蘭河流域險工治理設(shè)計綜述

翟 勇

(遼寧省營口市隆盛工程建筑工程有限公司，遼寧 營口 115000)

1 概 述

蘭河是太子河支流之—，位于葠窩水庫上游，發(fā)源于水泉的大黑山，自南向北流經(jīng)甜水、寒嶺等鎮(zhèn)，于寒嶺鎮(zhèn)的黃家堡子匯入葠窩水庫。蘭河?xùn)|與細河相鄰，西靠遼陽縣河攔、塔子等鎮(zhèn)，與湯河一山相隔。

蘭河現(xiàn)存在問題主要為河道險工險段較多，局部河段淤積嚴重，水土流失較嚴重。該工程起點位于甜水鄉(xiāng)楊房大橋上游300m處，終點位于河道末端田家堡子，共36.65km，其中不需治理河段長5.51km，治理干流河段長31.14km、支流河段長1.40km。。根據(jù)河道存在問題，將治理內(nèi)容分為以下4個部分。

1)對于保護村莊的護岸，其設(shè)計標準略高，所在村屯包括刁窩村、三道嶺村、廟溝村下游段、甜水村下游、馬溝門村右岸、黃嶺子村、下韓家堡子村、金莊子村、馬家堡子村，總長4159m。

2)對于穩(wěn)定河勢的護岸，所在村屯包括大背村、廟溝村上游段、甜水村上游段、河沿村、馬溝門左岸、水泉村、屈家堡子、圍子村(雞爪村)、田家堡子，總長3763m。

3)對填土筑岸導(dǎo)致村屯內(nèi)澇無法排出的河段，每隔50m布置一處排水涵管，涵管內(nèi)徑為0.5m。涵管總長158m，每節(jié)涵管長2m。其中刁窩村涵管長12m，三道嶺村涵管長40m，廟溝村涵管長50m，甜水滿族鄉(xiāng)涵管長50m，馬溝門村涵管長16m。

4)疏挖工程主要為河道疏浚。疏浚10處，長2823m，砂土疏浚量共27067.03m3，塊石疏浚量共2100 m3。

5)生態(tài)種植工程用于防止水流沖刷岸坡，起到穩(wěn)定河岸，減少水土流失的作用[1]。植物品種選用適宜當?shù)丨h(huán)境的紫穗槐和速生楊，沿線布置在河道兩岸岸坡及坡頂裸露處。沿河共栽植紫穗槐481.49萬株，速生楊防護林1.02萬株。

2 工程設(shè)計

2.1 墻式護岸設(shè)計

根據(jù)《河道整治設(shè)計規(guī)范》，墻式護岸的結(jié)構(gòu)形式可采用直立式、陡坡式、折線式等[2]。直立墻式護岸布置在地形狹窄布置受限河段，需滿足沖刷深度和防凍要求。

馬溝門護岸采用固濱墻結(jié)構(gòu)形式，計算參數(shù)如下。墻高3m，共3層，每層高1m，各層寬度分別為1m、1.5m、2m，當?shù)貥藴蕛錾顬?.1m，又根據(jù)規(guī)范防沖要求，墻底埋深需在沖刷深度以下0.5-1m，馬溝門處沖刷深度為0.81m，故墻埋深取1.3m。其結(jié)構(gòu)形式見圖1。

擋土墻類型為抗震區(qū)浸水地區(qū)擋土墻，地震烈度7°，墻后填土內(nèi)摩擦角34°，墻后填土黏聚力0kPa，墻后填土容重20.5kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角17.5°，地基土容重20.5kN/m3，墻后填土為非凍脹性土，不考慮凍脹力。

圖1 墻式護岸結(jié)構(gòu)計算圖

整體穩(wěn)定性分析時，采用簡化畢肖普法和簡化簡布法進行計算，此護岸形式滿足穩(wěn)定要求，計算結(jié)果見表1。

表1 整體穩(wěn)定性計算結(jié)果

黃嶺子險工采用混凝土直立墻結(jié)構(gòu)形式，其擋土墻穩(wěn)定計算參數(shù)如下。墻高2.3m，基礎(chǔ)寬0.7m，頂寬0.3m，最高擋水高度為0.4m，沖刷深度0.16m，墻底埋深1.1m。計算見圖2。

圖2 混凝土擋墻結(jié)構(gòu)計算圖

擋土墻類型為抗震區(qū)浸水地區(qū)擋土墻，地震烈度7°，墻后填土內(nèi)摩擦角34°，墻后填土黏聚力0kPa，墻后填土容重21kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角17°，地基土容重22kN/m3，墻后填土為非凍脹性土，不考慮凍脹力。

