淺談渾河右岸王家灣橡膠壩下游段岸坡治理思路

趙 珊

(沈陽市水利建筑勘測設計院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

1 工程區概況

1.1 地理位置

渾河的發源地位于撫順市清源縣長白山余脈龍崗山脈的滾馬嶺，自東北向西南流經撫順、沈陽、遼陽、鞍山、盤錦、營口等地區，沿途有太子河、細河、蒲河、外遼河等匯入，經營口入海。渾河干流河道長度是495 km，流域面積為28 260 km2。

沈陽市渾河王家灣橡膠壩位于干河子攔河壩下游6.86 km，始建于2004年11月。設計洪水標準為50 a一遇。總長401 m，共分7孔，其中前5孔為充氣橡膠壩，壩底板高程43 m，每孔壩袋長66 m，中敦厚1.0 m，第6、7孔為充水式橡膠壩，每孔泄流凈寬32.5 m，壩底板高程43.8 m，壩頂高程為45.8 m，王家灣橡膠壩壩頂設計溢流量247 m3/s。

項目區位置處渾河城市段長青橋～新立堡橋段(王家灣橡膠壩下游)，為平原區，本區地勢平坦、開闊，是沈陽市重點經濟開發區域。現狀河道主河槽寬約300 m，位于渾河主河道，河道兩岸建有堤防，堤距約650 m，灘地上為生態林。

為了滿足該段河道的防洪要求，同時完善渾河沈陽城市段河道的生態景觀建設，提供安全舒適的宜居環境，亟需對缺少防護段岸坡進行治理，完善防洪體系，提高防洪能力，消除安全隱患。本工程的建設，不但能為區域經濟發展提供安全保障，而且工程建成后，能使渾河沈陽城市段的防洪體系得到完善，確保防洪安全，對沈陽市今后社經濟的可持續發展具有重要意義。

1.2 水文資料

項目區位于長青橋與新立堡橋之間，300 a一遇以內設計洪水成果采用沈陽站成果，與修編規劃中洪水成果保持一致，即采用修建關山1水庫后沈陽站的組合設計流量成果，見表1。

圖1 工程平面位置圖

表1 擬建工程所在河段處設計洪水成果表

項目區安排在非汛期施工。施工期洪水采用沈陽站實測資料計算，本次統計沈陽站非汛期歷年實測3-5月逐月最大流量，統計年份為上游大伙房水庫建成后的1959-2015年。根據統計流量數據，對3-5月逐月最大流量按經驗頻率進行頻率計算，得到施工期設計洪水317.60 m3/s，計算成果見表2。

表2 施工期設計洪水計算成果表 m3/s

1.3 地形地質概況

(1)工程區地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，相應的地震基本烈度為Ⅶ度。

(2)根據地質資料分析，工程區地表為第四系覆蓋。下部為耕植土、粉質粘土層、中粗砂、圓礫，適宜修建水工建筑物。

(3)工程區內勘察期間地下水位埋深-1.6～1.90 m，與河水聯系密切，在河床與河水處匯為一體。

(4)根據水分析的腐蝕性試驗結果，該場區地下水對鋼結構有弱腐蝕性。

(5)工程區標準凍結深度為1.2 m。

(6)河道地質巖性為耕植土、粉質粘土層、中粗砂、圓礫，抗沖能力較弱，洪水期，局部河段易受水流沖刷，須采取措施進行防護。

2 渾河右岸王家灣橡膠壩下游段岸坡治理

設計

2.1 整治原則

2.1.1 安全性原則

整治工程在防沖滿足要求的基礎上，有利于控制水流流向，減輕河水對岸坡的沖刷，確保河岸安全。針對洪水沖涮嚴重，容易發生險情的工程位置，要提高工程標準，保證岸坡安全穩定。工程段河道已建護岸應對其完好程度及穩定性進行校核，對不滿足防沖要求或已年久失修、局部損毀的護岸段應進行維修加固，提高標準，使其達到設計要求，確保安全。

