸線和消落區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合整治工程，是三峽后續(xù)工作規(guī)劃的“三帶一區(qū)”項(xiàng)目，該項(xiàng)目經(jīng)湖北省批準(zhǔn)列入三峽后續(xù)規(guī)劃的重點(diǎn)項(xiàng)目。主要建設(shè)內(nèi)容包括：新建護(hù)岸工程約8.1 km，新建溢流堰2座等。因此，分析護(hù)岸工程布置及設(shè)計(jì)。

1 工程概況

興山縣地處湖北省宜昌市，主要河流有長(zhǎng)江支流香溪河及香溪河支流南陽(yáng)河、古夫河、高嵐河等，大部分河岸位于三峽水庫(kù)回水范圍。香溪河流域深渡河段上起于已建的古夫河古洞口二級(jí)電站大壩下游，下止于香溪河與古夫河、南陽(yáng)河交匯處“最美水上公路”起點(diǎn)下游約400 m處，河道范圍總長(zhǎng)約5 km。

護(hù)岸軸線沿香溪河、古夫河兩岸布置，左、右岸軸線總長(zhǎng)8082.736 m。本工程護(hù)岸型式主要采用斜坡式與直斜復(fù)合式，局部較陡岸段采用石籠護(hù)岸。

2 護(hù)岸工程設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸高程

本工程20年一遇設(shè)計(jì)洪水位為173.37 m，護(hù)岸坡頂高程確定，計(jì)算公式如下[2]：

式中，Y為坡頂超高（m）；R為設(shè)計(jì)波浪爬高（m）；e為設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度（m）；A為安全加高（m）。

2.1.1 設(shè)計(jì)波浪爬高R

1）計(jì)算風(fēng)速的確定

計(jì)算風(fēng)速可采用歷年汛期最大風(fēng)速平均值的1.5倍，V=15 m/s×1.5=22.5 m/s。

2）風(fēng)向的確定

按夏季主導(dǎo)風(fēng)向南風(fēng)或東南風(fēng)考慮，風(fēng)浪造成的沖擊波接近正向波。

3）風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度的確定

根據(jù)工程區(qū)河道地形，風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度按0.1 km計(jì)算。

4）水域平均水深的確定

水域平均水深=設(shè)計(jì)水位—河底高程，經(jīng)水下地形圖測(cè)算，取為10 m。

5）平均波高和波長(zhǎng)的確定

采用莆田試驗(yàn)方法計(jì)算[3]，公式如下：

6）波浪爬高計(jì)算

采用莆田公式計(jì)算，邊坡坡度m=1.5～3.0，公式如下：

式中：RP為累積頻率P的風(fēng)浪爬高（m）；k△為斜坡糙率及滲透性系數(shù)，混凝土護(hù)面 k△=0.9；kv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，kv=1.0；kp為爬高累積頻率換算系數(shù)，爬高累積頻率2%，kp=1.84；m為邊坡坡度，m=2.0。

計(jì)算得：RP=0.612 m。

綜上，計(jì)算確定設(shè)計(jì)波浪爬高：R=RP=0.612 m。

2.1.2 設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度e

按如下公式計(jì)算[3]：

式中：e為風(fēng)壅水面高度（m）；K 為綜合摩阻系數(shù)，K=3.6×10-6；β為風(fēng)向與水域中線的夾角（°），為安全計(jì)，β=0；V為計(jì)算風(fēng)速，V=22.5 m/s；d為水域的平均水深，d=10 m；F為風(fēng)區(qū)長(zhǎng)度，F(xiàn)=100 m。

求得，e=0.001m。

2.1.3 安全加高A

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），本工程級(jí)別4級(jí)，取A=0.3 m。

2.1.4 護(hù)岸坡頂超高

綜上，護(hù)岸坡頂超高Y=R+e+A=0.612 m+0.001 m+0.3 m=0.913 0 m。

2.1.5 護(hù)岸頂高程

各段護(hù)岸頂高程由設(shè)計(jì)洪水位加上超高確定,結(jié)果見表1。

表1 各段護(hù)岸頂高程 單位：m

2.2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

2.2.1 計(jì)算剖面選擇

取三個(gè)具有代表性的斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

2.2.2 安全系數(shù)

本工程級(jí)別為4級(jí)，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用取1.15，非常運(yùn)用取1.05。

2.2.3 計(jì)算參數(shù)

邊坡原始地層主要巖土體力學(xué)參數(shù)采用地勘報(bào)告提供的參數(shù)建議值；堆石護(hù)腳及堤身填筑碎石土的設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)已完工的類似工程的經(jīng)驗(yàn)值選取。

2.2.4 設(shè)計(jì)工況

擬定3種工況，正常運(yùn)用條件下，工況一：20年一遇洪水位173.37 m；工況二：20年一遇洪水位驟降2 m；非常運(yùn)用條件下，工況三：施工完建工況（無(wú)水）。

2.2.5 計(jì)算方法

堤身抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧滑動(dòng)法[3]，基本公式如下：

式中：Fs為堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為土條重力（kN）；ci為土的凝聚力（kPa）；li為條塊圓弧長(zhǎng)度（m）；φi為土的內(nèi)摩擦角（°）；αi為土條底面中點(diǎn)至圓心的連線與垂直線的夾角（°）。

2.2.6 計(jì)算結(jié)果

采用水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院批準(zhǔn)使用的“理正巖土系列軟件6.0版”進(jìn)行電算。穩(wěn)定計(jì)算成果見表2。

表2 邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算系數(shù)

綜上，各斷面按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行建設(shè)后，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

香溪河是長(zhǎng)江左岸一級(jí)支流，古夫河是香溪河支流，香溪河、古夫河是聯(lián)系興山縣新老城區(qū)、連接過去與未來(lái)的重要紐帶，聞名世界的“最美水上公路”蜿蜒其中。受水庫(kù)水位大幅度反季節(jié)性漲落和人類活動(dòng)的影響，消落區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，有必要采取生態(tài)、工程措施防護(hù)岸坡，改善消落區(qū)生態(tài)環(huán)境，修復(fù)消落區(qū)生態(tài)功能。實(shí)施香溪河、古夫河河道及消落區(qū)庫(kù)岸環(huán)境綜合整治，進(jìn)一步完善基礎(chǔ)設(shè)施配套，修復(fù)水庫(kù)周圍生態(tài)環(huán)境，對(duì)于促進(jìn)移民安穩(wěn)致富、助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有十分重要的意義。