南水北調雙洎河渡槽工程河道沖刷及防護分析

□ 梁祥金 □ 陳秋紅 □ 郭曉萌（河南省水利勘測設計研究有限公司）

1 工程概述

雙洎河渡槽是南水北調中線工程總干渠與雙洎河的交叉建筑物，為南水北調工程的控制性工程。根據地質勘察報告可知，交叉斷面處雙洎河河道為彎道，右岸為侵蝕岸，左岸為堆積岸。右岸岸坡陡立，左岸寬緩，分布有漫灘及一級階地。右岸下為河道深槽，其表層為新沉積的淤泥質輕壤土，頂部高程98m，厚約6m，層底高程約92m，抗沖能力很差，下伏基巖為上第三系軟巖（N1L）,依次為砂巖（層底高程約88m）、粘土巖（層底高程68.50m）。左岸漫灘，覆蓋層為第四系松散層，從上至下依次為輕粉質壤土、細砂、卵石，下伏基巖為上第三系軟巖（N1L），依次為砂巖、粘土巖，覆蓋層厚0.00～7.80m。左岸一級階地覆蓋層從上至下依次為⑥重砂壤土和⑦卵石，下伏基巖為上第三系軟巖（N1L），依次為砂巖和粘土巖，覆蓋層平均厚約6m。由于近年采砂，左岸漫灘及一級階地表層主要為輕粉質壤土和重砂壤土，且地表之下卵石層已很少。

渡槽工程交叉斷面處的100a洪峰流量為4770m3/s，相應洪水位為109.35m，300a一遇洪峰流量6850m3/s，相應洪水位為110.57m。

2 河道沖刷分析

2.1 河槽沖刷計算

河槽表層為淤泥質輕壤土，河槽一般沖刷按下式計算:

式中:Hp—橋下一般沖刷后的最大水深（m）；Qc—橋下河槽部分通過的設計流量，百年一遇洪水為1105.10m3/s、300年一遇洪水為1530.50m3/s；Bc—橋下河槽部分橋孔過水凈寬，43m；hmc—橋下河槽最大水深，百年一遇洪水為12.25m、300年一遇洪水為13.41m；hc—橋下河槽平均水深，100年一遇洪水為8.72 m、300年一遇洪水為9.77m；A—單寬流量集中系數，取1.10；E—與汛期含沙量有關的系數，取0.66；dc—河槽土平均粒徑，取0.10mm。

經計算，Hp100a一遇洪水為17.40m、300a一遇洪水為20.50m，沖刷后底高程分別為91.85m、89.91m，沖刷已達到砂巖（層厚高程約88～92m）內。河槽及漫灘的砂巖膠結都比較差，砂巖的抗沖刷能力也不強，同時又處于彎道凹岸位置，加上下部空心墩阻水使水流方向改變，故此處水流流態非常復雜，底流淘刷也會加劇河槽沖刷，參照《公路橋位勘測設計規范》JTJ062-91附錄十七巖石上橋墩基礎沖刷及基底埋置深度參考數據表，按300a一遇洪水沖刷后河底高程為87m考慮。河槽范圍內布置有3,4號墩，承臺底面高程92.607，92.10m，均座落在砂巖層上，考慮到河槽沖刷影響，下部樁基河槽沖涮影響深度范圍內樁長按無效樁長考慮。

2.2 河灘沖刷計算

河灘表層為輕壤土和重砂壤土，其下為卵石層或砂巖，故計算時采用非粘性土公式。

①河灘一般沖刷按下式計算:

式中:hp—一般沖刷后的最大水深；Qt—河灘部分通過的流量；hmt—橋下河灘最大水深；VH1—河灘水深1m時非粘性土的不沖流速；Bt—河灘部分過水凈寬；ht—河灘平均水深；At—河灘流量非均勻分配系數，取1.10。

②河灘局部沖刷按下式計算:

