本溪縣南太子河防洪治理工程護(hù)岸設(shè)計(jì)探析

張蛟龍

(本溪市水利電力勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

0 引 言

太子河發(fā)源于新賓縣平頂山鎮(zhèn)大紅石砬子，主要流經(jīng)本溪縣、本溪市區(qū)、遼陽市區(qū)、燈塔市、遼陽縣、海城市等市縣，在海城市西四鎮(zhèn)八家子村入渾河。太子河流域呈東西向，太子河河流全長363km，流域面積13493km2。太子河全長88km，流域面積951km2，主要流經(jīng)東營坊鄉(xiāng)、堿廠鎮(zhèn)、南甸子鎮(zhèn)，在南甸子鎮(zhèn)溝口村匯入觀音閣水庫。南太子河流域植被豐富，覆蓋率占50%左右，水質(zhì)較好。本溪縣南太子河防洪治理工程位于本溪縣南甸鎮(zhèn)、堿廠鎮(zhèn)、東營坊鄉(xiāng)境內(nèi)南太子河干流上。本次工程設(shè)計(jì)型式分為3種，分別為固濱籠護(hù)腳結(jié)合綠濱墊護(hù)坡、綠濱墊水平防護(hù)、支流墻式護(hù)岸。

1 工程地質(zhì)

工程區(qū)位于本溪市本溪縣境內(nèi)，地貌以侵蝕斷褶中低山為主，中低山呈EW向分布于太子河流域兩側(cè)，為古生代太子河坳陷的主體部分，區(qū)內(nèi)斷裂褶皺發(fā)育，海拔高度800-1200m，地表地形起伏度<500m。縣境中部為太子河大斷裂帶，兩岸形成許多羽毛狀的小斷裂，構(gòu)成以太子河谷為中線的沉積小平原，平均海拔不足300m。工程區(qū)微地貌主要為漫灘，局部岸坡較高段為高漫灘。河道較為彎曲，呈“S”型，河寬為20-100m，河床及漫灘較為平緩，整體地勢東南高西北低。

2 工程建設(shè)整治范圍

工程治理范圍為上游起于洋湖溝村本桓公路停車場附近，下游止于蘭河峪鐵架橋下817m處，河道長度44.04km。根據(jù)河道自然條件、村屯分布情況、岸后保護(hù)對象價值、現(xiàn)有防洪工程措施特點(diǎn)等綜合考慮，本工程共分5個工程段，由上游至下游分別為洋湖溝段、大陽段、湖里段、南營坊段、蘭河峪段。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 護(hù)岸高程確定

1)護(hù)腳頂高程確定：

本次設(shè)計(jì)護(hù)腳采用固濱籠擋墻，頂高程取南太子河常水位0.5m加冰層凍脹影響高度，取影響高度0.3m，從而確定擋墻頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)河底加0.8m。根據(jù)固濱籠產(chǎn)品尺寸及工程修建后的外觀形象，最終確定擋墻頂高程高于設(shè)計(jì)河底1.0m。

2)護(hù)岸頂高程確定：

護(hù)岸岸頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加0.5m高程控制，若現(xiàn)狀岸頂高于此高程，則護(hù)岸岸頂高程取設(shè)計(jì)洪水位加0.5m，若現(xiàn)狀岸頂?shù)陀诖烁叱?，則護(hù)岸岸頂高程取現(xiàn)狀岸頂高程，同時也要充分考慮多年汛期漫頂情況，對于地勢較低的局部河段且洪水漫頂造成的影響較大，采取設(shè)計(jì)洪水位加0.5m為治理后的護(hù)岸岸頂高程，穩(wěn)步提升防洪能力。防浪墻頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加0.5m確定。

3.1.1 支流護(hù)岸頂高程

支流護(hù)岸有兩種型式，一種為原有支流防護(hù)措施破損嚴(yán)重，拆除重建，位于洋湖溝段，另一種為南太子河兩岸支流匯入口治理，采用主河道的新建護(hù)岸型式。

