大凌河閻白段綜合治理一期護岸工程設計分析

劉香驛

(北票市凌河保護區(qū)管理局，遼寧 北票122100)

1 工程概況

本次項目區(qū)位于朝陽市北票南八家鄉(xiāng)二官營橋上、下游，治理河段為大凌河干流，從二官營橋上游700 m處至下游300 m 處，共計1 km，治理面積為29.47 hm2。項目區(qū)主要涉及北票市南八家鄉(xiāng)八家子村二官營組。

大凌河位于遼寧省西部，是遼寧省西部最大的河流。大凌河有兩源:北源出凌源縣打鹿溝，南源出建昌縣黑山，到大城子附近會合，東北流經努魯兒虎山和松嶺間縱谷，接納老虎山河、牤中河、西河等支流，到義縣轉向循醫(yī)巫閭山西側南流，在錦縣東南注入遼東灣［1－2］。

大凌河全長397 km，流域面積2.35 萬km2，流域內年降水量450 ～600 mm，年均徑流量16.67 億m3，流經碎屑巖、火山巖和黃土地區(qū)，含沙量達57 kg/m3，水土流失嚴重。本次治理河段為大凌河北票南八家鄉(xiāng)段。目前，該河段現(xiàn)有漫水橋一座，左岸灘地處存在采沙場遺留的大型沙坑3個，河段周邊堆放大量的生活垃圾，周圍生態(tài)環(huán)境遭到不同程度的破壞和污染。

2 護岸工程設計

2.1 護岸工程布置

本次設計在二官營橋上游樁號D0 +200 －D1 +000 左岸沿灘地邊緣采用石籠、灌木護坡護腳相結合的形式，增強抗沖刷能力，減小破壞，防止急流掏刷，一定程度上保證魚池安全［3］。石籠護岸工程總長820 m。

為保證魚池邊坡穩(wěn)定，本次設計分別對“繁殖池”“保育池”“成魚池”進行防護，沿池塘右側邊緣采用階梯式石籠防護，長度共計460 m。

具體布置及工程量如表1 所示。

表1 石籠護岸工程量表

2.2 護岸工程設計

由于河道的一些特殊斷面及彎道處斷面較窄而深，為了對邊坡底部進行防護并拓寬河道過水斷面，防止沖刷河岸，本次設計對灘地段采用石籠護岸形式。石籠護岸上部進行修坡整形，土坡要進行削坡夯實處理，使其坡比達到穩(wěn)定形式［4－5］。

2.2.1 護岸形式

本次河道治理工程護岸工程設計采用石籠與植被護岸相結合的護岸形式。石籠是將鐵絲編織的雙鉸六角形柔性金屬網經剪裁、編邊和組合后制成的網籠金屬網綁扎成箱型結構并相互連接的網籠。在石籠內填入適當?shù)氖瘔K，石塊粒徑≥20 cm，塊石強度＞30 MPa，石籠網格采用，網格為12 ×15cm，砌筑找平綁扎蓋網形成的石籠護岸;在石籠護岸外側栽種喬木與灌木形成植被護岸［6－7］。

植被、石籠與土坡三者形成一個剛柔兩性的“板塊”。柔中帶剛，既綠化環(huán)境，保持水土，又能適應一定的位移。1 ～2 a之后，根系深扎，盤根錯節(jié)，起連接作用的鐵絲網將與具有強大的再生力的植被根系共同發(fā)揮護岸作用。

本次設計主河道樁號D0 +200 －D1 +000 左岸處，邊坡加高培厚并修坡整形，迎水坡比1∶2，背水坡比1∶5。坡頂設20 cm厚碎石道路，下設10 cm沙石墊層，路寬3 m。

背水坡頂沿路邊栽植單排垂柳(間隔3 m)，背水坡種植草皮及灌木。迎水坡采用石籠貼坡防護，厚度為0.3m，設計水位以上至堤頂采用灌木護坡，行距均為0.4 m;堤腳采用蜂巢格網石籠護腳，寬1.0 m，埋深1.5 m。石籠護岸結構示意圖如圖1所示。

