高速水流條件下邊坡護腳防護型式研究

□孫德升（遼寧省大伙房水庫管理局）

□賴增科（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院）

□李 燕（遼寧省大伙房水庫管理局）

高速水流條件下邊坡護腳防護型式研究

□孫德升（遼寧省大伙房水庫管理局）

□賴增科（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院）

□李 燕（遼寧省大伙房水庫管理局）

渾河閘位于渾河中下游，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。閘上下游落差較大，為了保證渾河閘工程的整體安全，文中對此處的防護型式進行了研究，決定采用鋼筋混凝土防淘齒墻對坡腳進行防護，并根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286-2013及樁基K法對防淘齒墻進行沖刷深度和穩(wěn)定計算復(fù)核，各部位應(yīng)力應(yīng)變均滿足規(guī)范及實際使用要求。經(jīng)過2013年汛期考驗，防淘齒墻防護效果良好，護坡未出現(xiàn)問題。

防淘齒墻;防護;水流;沖刷

1 工程概況

渾河閘位于渾河中下游，坐落于沈陽市鐵西區(qū)后謨家堡村。工程主體由攔河閘、渾沙和渾蒲灌渠進水閘三大部分組成。攔河閘共22孔，其中兩岸各有3孔沖砂閘。左右岸沖砂閘由于沒有消能設(shè)施，加上渾河閘下河段由于采砂造成的河道主槽變寬加深，天然河道比1982年最深河底下切了11.72m，閘上下游落差較大，因此導(dǎo)致沖砂閘末端水流流速很大，對護腳部位淘刷嚴重，沖刷深度大，一般的混凝土重力式護腳和石籠護腳容易被沖壞，無法保證護坡的安全。

2 技術(shù)特點

護腳工程的安全性直接影響到整個護坡工程的安全穩(wěn)定，常見的護腳形式有：素混凝土條形護腳、石籠護腳、拋石護腳、干砌石護腳、沉排和漿砌石并用護腳等。在設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)當依據(jù)護坡所處位置的地形、水流條件、護坡下部土料類型、護坡的材質(zhì)等因素綜合考慮確定護腳的型式。

針對渾河閘下游河道的水流特點，擬采用鋼筋混凝土防淘齒墻作為堤腳防護方案，護坡部分采用混凝土護坡。防淘齒墻具有以下幾個優(yōu)點：一是埋深大；二是自身穩(wěn)定性強；三是防滲能力強；四是整體性良好。

渾河閘下游護坡防護分成兩段，第一段長150m，采用混凝土結(jié)構(gòu)，第二段長300m，采用格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)。

3 計算與分析

第一段：樁號0+166.6m至樁號0+316.6m。此處水流流速很大，水流紊亂，因此文章重點考慮此處護坡的防護形式。護坡主要結(jié)構(gòu)為：27m高程平臺采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，20～27m高程護坡坡比1:2.5，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，護腳為1m厚鋼筋混凝土防淘齒墻，深度在8m、10m、12m之間選取。

經(jīng)過計算比較，8m的防淘齒墻穩(wěn)定和應(yīng)力不滿足要求，12m的防淘齒墻穩(wěn)定和應(yīng)力滿足要求，但是埋深的富余度過大，浪費材料，因此采用了既能滿足穩(wěn)定和應(yīng)力要求，又不浪費材料的10m深度。

第二段由于距離沖砂閘較遠，流速降低，水流已經(jīng)平穩(wěn)，因此采用格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)即可。

3.1 沖刷深度計算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB50286-2013），順壩及平順護岸沖刷深度計算公式：

分別計算了50年一遇洪水、100年一遇設(shè)計洪水、300年一遇校核洪水，最大沖坑深度為3.56m。

3.2 鋼筋混凝土防淘齒墻抗滑穩(wěn)定計算

防淘齒墻河道側(cè)放置10m寬石籠及大塊石，沖坑深度將大大減小，暫按2m沖坑計算防淘齒墻穩(wěn)定及應(yīng)力。

采用樁基K法對防淘齒墻進行計算。樁頂受水平荷載的撓曲微分方程為：

通過數(shù)學求解，得到滑動面以下樁身任一截面的變位和內(nèi)力的計算公式：

式中：φ1、φ2、φ3、φ4—K法的影響函數(shù)值（查表）

上式為K法的一般表達式，計算時要先求滑面處的xA和φA，才能求樁身任一截面的變位、內(nèi)力和地基土對該截面的側(cè)向應(yīng)力。

當樁底為自由端時，MB=0、QB=0、φ3=0、xB≠0，解得：

將xA和φA代入變位和內(nèi)力計算公式，可求得滑動面以下樁身任一截面的變位和內(nèi)力。

利用理正軟件樁基K法計算結(jié)果如下：

表1 樁基K法計算成果表

最大彎矩=512.229(kN-m) 距離樁頂4.969(m)

最大剪力=213.000(kN) 距離樁頂3.560(m)

最大位移=39(mm)

綜上所述，從20m高程向下至10m高程為100cm厚、深10m鋼筋混凝土防淘齒墻，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，完全滿足施工規(guī)范要求。

4 結(jié)論

深鋼筋混凝土防淘齒墻的應(yīng)力和穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，可以滿足工程的需要。經(jīng)過一年左右的實際運用，工程安全度汛，防淘齒墻防護效果良好，護坡沒有出現(xiàn)問題。

深鋼筋混凝土防淘齒墻施工過程中，采用施工器械龐大，占地多，更適用于平原河道且兩岸堤防為直線形式的施工環(huán)境。參考文獻

[1]徐俊.谷皮沖水閘除險加固工程設(shè)計[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2012(07).

[2]李海燕.葛洲壩水利樞紐三江航道護坡維護管理及修復(fù)的幾點設(shè)想[J].水運工程,1990(9).

[3]王健,李麗江,李燕,李日芳.鋼板導(dǎo)墻在渾河閘鋼筋混凝土防淘齒墻中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2007(04).收稿日期：2014-01-23

TV697.3+9

A

1673-8853(2014)06-0030-02

孫德升（1964-），男，高級工程師，從事水利工程建設(shè)與管理。

左英勇）