某小型河道綜合治理工程設計探討

劉志宏

(綏中縣水利事務服務中心，遼寧 葫蘆島 125200)

1 工程概況

某河道全長15.1 km，其中部分段河道內淤積嚴重，邊坡為土質邊坡，水土流失嚴重，河道不滿足行洪要求。為進一步加大水土流失嚴重地區生態綜合治理力度，保護生態環境，擬對該河道進行生態綜合治理[1]。該河道生態綜合治理主要包含河道清淤防滲，河道兩岸防洪水位以下采用賓格石籠邊坡護砌，防洪水位以上采用草皮護坡。賓格石籠邊坡護砌1 260 m、草皮護坡5 670 m2、栽植綠化樹木500株；新建攔水壩5座，20年一遇的河道防洪設計標準，工程抗震設防烈度為Ⅶ度。

2 河堤設計

河道治理長度630 m，河道斷面形式為梯形斷面，邊坡比1∶3，河道兩岸防洪水位以下采用賓格石籠邊坡護砌，防洪水位以上采用草皮護坡，河道上河口種植垂柳綠化，垂柳種植株距3 m，擬種植垂柳500株，垂柳胸徑7 cm。

2.1 河道參數計算

堤頂超高[2]：

Y=Rp+e+A

(1)

式中：A為安全加高，A=1 m；Rp為累計頻率為p的波浪爬高；e為設計風壅增水高度。

(2)

式中：K為綜合摩阻系數；V為設計風速；F為高計算點逆風向量到對岸的距離,m；d為水域的平均水深；β為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角。

代入各值，九龍灣e=0.01～0.02 m。

(3)

將各值代入式(1)，計算結果見表1。河道設計底寬16 m，邊坡高3 m，設計水深2 m，設計邊坡采用1∶3土質邊坡。

表1 某河道參數統計

2.2 賓格石籠邊坡護砌

格賓籠又叫格賓網，是由低碳鍍鋅覆塑鋼絲使用機械編織而成的六角形網箱結構。網箱鋼絲主要由邊端和網面鋼絲組成，其類型和要求見表2。所用鋼絲要求重鍍鋅覆塑，鍍鋅量要大于245 g/m2，覆塑的厚度也應大于0.5 mm，其抗拉強度要求在350～500 MPa之間，延伸率應高于10%[4]；格賓石籠內填料重度應滿足18～19 kN/m3，填石為大于MU30的卵石或者硬質巖質塊石，粒徑在100～250 mm較為合適。為確保回填的砂礫不會流失，應在其格賓擋墻后設置無紡土工布，克重250～300 g/m2，施工折邊大于0.3 m[5]。見圖1。

表2 網箱鋼絲類型及要求

圖1 普通格賓示意

組裝格賓的原則：形狀應規則，絞合相對牢固，所有豎直面板上邊緣要在同一水平面上，且確保面板上端水平邊緣與蓋板邊緣能夠絞合。石料填充務必均勻地向同一層各箱格內放入填充料，單格網箱不能一次性投滿。填料施工時，應將每層的投料厚度控制在33 cm上下，正常情況下1 m高網箱應分3到4層投料。可根據土壤和氣候以及景觀的要求，選擇植被灌木或草種，網箱封蓋后，應將壤土在空隙處填滿，頂部填滿高約5 cm壤土[6]。

3 邊坡穩定與河道沖刷分析

邊坡穩定分析包括施工完建期迎水面邊坡穩定、穩定滲流期形成穩定滲流時的迎水面邊坡穩定、水位降落期迎水面邊坡穩定。采用《北京理正邊坡穩定分析軟件5.11版》瑞典圓弧法計算，對邊坡穩定進行分析。根據《水工建筑抗震設計規范》(SL 203-1997)，工程抗震設防類別為丙級，穩定分析時地震烈度為7度，地震動峰值加速度為0.10 g。邊坡抗滑穩定計算選用兩種典型斷面進行邊坡穩定分析，需要的堤體土料物理力學指標按地質報告提供數據[5]。

3.1 抗滑穩定計算

采用理正邊坡穩定分析軟件，對邊坡的抗滑穩定性進行計算。在計算過程中，根據不同的條件，可分別采用有效應力法或總應力法：總應力法應用于施工期是上游死水位工況；有效應力法和總應力法同時用于水位降落期；有效應力法均用于穩定滲流期。由表3穩定計算成果可知，河道邊坡滿足穩定要求[5]。

表3 穩定計算成果

3.2 河道沖刷深度

沖刷深度：

(4)

其中：hp=ph

(5)

式中：h為沖刷前水深；p為系數。

將hB的計算結果列表，見表4。

表4 沖刷計算成果

4 攔河壩設計

為攔截泥沙，增加河道景觀，形成景觀水面，在該河道新建攔水壩5座。攔河壩壩體采用M10漿砌石駝峰堰，壩高1.5 m，壩體采用1∶3水泥砂漿砌筑毛石基礎，壩體基礎采用厚100 mm的C15混凝土墊層。

4.1 攔河壩寬

根據《溢洪道設計規范》(SL 253-2000)和《水力計算手冊》，攔河壩寬[6]：

(6)

式中：Q為流量，m3/s，Q=135 m3/s；H0為計入總流速水頭的堰上水頭，H0=2.6 m；ε為閘墩側收縮系數，ε=1；m為流量系數。

P1/H0>0.34，m=0.452(P1/H0)-0.032

經計算，攔河壩寬B=10 m。

4.2 壩體穩定分析

采用《漿砌石壩設計規范》(SL 25-1991)中所提供計算公式：

(7)

式中：K為抗剪斷計算的抗滑穩定安全系數；f1為滑動面上的抗剪斷摩擦系數；C1為滑動面上的抗剪斷凝聚力；A為滑動截面面積；w為作用于計算截面以上壩體的全部荷載對滑動平面的法向分值；P為作用于計算截面以上壩體的全部荷載對滑動平面的切向分值。

新砌M10漿砌石，f1取0.6，C1取50×104Pa。應用《水利水電工程PC—1500程序集》計算：在正常情況下：K=1.81>[1.15]；在非常情況下：K=1.55>[1.00]，表明壩體抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

5 結 論

1) 河道設計底寬16 m，邊坡高3 m，設計水深2 m，斷面形式為梯形，采用1∶3土質邊坡。河道兩岸防洪水位以下采用賓格石籠邊坡護砌，防洪水位以上采用草皮護坡，河道上河口種植垂柳綠化，垂柳種植株距3 m，擬種植垂柳500株，垂柳胸徑7 cm。

2) 施工完工期、水位降落期、穩定滲流期的計算邊坡滑動安全系數均滿足河道邊坡的穩定性要求，河道沖刷深度總深度0.63 m

3) 河壩壩高1.5 m，壩寬10 m，壩體采用1∶3水泥砂漿砌筑毛石基礎，壩體基礎采用厚100 mm的C15混凝土墊層。在正常情況與非常情況下，壩體抗滑穩定安全系數均滿足要求。