墻頂標高:0.000(m)，擋墻內(nèi)側(cè)常年水位標高-1.4m，擋墻外側(cè)常年水位標高-2.0m。商品混凝土標準采用C25F150W4。

計算考慮竣工期，洪水降落期，汛期，地震四種工況，考慮最不利情況，計算結(jié)果為滑移驗算滿足：Kc=1.373>1.200，傾覆驗算滿足：K0=2.29>1.400，作用于基底的合力偏心距驗算滿足:e=0.124<=0.250*0.70=0.175(m)，墻趾處地基承載力驗算滿足:壓應(yīng)力=69.225<=150(kPa)，墻踵處地基承載力驗算滿足:壓應(yīng)力=0.000<=150(kPa)，地基平均承載力驗算滿足:壓應(yīng)力=22.551<= 150(kPa)，由計算可知黃嶺子村墻式防洪墻結(jié)構(gòu)擬定合理。

2.2 坡式石籠護岸設(shè)計

2.2.1 坡式護岸結(jié)構(gòu)形式的選定

護坡形式主要根據(jù)當?shù)夭牧稀⑹┕l件及、岸坡土質(zhì)等確定[3]。主要有混凝土面板護岸、漿砌石護岸、石籠護岸，各方案特點見表2。

表2 護坡形式特點

通過綜合比較施工工藝和投資，對于坡式護岸，最終采用石籠護岸的形式。

2.2.2 坡式石籠護岸設(shè)計

石籠護岸坡比采用1∶2.5，護坡厚度根據(jù)計算和經(jīng)驗確定，護腳采用垂直防護或水平防護，垂直防護滿足沖刷深度要求，水平防護滿足3倍沖刷深度要求并設(shè)置1m×1m腳槽，坡頂滿足設(shè)計頂高程要求并外延1m防止淘刷。石籠底斜坡段部鋪設(shè)無紡布和0.15m厚砂礫墊層，無紡布采用短纖土工布標稱斷裂強度為12.5KN/m，型號采用400g/m2。

護腳分垂直防護和水平防護兩種，枯水位較低時采用垂直防護，設(shè)計采用防護深度為1m?？菟惠^高，垂直防護困難時，采用水平防護。水平防護頂部設(shè)置腳槽，腳槽頂高程高出枯水位0.5m，水平防護長度根據(jù)省內(nèi)多條河流整治經(jīng)驗，按照3倍沖刷深控制，若險工位于近深泓線段，防護范圍需滿足過深泓線3倍沖刷長度，計算結(jié)果見表3。

表3 坡式護岸防護長度統(tǒng)計表

續(xù)表3 坡式護岸防護長度統(tǒng)計表

2.2.3 護面厚度設(shè)計

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，在波浪作用下，斜坡堤干砌石護坡的護面厚度t可按下式計算[4]：

(1)

式中：K1為系數(shù)，干砌石取0.266；γb為塊石的重度(kN/m3)；取27kN/m3；γ為水的重度，kN/m3；取10kN/m3；H為計算波高，當d/L≥0.125時，取H4%；當d/L<0.125時，取H13%；d為堤前水深，m；

將各參數(shù)代入上式中，計算得t=0.16m。

馬克菲爾公司做了詳盡的綠濱墊的抗沖刷模型和原型試驗[5]，根據(jù)試驗結(jié)果以及多年的工程經(jīng)驗的總結(jié)，得出了“綠濱墊系列防護與流速的關(guān)系表”(如表4所示)：

表4 綠濱墊系列防護與流速的關(guān)系表

根據(jù)險工護岸工程的實際經(jīng)驗，對流速>5.0m/s的護岸，塊石護坡厚度取0.50m，填石粒徑10-20cm。對流速<5.0m/s的護岸，塊石護坡厚度取0.30m，填石粒徑7-15cm。各險工坡面厚度見表5。

表5 坡面厚度統(tǒng)計表

2.2.4 塊石護坡穩(wěn)定計算

1)采用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄D中折線滑動法[6]，利用北京理正巖土軟件計算出護岸整體穩(wěn)定系數(shù)為1.435>1.25，滿足要求。

2)固濱籠和綠濱墊下鋪設(shè)長絲無紡布，對摩擦力的影響按80%進行折算，坡比按最陡處考慮為1∶2.5，坡角為21.8°，由塊石護坡與無紡布沿岸坡滑動的安全系數(shù)為：

K=tg(34.5×0.8)/tg21.8=1.31>1.25

塊石與無紡布滿足岸坡抗滑要求。塊石只要砌筑得密實牢固，沒有鐵絲網(wǎng)也是安全牢固的。目前在東北地區(qū)多采用鐵絲石籠護砌，其原因是在護岸工程中，邊坡有時過陡，本身不夠穩(wěn)定，有時下部基礎(chǔ)不牢固造成塊石下滑。或為防止因施工質(zhì)量過低，影響到工程安全。因此在設(shè)計時，根據(jù)遼寧省險工護岸施工經(jīng)驗，采用鍍高爾凡覆塑石籠護砌，網(wǎng)格由外面的鋼絲經(jīng)機械編織而成，網(wǎng)格尺寸為長4m×寬1m×厚0.5m和長4m×寬2m×厚0.3m。