2.1.2 經濟性原則

整治工程在合理經濟范圍內，盡量實現風效益最大化、風險最小化，在確保防洪安全的基礎上，應多考慮當地對生態、景觀等方面的要求，充分發揮投資效益最大化。護岸盡量順應地形修筑，坡比滿足設計要求的自然坡段盡量采用現狀土坡作為設計邊坡，盡量減少開挖和填筑，盡量避免占地及拆遷的情況，以降低因此而增加的費用。

2.1.3 景觀性及自然性原則

整治工程布置在遵循以上原則的同時，充分利用好現有的地形、現有的生態條件，做到規劃設計與自然景觀相結合，打造出一道既美觀又實用的環境工程，更好的為城市發展建設奠定良好基礎。

2.2 治理工程典型設計

2.2.1 工程設計內容

圖2 河道橫斷面典型設計圖

2.2.2 固濱籠計算

固濱籠設計計算采用《生態格網結構技術規程》(CECS 353:2013)中計算公式，具體如下：

1)固濱籠中填石的平均粒徑Dm應按式(3)計算：

(1)

經計算并綜合分析得平順護岸填石平均粒徑Dm=0.22 m。

2)固濱籠厚度按計算

t=2.0Dm

(2)

式中：t為固濱籠的最小厚度。

按照公式(2)，經計算固濱籠最小厚度為0.44 m，結合工程實際情況和工程經驗，平順護岸固濱籠厚度取0.5 m。

2.2.3 岸坡穩定計算

本工程岸坡穩定計算采用工程段YA0+236樁號對應斷面作為典型斷面。岸坡穩定計算考慮以下兩種工況：一是設計洪水位下穩定滲流期的臨水側堤坡抗滑穩定；二是施工期的臨水側堤坡。

1)岸坡土料指標

岸坡土料主要以粉質粘土為主，本次設計采用地勘建議物理力學指標如表3。

表3 岸坡土料物理力學指標表

2)抗滑穩定計算

本次岸坡抗滑穩定采用北京理正軟件設計研究院的巖土工程系列軟件5.11版進行計算，計算成果詳見表4。經計算可知，岸坡設計斷面均能滿足抗滑穩定要求。

表4 岸坡抗滑穩定計算成果表

2.2.4 沖刷深度計算

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)計算局部沖刷深度，公式及計算過程如下：

(3)

(4)

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；η為水流流速不均勻系數。

對于砂礫及卵石的起動流速，采用長江科學院的起動公式(5)計算。

(5)

式中：Uc為泥沙起動流速(m/s)；d50為床沙的中值粒徑(m)；H0為行近水流水深(m)；γs、γ為泥沙與水的容重(kN/m3)，18.0kN/m3和9.81kN/m3；為重力加速度(m/s2)。

在現狀河道地形條件下，發生50 a一遇洪水時，擬建工程主河槽和灘地一般沖刷深度經計算分別為3.7 m。本次工程設計采用混凝土樁基礎，地下埋深7 m，大于計算沖刷深度，且埋深≥4 m，滿足規范要求。

3 結語

(1)渾河右岸王家灣橡膠壩下游段岸坡治理工程的建設，不但能為區域經濟發展提供安全保障，而且工程建成后能使渾河沈陽城市段的防洪體系得到完善，提高防洪能力，消除安全隱患，進一步保障人民的生命財產安全。對沈陽市今后社會、經濟的可持續發展具有重要意義。

(2)工程建成后可以使王家灣橡膠壩下游段的整體形象得到極大改善，將把渾河建設成一個既有濃厚生態氣息，又有怡人景觀的河道。項目實施后可以為該地區沿線的人民提供一個旅游、休閑、消暑納涼的好去處。使久居都市的人們有機會體驗回歸大自然的感覺。該工程的興建還提高了本地區對商家投資的吸引力，大大促進了本地區工業、貿易和旅游等部門的經濟發展。