當 V≤V0hb=KξKηB10.6（V-V'0）

當 V>V0

式中:hb—局部沖刷坑深度，m；B1—橋墩計算寬度，5.50m；—土平均粒徑，局部沖刷在卵石層，取22mm；V0—河床泥沙起動流速，m/s；V— 一般沖刷后墩前行進流速，m/s；Kξ—墩形系數，取 Kξ=0.98；Kη—河床顆粒影響系數墩前始沖流速；n—指數；n=

經計算，河灘表層分布為輕粉質壤土部分（5～12號墩），100 a一遇洪水沖刷深度11.38m（一般沖刷深6.79m、局部沖刷深4.59m）、300年一遇洪水沖刷深度11.51m（一般沖刷深6.79m、局部沖刷深4.72m）；河灘表層分布為重砂壤土部分（13～19號墩），100a一遇洪水沖刷深度5.90m（一般沖刷深3.10m、局部沖刷深2.80m）、300a一遇洪水沖刷深度9.37m（一般沖刷深5.79m、局部沖刷深3.58m）。根據沖涮計算成果及河灘內各墩承臺底面高程，考慮河灘沖涮影響，下部樁基河灘沖涮影響深度范圍內樁長按無效樁長考慮。

3 河道防護措施

由地質勘察報告可知，交叉斷面處河道由南東轉向北東，形成一個牛軛式彎道，右岸為侵蝕岸，左岸為堆積岸,左岸寬緩分布有漫灘及一級階地。右岸岸坡陡立，岸上地面高程118.10m，河底高程97.00m，河岸高度達21.10m。岸坡地質結構:上部為Q3黃土狀輕壤土、中壤土，其下為N1L粘土巖、砂巖?，F狀頂部發育有平行河岸的卸荷裂隙，裂隙沿岸邊斷續發育，裂隙帶寬2～3m，裂隙上部張開寬度2～3cm，雨水滲入裂隙，導致土體強度降低，再者由于洪水期右岸坡腳不斷被淘蝕，在重力作用下，導致河岸崩塌或坍塌。據調查，1995年以前近10a在雙洎河流量較小情況下，岸邊坍塌寬度2～3m。為保證建筑物安全，必須整治河岸。考慮頂部黃土較厚，下部粘土巖、砂巖抗沖能力差，針對河岸崩塌原因對河岸進行削坡護砌處理。

河道右岸治理，先削坡，然后用M7.50漿砌石將右岸所削邊坡全部護砌。治理范圍為自渡槽中心線起向河道上游117.20m、河道下游366.20m。削坡從上至下為:高程118.10～114m，邊坡1:1.50，在高程114m處設平臺，寬2m；高程114～108m，邊坡1:2.00，在高程108m處設平臺，寬2m；高程108～102m，邊坡1:2.50，在高程 102m處設平臺，寬 5m；高程 102～98.50m，邊坡1:2.50，在高程98.50m處設平臺，寬2m；高程98.50～97m（河床），邊坡1:5。岸坡護砌，高程為114m以上的邊坡及平臺護砌厚0.30m，高程114m以下的邊坡及平臺護砌厚0.40m。根據河槽沖刷計算情況，坡腳設置高5m、底寬3m的M7.50漿砌石護腳墻，緊靠護腳墻，河槽設拋石坑防沖，拋石坑底寬5m、頂寬13.80m、深3.50m，拋石坑頂采用鋼筋塊石籠防護，水平寬15m、厚1m，鋼筋塊石籠頂高程97.00m。

河道左岸，渡槽出口位于一級階地上，地面高程約110m，高于百年一遇洪水位109.35m，略低于300a一遇洪水位110.57m。出口段外坡115m高程以下設有干砌石護坡，厚0.30m。

4 結語

雙洎河渡槽工程作為南水北調總干渠的控制性工程，河道沖刷分析的得當與否，直接關系到渡槽工程的安全，同時也是河道防護及渡槽下部樁基樁長計算的依據。文章通過雙洎河河道的沖刷計算，為渡槽工程的設計及河道防護提供了依據。同時，文中所采用方法及思路也可為其他河道工程提供一定的參考和借鑒。