對于原有防護(hù)措施拆除重建的支流護(hù)岸加固，岸頂高程沿用原有措施頂高程。

對于支流匯入口的護(hù)岸加固，高程確定參照1)、2)內(nèi)容。

3.2 斷面設(shè)計(jì)

干流洋湖溝段左岸樁號YL0+000-YL0+261、YL0+914-YL1+086、大陽段左岸DL0+000-DL0+501、DL1+668-DL1+978、DL2+548-DL3+222、DL5+084-DL5+385、DL6+022-DL6+249、右岸DR0+000-DR0+576、DR7+426-DR7+800、DR8+123-DR8+274、DR8+566-DR8+836、DR9+847-DR10+025、DR10+620-DR11+155、DR11+398-DR11+717、DR12+823-DR13+147、南營坊段左岸NL0+000-NL3+212、右岸NR0+000-NR1+284段、支流3右岸ER0+000-ER0+180共18段岸坡坡比為1:2.5，采用綠濱墊防護(hù)。綠濱墊厚0.3m，下設(shè)0.15m厚碎石墊層和反濾土工布。綠濱墊上覆土并撒草籽種植草皮護(hù)坡。坡腳設(shè)固濱籠護(hù)腳，固濱籠頂寬及埋深均為1m。

干流湖里段左岸HL0+000-HL0+308、HL0+461-HL1+049段岸坡坡比為1:2.5，采用綠濱墊防護(hù)。綠濱墊厚0.3m，下設(shè)0.15m厚碎石墊層和反濾土工布。綠濱墊上覆土并栽植灌木防護(hù)。坡腳設(shè)固濱籠護(hù)腳，固濱籠頂寬及埋深均為1.0m。湖里段左岸HL0+308-HL0+461段原有綠濱墊護(hù)坡上覆土并栽植灌木防護(hù)。

干流蘭河峪段左岸LL0+000-LL0+631段原有混凝土板護(hù)坡，在原護(hù)腳前增設(shè)綠濱墊水平護(hù)腳，護(hù)腳長3m，綠濱墊厚0.3m，下設(shè)0.15m厚碎石墊層和反濾土工布。左岸LL0+631-LL0+783段采用固濱籠擋墻防護(hù)，擋墻頂寬及埋深均為1m。

拆除支流1左岸0+000-0+202、右岸0+000-0+200、支流2左岸0+000-0+194段原有破損漿砌石擋墻，新建混凝土重力式擋墻。擋墻頂寬0.5m，迎水側(cè)直立，背水側(cè)坡比為1∶0.5，基礎(chǔ)埋深1.4m。

支流2右岸0+000-0+195段采用固濱籠擋墻防護(hù)，擋墻頂寬1m，埋深1.2m，擋墻以上岸坡坡比為1∶2.5，栽植灌木防護(hù)。

3.3 新建護(hù)岸穩(wěn)定分析計(jì)算

新建護(hù)岸由新建護(hù)腳及新建護(hù)坡組成，本次設(shè)計(jì)進(jìn)行新建護(hù)腳擋墻穩(wěn)定計(jì)算。

本次計(jì)算選取大陽段設(shè)計(jì)樁號DR10+781作為典型斷面。相關(guān)主要物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 填筑土料設(shè)計(jì)指標(biāo)表

1)抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

抗滑穩(wěn)定按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353：2013)6.3.2公式計(jì)算，如下：

(1)

式中：Ks為抗滑安全系數(shù)；c0為基地黏聚力，kPa；f為基礎(chǔ)摩擦系數(shù)；∑G為作用在固濱籠上全部垂直于水平面的荷載，kN；∑H為作用在固濱籠上全部平行于水平面的荷載，kN。

2)抗傾穩(wěn)定計(jì)算：

抗傾穩(wěn)定按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353：2013)6.3.1公式計(jì)算。

(2)

式中：K0為抗傾安全系數(shù)；∑MV為對固濱籠基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH為對固濱籠基底前趾的傾覆力矩，kN·m。

3)基底壓應(yīng)力驗(yàn)算：

基底壓應(yīng)力驗(yàn)算按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353：2013)6.3.3公式計(jì)算。

(3)