圖1 石籠護岸結構示意圖

為了保證洪水來臨時魚池的安全，本次設計在魚池右側邊坡進行階梯式貼坡石籠防護，石籠網箱長1m，高0.5m，分為4 層，總長度為460m。石籠護岸結構(池塘)示意圖如圖2 所示。

圖2 石籠護岸結構(池塘)示意圖

2.2.2 護岸穩(wěn)定計算

護岸高度H =2 m，護岸采用石籠網材料。護岸后傾角α，護岸結構單位長度體積V =1.35 m3/m，土對石籠護岸基礎的摩擦系數(shù)μ，箱籠回填石材為卵石，重度為γ，孔隙率n =0.3，護岸背填土凝聚力C = 0，填 土 內 摩 擦 角 φ = 30°，填 土 重 度 為18 kN/m3，護岸結構的重度為17.5 kN/m3。地基承載力特征值fak=160 kPa。石籠護岸下部埋深1 m，具體尺寸見結構圖［8］。

2.2.2.1 主動土壓力計算

式中:Ka 為主動土壓力系數(shù);φ 為填土內摩擦角;Ea為主動土壓力;γ 為填土重度;h 為石籠護腳高度。

主動土壓力計算結果見表2。

2.2.2.2 石籠護岸的抗滑穩(wěn)定計算

式中:Ks為抗滑移安全系數(shù);Gn為土墻每延米自重在垂直于基底方向的分力;Gt為土墻每延米自重在平行于基底方向的分力;Ean為主動土壓力在垂直于基底方向的分力;Eat為主動土壓力在平行于基底方向的分力;μ 為土對石籠護腳基礎的摩擦系數(shù)［9］。

經計算，抗滑移安全系數(shù)Ks＞1.3，滿足穩(wěn)定要求。護岸的抗滑穩(wěn)定計算結果見表2。

2.2.2.3 石籠護岸的抗傾穩(wěn)定計算

式中:Kt為每延米抗傾覆安全系數(shù);G 為每延米護腳的重力;Eax為每延米主動土壓力的水平分力;Eaz為每延米主動土壓力Ea的垂直分力;x0、xf、zf分別為G、Eax、Eaz至墻趾O 點的距離。

經計算，傾覆安全系數(shù)Kt＞1.6，滿足穩(wěn)定要求。護岸的抗傾穩(wěn)定計算結果見表2。

2.2.2.4 石籠護岸基底壓應力的計算

式中:σmax為基底的最大應力;∑G 為垂直荷載，kN;A 為底板面積，m2;∑M 為荷載對底板形心軸的力矩，kN·m;W 為底板的截面系數(shù)，m3。

經計算，基底最大壓應力σmax＜160kPa。護岸底壓應力的計算結果見表2。

表2 護岸穩(wěn)定計算結果

2.2.2.5 河道沖刷計算

石籠護岸工程河道沖刷深度可按下式計算:

式中:hs為局部沖刷深度，m;Ucp為近岸垂線平均流速m/s;Uc 為泥沙的啟動流速，m/s;黏性與沙質河床采用張瑞瑾公式計算，卵石，m/s;H0為沖刷處的水深，m;n 為與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取1/4［10］。

河床采用長江科學院公式計算:

式中:d50為河床的中值粒徑，m;H0為行進水流水深，m;rs，r 分別為泥沙與水的重度，kN/m3，g 為重力加速度，m/s2;Ucp 的計算應符合下列規(guī)定:

式中:U 為行近流速，m/s;η 為水流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α 角查表采用。

根據(jù)朝陽站5 a 一遇天然洪峰流量為2 316 m3/s，河道平順段沖刷深度計算表見表3，水流斜沖岸坡沖刷深度計算表見表4。

表3 河道平順段沖刷深度計算表

表4 水流斜沖岸坡沖刷深度計算表

根據(jù)表3 可知5 a一遇洪峰流量為2 316 m3/s時，結論:石籠護岸基礎沖刷深度平順段及凸岸段設計值取1.5 m，凹岸斜沖段設計值取2 m。

3 結 語

工程實施后，可有效提高河道兩岸的防洪能力，而護岸工程設計的科學性和合理性更加保證了工程的順利實施。

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