淺析金寨縣白水河護岸擋墻工程設(shè)計

雷 鳴

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司安徽分公司,安徽 合肥 230000）

1 金寨縣白水河護岸工程總布置

本次白水河治理累計治理河道長度為13.83 km,總計分為17 個治理段,主要工程內(nèi)容包含新建（重建）護岸、蓄水堰及過路箱涵、清淤清障等。其中護岸擋墻主要采用（鑲面）重力式擋墻及鑲面衡重式擋墻,累計新建護岸擋墻（含格賓石籠）8997 m?；睒錇澈狱S嶺防護段新建蓄水堰2 座,堰身長13.7 m,堰身凈高均為0.9 m。新建或拆除重建過路涵2 座,分別為古碑鎮(zhèn)姊妹河堰灣防護段過路涵及花石鄉(xiāng)白水河方家灣防護段過路涵,均采用箱涵結(jié)構(gòu),前者截面尺寸為2.0 m×2.3 m（寬×高,下同）,長4.8 m；后者截面尺寸為2.8 m×3.0 m,長5.0 m。僅清淤清障總長度6919 m,本工程合計清淤清障量為67.64 萬m3。同時配套下河踏步、排水涵管、護欄及警示樁等附屬設(shè)施。

2 護岸擋墻型式選擇

結(jié)合現(xiàn)有護岸結(jié)構(gòu),結(jié)合山區(qū)河道坡陡流急的特點,同時盡量避免大量挖方并節(jié)約用地,減少拆遷,設(shè)計河道護岸采用墻式護岸擬選取鑲面C20 砼重力式擋墻、鑲面C20 砼衡重式擋墻、扶壁式擋墻3 種型式擋墻進行方案比選,本次選取總高4.5m（不含抗滑凸隼高度）擋墻進行比選。在保證河道過水?dāng)嗝婷娣e一致的前提下,河道斷面護岸擋墻型式比選如下：

（1）鑲面C20 砼重力式擋土墻

本次金寨縣白水河治理工程涉及重力式擋土墻以鑲面C20 砼重力式擋土墻為主,故以該重力式擋墻為例進行設(shè)計說明。該擋墻由壓頂、墻身、基礎(chǔ)組成。背水側(cè)坡度1∶0.5,迎水側(cè)坡度1∶0.05,壓頂、基礎(chǔ)及墻身均采用C20 砼砌筑,擋土墻迎水面設(shè)200mm 厚鑲嵌面石,墻內(nèi)設(shè)雙排φ75PVC排水管。鑲面重力式擋土墻結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 鑲面重力式擋土墻

（2）C25 鋼筋砼扶壁式擋土墻

扶壁式擋土墻由墻身、基礎(chǔ)和扶壁組成。墻身厚0.4 m、扶壁厚0.4 m,墻趾懸挑長0.6 m,墻趾板厚0.5 m；墻踵懸挑長3.1 m,墻踵板厚0.5 m,扶肋間距5.0 m。墻身及扶壁均采用C25 鋼筋砼,墻內(nèi)設(shè)雙排φ75PVC 排水管,每隔10.0 m 設(shè)置一道沉降縫。扶壁式擋土墻典型結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 扶壁式擋土墻

（3）鑲面C20 砼衡重式擋墻

鑲面衡重式擋土墻由壓頂、墻身、衡重臺及基礎(chǔ)組成。壓頂寬0.5 m,厚0.2 m,C20 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。墻身由C20 混凝土砌筑,迎水側(cè)坡比1∶0.1,背水側(cè)上墻背坡坡比為1∶0.25、下墻背坡坡比為1∶0.30,擋土墻迎水面設(shè)200 mm 厚卵石鑲面,墻身設(shè)置φ75PVC 管,傾斜度5%,管頭采用土工布結(jié)合反濾包封堵?；A(chǔ)底板厚0.8 m,墻趾側(cè)設(shè)置齒墻,齒墻高0.5 m,寬0.5 m。衡重式擋土墻典型結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 鑲面衡重式擋土墻

本次金寨縣白水河治理工程主要位于山區(qū),所涉及河流均為坡陡流急的山溪性河流,匯流時間短,洪水暴漲暴落,洪峰流量大,洪水次數(shù)頻繁,洪水歷時短,流速大,沖刷力度大,要求護岸材料來源廣、容易購買,占地少,堅固耐久,抗沖刷、耐磨損性能強。

方案一鑲面C20 砼重力式擋土墻,施工簡單,主要材料來源廣、易購買,堅固耐久,抗沖刷、耐磨損性能強,相對坡式護岸可避免大量挖方并可節(jié)約用地,減少拆遷。在擋土墻外立面砌筑一層漿砌石,與周邊環(huán)境相融合,為金寨縣常規(guī)做法。兼顧堅固耐久,抗沖刷、耐磨損性能強的優(yōu)點,同時塊石用量較小,材料容易購買。擋墻適用高度范圍靈活,在中等堅實地基上適用8 m 以下各種高度。但邊坡開挖,將產(chǎn)生一定量的工程占地。