式中：e0為偏心距；偏心距e0滿足要求時基礎(chǔ)底面最大、最小應(yīng)力可按下式計(jì)算：

4)計(jì)算成果：

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 主河槽防護(hù)穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.4 洋湖溝段支流新建護(hù)岸設(shè)計(jì)

洋湖溝段為南太子河上游源頭段，區(qū)間內(nèi)左岸有小四平河匯入，根據(jù)現(xiàn)場踏勘及走訪，小四平河汛期洪水對沿岸居民造成較大威脅，當(dāng)?shù)卣?010年修建了漿砌石擋土墻，受洪水沖掏影響，基礎(chǔ)外露，局部擋墻倒塌，本次設(shè)計(jì)將兩岸已建擋墻拆除重建。

本次設(shè)計(jì)墻頂高程維持原高程不變，采用重力式混凝土擋土墻，墻頂寬0.5m，迎水側(cè)直立，背水側(cè)坡比1:0.5，墻趾、墻踵長均為0.3m，高均為0.5m，基礎(chǔ)埋深1.2m，距河底0.4m處設(shè)置一道φ100軟式透水管，其后連接φ50PVC-U排水管，墻后回填砂礫料。擋墻每隔10m設(shè)置分縫，混凝土強(qiáng)度等級C25，抗凍等級F200。

小四平河回水堤結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

圖1 小四平河回水堤結(jié)構(gòu)簡圖

擋墻穩(wěn)定計(jì)算。本次計(jì)算選取洋湖溝段設(shè)計(jì)樁號0+049作為典型斷面。

1)支流回水堤擋墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

支流回水堤擋墻抗滑穩(wěn)定按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)6.3.5公式計(jì)算，如下：

(4)

式中：Kc為擋土墻沿基底的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為擋土墻底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑G為作用于擋土墻體上全部垂直于水平面的荷載，KN；∑H為作用于擋土墻體上全部平行于基底面的荷載，KN。

2)支流回水堤擋墻抗傾穩(wěn)定計(jì)算：

支流回水堤擋墻抗傾穩(wěn)定按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)6.4.1公式計(jì)算。

(5)

式中：K0為抗傾安全系數(shù)；∑MV為對固濱籠基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH為對固濱籠基底前趾的傾覆力矩，kN·m；

3)支流回水堤擋墻基底壓應(yīng)力驗(yàn)算：

支流回水堤擋墻基底壓應(yīng)力驗(yàn)算按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)6.3.3公式計(jì)算。

(6)

式中：Pmaxmin為擋土墻沿基底應(yīng)力的最大值和最小值，kPa；A為擋土墻基底面的面積。m2；∑M為作用在擋土墻上的全部荷載對于水平面平行前墻墻面方向形心軸的力矩總和，kN·m；W為擋土墻基底面對于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩，m3。

4)計(jì)算成果：

計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 支流回水堤擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.5 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

河道沖刷深度按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)附錄D.2.2-1-D.2.2-2公式計(jì)算，如下：

(7)

(8)

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處水深，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；Uc為泥沙啟動流速，m/s；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/4-1/6；η為水流流速不均勻系數(shù)，取值1、1.5。

其中卵石河床泥沙啟動流速UC按照以下公式確定：

(9)

式中：d50為床沙的中值粒徑，取值0.022m；H0為沖刷處水深，m；rs,r為泥沙與水的容重，kN/m3。

計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 沖刷深度計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，最終各工程段基礎(chǔ)埋深選取1.0m。

4 結(jié) 論

對沿岸居民集中河段采取硬性防護(hù)工程建設(shè)任務(wù)，通過護(hù)岸加固的方式提升防洪能力；對沿岸保護(hù)對象為耕地的河段，通過新建護(hù)岸的方式由新建護(hù)腳穩(wěn)固河灘，由新建護(hù)坡保證岸坡穩(wěn)定，防止耕地受洪水沖掏減產(chǎn)；在連接景區(qū)及岸后為民宿的河段采取硬性防護(hù)結(jié)合生態(tài)治理措施，通過護(hù)岸加固的方式及保證行洪安全，又提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)境面貌，打造景觀河道。