興山縣香溪河流域深渡河護岸結構計算分析

張 喆

（中國葛洲壩集團股份有限公司勘測設計院，湖北 武漢 430223）

三峽工程是當今世界最大的水利發電工程之一，在正常蓄水運行后，移民遷建中的遺留問題、蓄水運用后岸坡穩定問題和水位消落區的環境影響已逐步顯現[1]。擬建的香溪河流域深渡河段岸線和消落區生態環境綜合整治工程，是三峽后續工作規劃的“三帶一區”項目，該項目經湖北省批準列入三峽后續規劃的重點項目。主要建設內容包括：新建護岸工程約8.1 km，新建溢流堰2座等。因此，分析護岸工程布置及設計。

1 工程概況

興山縣地處湖北省宜昌市，主要河流有長江支流香溪河及香溪河支流南陽河、古夫河、高嵐河等，大部分河岸位于三峽水庫回水范圍。香溪河流域深渡河段上起于已建的古夫河古洞口二級電站大壩下游，下止于香溪河與古夫河、南陽河交匯處“最美水上公路”起點下游約400 m處，河道范圍總長約5 km。

護岸軸線沿香溪河、古夫河兩岸布置，左、右岸軸線總長8082.736 m。本工程護岸型式主要采用斜坡式與直斜復合式，局部較陡岸段采用石籠護岸。

2 護岸工程設計

2.1 護岸高程

本工程20年一遇設計洪水位為173.37 m，護岸坡頂高程確定，計算公式如下[2]：

式中，Y為坡頂超高（m）；R為設計波浪爬高（m）；e為設計風壅水面高度（m）；A為安全加高（m）。

2.1.1 設計波浪爬高R

1）計算風速的確定

計算風速可采用歷年汛期最大風速平均值的1.5倍，V=15 m/s×1.5=22.5 m/s。

2）風向的確定

按夏季主導風向南風或東南風考慮，風浪造成的沖擊波接近正向波。

3）風區長度的確定

根據工程區河道地形，風區長度按0.1 km計算。

4）水域平均水深的確定

水域平均水深=設計水位—河底高程，經水下地形圖測算，取為10 m。

5）平均波高和波長的確定

采用莆田試驗方法計算[3]，公式如下：

6）波浪爬高計算

采用莆田公式計算，邊坡坡度m=1.5～3.0，公式如下：

式中：RP為累積頻率P的風浪爬高（m）；k△為斜坡糙率及滲透性系數，混凝土護面 k△=0.9；kv為經驗系數，kv=1.0；kp為爬高累積頻率換算系數，爬高累積頻率2%，kp=1.84；m為邊坡坡度，m=2.0。

計算得：RP=0.612 m。

綜上，計算確定設計波浪爬高：R=RP=0.612 m。

2.1.2 設計風壅水面高度e

按如下公式計算[3]：

式中：e為風壅水面高度（m）；K 為綜合摩阻系數，K=3.6×10-6；β為風向與水域中線的夾角（°），為安全計，β=0；V為計算風速，V=22.5 m/s；d為水域的平均水深，d=10 m；F為風區長度，F=100 m。

求得，e=0.001m。

2.1.3 安全加高A

根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013），本工程級別4級，取A=0.3 m。

2.1.4 護岸坡頂超高

綜上，護岸坡頂超高Y=R+e+A=0.612 m+0.001 m+0.3 m=0.913 0 m。

2.1.5 護岸頂高程

各段護岸頂高程由設計洪水位加上超高確定,結果見表1。

表1 各段護岸頂高程 單位：m

2.2 邊坡穩定計算

2.2.1 計算剖面選擇

取三個具有代表性的斷面進行抗滑穩定計算。

2.2.2 安全系數

本工程級別為4級，抗滑穩定安全系數正常運用取1.15，非常運用取1.05。

2.2.3 計算參數

邊坡原始地層主要巖土體力學參數采用地勘報告提供的參數建議值；堆石護腳及堤身填筑碎石土的設計參數根據三峽庫區已完工的類似工程的經驗值選取。

2.2.4 設計工況

擬定3種工況，正常運用條件下，工況一：20年一遇洪水位173.37 m；工況二：20年一遇洪水位驟降2 m；非常運用條件下，工況三：施工完建工況（無水）。

2.2.5 計算方法

堤身抗滑穩定計算采用瑞典圓弧滑動法[3]，基本公式如下：

式中：Fs為堤身抗滑穩定安全系數；Wi為土條重力（kN）；ci為土的凝聚力（kPa）；li為條塊圓弧長度（m）；φi為土的內摩擦角（°）；αi為土條底面中點至圓心的連線與垂直線的夾角（°）。

2.2.6 計算結果

采用水利水電規劃設計總院批準使用的“理正巖土系列軟件6.0版”進行電算。穩定計算成果見表2。

表2 邊坡抗滑穩定計算系數

綜上，各斷面按照設計方案進行建設后，抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。

3 結論

香溪河是長江左岸一級支流，古夫河是香溪河支流，香溪河、古夫河是聯系興山縣新老城區、連接過去與未來的重要紐帶，聞名世界的“最美水上公路”蜿蜒其中。受水庫水位大幅度反季節性漲落和人類活動的影響，消落區生態環境脆弱，有必要采取生態、工程措施防護岸坡，改善消落區生態環境，修復消落區生態功能。實施香溪河、古夫河河道及消落區庫岸環境綜合整治，進一步完善基礎設施配套，修復水庫周圍生態環境，對于促進移民安穩致富、助力當地經濟社會發展有十分重要的意義。