方案二C25 鋼筋砼扶壁式擋土墻,墻身及整體穩(wěn)定性較好,在擋墻高度超過8m 時經(jīng)濟性及可靠性均優(yōu)于重力式擋土墻。但扶壁式擋土墻需配筋,施工難度相對較大,對施工隊伍技術(shù)水平要求較高,且方案二工程造價最高。外立面為混凝土,與環(huán)境協(xié)調(diào)性較差。

方案三鑲面C20 砼衡重式擋土墻能利用減重臺上的填土重增加自身穩(wěn)定,并使地基應(yīng)力分布較為均勻。當(dāng)擋墻高度較大時,采用衡重式擋土墻將會顯著減少開挖量、減少施工占地,同時節(jié)省工程投資。但方案三鑲面C20 砼衡重式擋土墻相較方案一、方案二施工難度最大,墻后填土難以壓實,同時對地基承載力要求較高。

三種方案比選優(yōu)缺點見表1。

表1 護岸結(jié)構(gòu)型式比選表

3 護岸擋墻型式設(shè)計

綜合考慮上述三種護岸擋墻方案優(yōu)缺點,同時本工程堤防設(shè)計擋墻高度主要集中在3 m～6 m,僅在局部治理段有少量斷面擋墻高度超過7 m,綜合考慮擋土墻經(jīng)濟性、實用性及連續(xù)性,本次設(shè)計未采用扶壁式擋土墻,進而確定本次金寨縣白水河治理工程護岸擋墻按下述設(shè)計。

（1）重力式擋土墻

考慮到施工難度及與現(xiàn)狀護岸結(jié)構(gòu)型式相匹配,本次在局部工程區(qū)如花石鄉(xiāng)白水河支流蔡家灣防護段等部位采用C20 埋石砼重力式擋土墻?？紤]到本次金寨縣白水河治理工程在防洪保安的同時,對生態(tài)水景、改善人居環(huán)境有一定要求。應(yīng)地方政府要求,本次在其他大部分工程區(qū)重力式擋墻均采用鑲面C20 砼重力式擋土墻。

（2）扶壁式擋土墻

本工程堤防設(shè)計擋墻高度主要集中在3 m～6 m,僅在局部治理段有少量斷面擋墻高度超過7 m,綜合考慮擋土墻經(jīng)濟性、實用性及連續(xù)性,本次設(shè)計未采用扶壁式擋土墻。

（3）鑲面C20 砼衡重式擋土墻

由于古碑鎮(zhèn)白水河七鄰防護段現(xiàn)狀河道為松散土坡,頂部為混凝土道路及路肩擋墻,為盡量減少邊坡開挖量,維持上部邊坡及道路邊墻穩(wěn)定,加之河道地基為漂石土及基巖,承載能力較高。受限于工程地形條件,擬在該段采用方案三鑲面C20 砼衡重式擋土墻。

4 護岸抗沖刷計算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286-2013）規(guī)定,順坡及平順護岸沖刷深度計算公式：

式中：hs為局部沖刷深度,m；H0為沖刷處的水深,m；Ucp為近岸垂線平均流速,m/s；n 為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān),一般取n=1/4～1/6；d50為河床的中值粒徑,m；g 為重力加速度,9.8 m/s2；γs、γ為泥沙與水的容重,kN/m3；η為水流流速不均勻系數(shù),根據(jù)水流流向與岸坡交角α查表確定,見表2。

表2 水流流速不均勻系數(shù)

考慮沖刷最不利部位,并根據(jù)各河段河道軸線實際走向等情況,選取以下6 個代表斷面進行計算,具體位置見表3。

表3 代表斷面情況統(tǒng)計表

根據(jù)計算,護岸沖刷深度計算值見表4。

表4 抗沖刷深度計算成果

根據(jù)沖刷深度計算結(jié)果,本工程土基上設(shè)計擋墻埋深均大于計算深度,根據(jù)沖刷計算結(jié)果及河段實際情況,針對河面寬廣、流速流量較大、計算沖刷深度較大河段如花石鄉(xiāng)白水河石良組防護段護岸、槐樹灣鄉(xiāng)祝沖河黃畈防護段護岸、古碑鎮(zhèn)白水河南畈村防護段護岸等部位護岸擋墻埋深為1.7 m～1.8 m；對于河面狹窄、計算沖刷深度較小河段如花石鄉(xiāng)白水河支流蔡家灣防護段護岸等河段擋墻埋深為0.6 m～1.3 m。對于基礎(chǔ)為巖基的擋墻,設(shè)計擋墻基礎(chǔ)坐落于中風(fēng)化巖層上。

5 結(jié)語

河道護岸主要是強調(diào)安全性、穩(wěn)定性、景觀性、生態(tài)性、自然性和親水性的完美結(jié)合,因此,選擇適當(dāng)?shù)纳鷳B(tài)型護岸結(jié)構(gòu)和護岸材料,對著力構(gòu)建親水型防洪減災(zāi)、自然型生態(tài)修復(fù)、景觀型岸線利用為重點的生態(tài)護岸型式具有重要意義。