河道岸坡整治工程設(shè)計(jì)研究

郭陽(yáng)，吳永娜

（1.河南靈捷水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司，河南 南陽(yáng) 473000；2.西峽縣水利局，河南 西峽 474500）

1 河道岸坡整治工程概況

此次岸坡整治工程，結(jié)合河道疏浚工程，對(duì)邕河樁號(hào)0+000～0+706段左右岸坡護(hù)砌1.41 km；對(duì)分洪渠0+120～0+720左右岸護(hù)砌1.20 km，合計(jì)2.61 km。

2 河道岸坡整治工程設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸形式

邕河治理段河道岸坡上部岸坡巖性主要為重粉質(zhì)壤土，下部為粗砂層，對(duì)河道拓寬后，岸坡抗沖刷能力較低。為保證岸坡穩(wěn)定和行洪安全，需對(duì)河道岸坡進(jìn)行防護(hù)。選擇護(hù)坡形式既要充分考慮就地取材，又要注重堅(jiān)固耐久且利于施工維修等綜合因素，處于河岸段不同位置或不同部位均可選用不同的護(hù)坡形式。臺(tái)地以下護(hù)岸采用Mu60M7.5漿砌石重力式擋墻，擋墻埋深1.00 m；臺(tái)地以上采用C20混凝土擋墻，擋墻埋深0.50 m，擋墻每隔10 m 設(shè)置伸縮縫一道，內(nèi)填閉孔泡沫板。混凝土擋墻在垂直高度0.50 m以上設(shè)DN10PVC排水孔，縱橫間距2.00 m一個(gè)，梅花型布置。邊坡為鋪草皮護(hù)坡。

2.2 工程布置原則

岸坡防護(hù)布置遵循以下原則：①防護(hù)線路選擇彎道頂沖部位；②以人口集中聚集區(qū)為主，服務(wù)于人員活動(dòng)的區(qū)域，對(duì)臨近村莊及鎮(zhèn)區(qū)段的河道岸坡進(jìn)行護(hù)砌；③兼顧上下游，與現(xiàn)有的防護(hù)工程合理銜接；④投資經(jīng)濟(jì)；⑤結(jié)合基地整體規(guī)劃。

2.3 護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邕河樁號(hào)0+000～0+706段，臺(tái)地以下護(hù)岸采用Mu60M7.5漿砌石擋墻，擋墻頂寬0.40 m，坡比1 ∶0.45，擋墻埋深1.00 m；水生種植池采用Mu60M7.5漿砌石擋墻，擋墻頂寬0.40 m，坡比1 ∶0.40，擋墻埋深0.50 m；臺(tái)地以上采用C20 混凝土擋墻，擋墻頂寬0.40 m，坡比1∶0.50，擋墻埋深0.50 m，擋墻每隔10 m設(shè)置伸縮縫一道，內(nèi)填閉孔泡沫板。擋墻在垂直高度0.50 m以上設(shè)DN10PVC排水孔，縱橫間距2 m一個(gè)，梅花型布置?？紤]右岸規(guī)劃建筑基礎(chǔ)較高，采用自嵌式生態(tài)磚擋墻銜接。生態(tài)磚基礎(chǔ)采用C20 混凝土，頂部采用預(yù)制C20 混凝土壓頂，后背填土可采用加筋土以保持邊坡穩(wěn)定。

分洪渠樁號(hào)0+120～0+720 段，臺(tái)地以下為C20 混凝土擋墻，擋墻頂寬0.40，坡比1 ∶0.40，擋墻埋深1.00 m；臺(tái)地以上采用C20 混凝土擋墻，擋墻頂寬0.40 m，坡比1 ∶0.40，擋墻埋深0.50 m，擋墻每隔10 m 設(shè)置伸縮縫一道，內(nèi)填閉孔泡沫板?；炷翐鯄υ诖怪备叨?.50 m 以上設(shè)DN10PVC 排水孔，縱橫間距2 m一個(gè)，梅花型布置。邊坡為草籽護(hù)坡。

3 堤防設(shè)計(jì)

3.1 新建堤防堤身斷面設(shè)計(jì)的基本要求

①堤防斷面堤頂高程。堤頂超高采用0.30～0.80 m。②堤防斷面堤頂寬度。按規(guī)范要求，此工程為4 級(jí)堤防，堤頂寬度規(guī)劃為3 m。③內(nèi)外邊坡。按照規(guī)范要求，依據(jù)堤防等級(jí)、堤高等條件，經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算，在確定內(nèi)邊坡采用1 ∶2～1 ∶2.50，外邊坡與地面銜接一致。④堤防斷面堤頂結(jié)構(gòu)。堤頂路面由堤頂中心線向內(nèi)外兩側(cè)傾斜，坡度2%以滿足堤頂排水要求。

3.2 河岸堤防堤身加高培厚

河道岸坡堤防各堤段堤身加培按擬定的標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行加培。外灘較寬且堤內(nèi)房屋較多的堤段采用外幫加培，深泓逼岸或外灘較窄的堤段采用內(nèi)幫加培，堤防高、寬、邊坡達(dá)標(biāo)的堤段采取兩邊幫加培；同時(shí)要節(jié)約工程量，局部順直堤線。

為保證新老堤結(jié)合緊密，無(wú)論外幫還是內(nèi)幫，填筑前設(shè)計(jì)將堤坡和堤腳的草皮、樹(shù)根、腐殖物等清理干凈，清基范圍為加培邊界外延0.50 m，清基厚度為0.20 m。填筑時(shí)應(yīng)將坡面刨毛，保持應(yīng)有的水分，并分層碾壓密實(shí)。