2.2.5 護岸頂部設(shè)計

對于保護村莊的坡式護岸，護岸超高取0.5m，防止10a一遇設(shè)計水位超過岸頂對坡后土體造成沖刷，威脅村莊安全。

護岸頂部處理主要有布排錨固、岸頂處理、岸頂防沖[7]。根據(jù)近幾年遼寧地區(qū)險工護岸的經(jīng)驗，在水上部分石籠護岸的頂端，為使護岸與灘面銜接良好，以防止在洪水期形成后部淘刷，并阻止灘面雨水或河水入侵，防止坡面遭到破壞，將石籠向外延長1.0m?，F(xiàn)狀高程較低，需回填土，壓實后在坡頂做石籠。

2.2.6 護岸上下游石籠錨固

在石籠護岸的上下游，也就是護岸的起始點和終點位置，為防止水流頂沖、淘刷，垂直于水流方向，沿石籠護岸邊緣開挖一0.5×1m的溝槽，把無紡布壓入槽內(nèi)，然后進行石籠砌筑。

2.3 疏挖工程設(shè)計

疏挖工程主要是疏通河道淤積明顯河段和清理人為擠占河道嚴重河段。疏浚工程設(shè)計寬度根據(jù)現(xiàn)狀河寬確定，設(shè)計高程根據(jù)河道比降確定。開挖邊坡為1：2.5，兩岸及上下游與原河道平順銜接。疏挖工程應(yīng)對已有建筑物留有保護距離，對公路橋，上下游保護距離均為500m，其他橋梁上下游保護距離均為20m。對已建護坡，保護距離為5m。疏挖后的土方壓實后用于上下游缺土的石籠護坡段，剩余土方在不影響河道行洪的情況下，堆放在河兩岸低洼處壓實，堆放坡比為1：2.5。棄土堆放不應(yīng)占有正常行洪斷面，不占用兩岸耕地、林地等。對擠占河道兩處塊石堆進行疏浚，地點位于馬溝門村和水泉村，分別為840 m3和1260 m3。

2.4 生態(tài)工程設(shè)計

設(shè)計中生態(tài)工程植被種類結(jié)合當?shù)厍闆r選取紫穗槐和速生楊。紫穗槐具有耐寒、耐旱、耐濕、抗風(fēng)沙的特點，其繁殖能力強，萌芽性強，根系發(fā)達，具有水土保持的作用，故本次設(shè)計選用紫穗槐進行栽植。速生楊具有生長快的特點，其見效較快，本次設(shè)計選擇適合遼陽當?shù)氐?、生長速度快、栽植成活率高、品質(zhì)好、抗逆性強(抗寒、抗旱、抗病蟲害)的優(yōu)良品種，能使其生態(tài)效益盡快顯現(xiàn)出來。

生態(tài)工程沿河道兩岸現(xiàn)狀裸露地段栽植，在常水位以上栽植紫穗槐，栽植前根據(jù)現(xiàn)場地貌情況確定清基厚度，現(xiàn)場雜草及塊石較多，為使紫穗槐能夠有較高的成活率，清基厚度取0.3m。紫穗槐選用0.5m高，三枝條以上，帶根系，一年生規(guī)格。栽植密度為16株/m2，株行距為0.25m×0.25m，共栽植紫穗槐481.49萬株。在靠近10年水位一側(cè)岸坎上栽植直徑6-8cm速生楊防護林。速生楊防護林樹苗直徑為6-8cm，栽植間距1.5m。共栽植1.02萬株，株距1.5m。植物栽植見圖3。

圖3 生態(tài)栽植典型斷面圖

2.5 逃避險方案設(shè)計

涉及到逃避險的村屯包括三道嶺村5戶，廟溝1戶，河沿2戶，黃嶺子村4戶。在遭遇10a一遇洪水時，受災(zāi)情況分別為，三道嶺村淹深1.02m，廟溝淹深0.73m，河沿淹深0.60m，黃嶺子淹深0.59m。

進入汛期后，鎮(zhèn)政府應(yīng)及時掌握全鎮(zhèn)汛情、雨情、水情、災(zāi)情等有關(guān)信息，根據(jù)需要及時發(fā)布相關(guān)預(yù)報、警報及汛情公報。當發(fā)生洪水時，針對防護薄弱需逃避險的住戶，水利管理部門及各村水管員需通知到戶，利用廣播、電視、手機短信、固定電話、警報器、宣傳車或組織人員逐戶通知等多元化形式，保證人民的生命安全。當洪水發(fā)生時，受災(zāi)群眾應(yīng)就近到地勢較高的空曠處臨時避險，等待政府部門的救援。

3 結(jié) 語

該工程根據(jù)現(xiàn)有岸坡走勢和河勢布置，受地形條件和已建建筑物限制的影響，護坡分為直立墻式護岸和坡式護岸。直立墻式護岸布置在地形狹窄布置受限河段，需滿足防沖和防凍要求。坡式護岸坡比采用1:2.5，護坡厚度根據(jù)計算和經(jīng)驗確定，護腳采用垂直防護或水平防護，垂直防護滿足沖刷深度要求，水平防護滿足3倍沖刷深度要求并設(shè)置1m×1m腳槽，坡頂滿足設(shè)計頂高程要求，并水平外延1m防止漫灘時水流淘刷。