堤身填筑土料為粉質(zhì)壤土和粉質(zhì)粘土，設(shè)計(jì)填筑壓實(shí)度不應(yīng)小于0.90，填筑土料含水量與最優(yōu)含水量允許偏差小于±3%。

3.3 堤線布置及堤距

根據(jù)邕河實(shí)測(cè)資料和現(xiàn)有建筑物情況，堤線布置根據(jù)上下游、左右岸統(tǒng)籌兼顧的指導(dǎo)思想，遵循少拆遷少占地；堤線力求平穩(wěn)，各堤段平緩連接，不采用折線急彎堤線，盡可能避開(kāi)軟弱地基、強(qiáng)透水地基、深水地帶和古河道；不縮窄行洪斷面，確保行洪安全，且工程布置與周圍規(guī)劃建設(shè)相協(xié)調(diào)，確定堤線按現(xiàn)有位置，保證基本不縮窄現(xiàn)有河道行洪斷面。

3.4 堤型選擇

河道堤防對(duì)C20混凝土擋墻、漿砌石擋墻2種方案進(jìn)行比較。方案一：采用Mu60M7.5 漿砌石擋墻，Mu60M7.5 漿砌石抗凍、抗磨和耐久性好（使用年限25-40 a），施工簡(jiǎn)單，投資較小，糙率大，透水性好。方案二：采用C20混凝土擋墻，C20混凝土糙率小、弱透水、抗沖、耐久性好（使用年限30-40 a），但施工受季節(jié)影響較大，投資稍高。

經(jīng)綜合比較，此次邕河設(shè)計(jì)親水平臺(tái)下采用漿砌石擋墻，平臺(tái)以上采用C20混凝土擋墻；分洪渠采用C20混凝土擋墻。

3.5 堤頂高程確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，邕河防洪標(biāo)準(zhǔn)按20 年一遇設(shè)計(jì)，堤防工程級(jí)別為4 級(jí)，4 級(jí)堤防安全加高0.30～0.60 m。設(shè)計(jì)堤頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+安全超高。設(shè)計(jì)安全超高=設(shè)計(jì)波浪爬高+風(fēng)壅增高+安全加高。風(fēng)浪要素按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式（2）中：RP為風(fēng)浪累積頻率為P 的平均波浪爬高（m）；m為坡比系數(shù)（取2.00）；KΔ為斜坡糙率和滲透性系數(shù)（生態(tài)混凝土塊取0.90）；KV為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（查表取1.01）；Kp為風(fēng)浪爬高累積頻率換算系數(shù)；H-為堤前波浪的平均波高（m）；L為堤前波浪的波長(zhǎng)（m）。計(jì)算結(jié)果邕河20年一遇為0.02 m。

風(fēng)壅水面高度按以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式（3）中：e是計(jì)算點(diǎn)風(fēng)壅水面高度（m）；K是綜合摩阻系數(shù)（取K=3.6×10-6）；V是設(shè)計(jì)風(fēng)速（取7 m/s）；F是由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離（m）；d 是水域平均水深（m）；β是風(fēng)向垂直于堤軸線法線的夾角（°）。

計(jì)算結(jié)果邕河壅高很小可以忽略不計(jì)。

根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)，邕河設(shè)計(jì)安全超高20 年一遇為0.32 m。《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》6.3.3條規(guī)定土堤頂面應(yīng)高出設(shè)計(jì)靜水位0.30 m以上，堤頂超高取0.30～0.80 m。經(jīng)計(jì)算，采用邕河堤防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該段堤頂超高選取0.30 m。

4 河道岸坡基礎(chǔ)沖刷分析計(jì)算

4.1 水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷計(jì)算

式（4）中：hB—局部沖刷深度（m）；hp—沖刷處水深（m），以近似設(shè)計(jì)水位最大深度計(jì)算；Vcp—平均流速（取3.40 m/s）；V允—河床面上允許不沖流速，卵石V允=1.50 m/s；n—與岸坡形狀有關(guān)的系數(shù)（取0.25）。

4.2 河道水流流向斜沖岸坡造成的沖刷計(jì)算

式（5）中：HB—從河底算起的局部沖深（m）；α—水流流向與岸坡交角（°），α=20°；m—護(hù)岸工程迎水面邊坡系數(shù)（取2）；d—坡腳處土壤計(jì)算粒徑（取2.50 cm）；vj—水流的局部沖刷流速。

經(jīng)計(jì)算，邕河20 年一遇最大沖刷深度為0.58 m，因此，基礎(chǔ)埋深取1.00 m；分洪渠分洪160 m3/s 時(shí)最大沖刷深度為0.63 m，因此，基礎(chǔ)埋深采取1 m。

5 擋土墻穩(wěn)定分析

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，重力式擋墻計(jì)算工況荷載組合為：①設(shè)計(jì)工況1，完建期；②設(shè)計(jì)工況2，墻前設(shè)計(jì)洪水；③校核工況，墻前設(shè)計(jì)洪水，地震。

計(jì)算結(jié)果顯示，河岸堤防擋土墻抗滑安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，擋土墻抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，河道岸坡整治工程設(shè)計(jì)包括工程概況，護(hù)岸整治工程設(shè)計(jì)，新建堤防、護(hù)岸基礎(chǔ)沖刷分析計(jì)算，擋墻穩(wěn)定分析。河道護(hù)岸整治工程設(shè)計(jì)成果可為類似工程提供參考。