新疆A水利樞紐岸坡防護工程設計分析

馬浩然

（新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

A水利樞紐工程于2005年底建成發電，經過近十年的運行，庫區尾段16 km～18 km處的右岸庫岸出現庫岸再造。因沖刷、風化等因素的影響，岸邊向岸里逐步推移，對岸邊的居民區造成一定的威脅，急需對該段庫岸進行防護處理。本文針對A水利樞紐岸坡防洪工程進行設計分析。

1 工程概況

A水利樞紐工程是某河干流規劃中的控制性工程，其開發任務以灌溉為主，兼有發電、防洪等綜合利用效益。A水利樞紐工程是大(1)型一等工程，由攔河壩、泄洪系統、引水發電系統三大部分組成。主要建筑物包括粘土心墻壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔排沙放空洞、發電引水洞和電站廠房。

A水利樞紐工程護岸施工段全長約1.66 km，位于庫區移民橋下游約3 km～5 km庫區右岸（某鄉境內），庫岸為Ⅱ級侵蝕堆積階地，階地前緣有明顯的階坎，高出河床25 m～30 m，階面寬300 m～1000 m，地勢平坦開闊。

2 岸坡穩定性計算

2.1 計算參數

根據地質，C值可取38°，φ值0.2 MPa，計算采用簡化畢肖甫法，岸坡穩定分析選取的計算參數見表1。

表1 邊坡穩定分析計算參數表

2.2 抗滑穩定安全系數

根據《水利水電工程邊坡設計規范》，邊坡為4級建筑物，邊坡的抗滑穩定最小安全系數按照邊坡的級別和規范要求選擇:正常運用條件:1.10；非常運用條件Ⅰ:1.05；非常運用條件Ⅱ:1.00。

根據邊坡等級，本次只計算正常運行條件（1.10）下的邊坡穩定情況。

2.3 計算結果

本次計算采用水科院編制的土質邊坡穩定分析程序（STAB-2005）進行計算。計算成果見表2。

表2 邊坡抗滑穩定計算最小安全系數

采用簡化畢肖普法的安全系數允許范圍為1.25～1.35。由計算結果可以看出，對于具有一定深度的滑裂面，工程邊坡的最小抗滑穩定安全系數滿足規范要求，即邊坡是穩定的。

3 岸坡防護設計

3.1 護岸基礎防沖設計

（1）沖坑深度計算

掏刷坑深度計算按照《堤防工程設計規范》GB 50286-2013附錄D進行計算。

式中:hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處的水深，m；vcp為近岸垂線平均流速，m/s；vc為泥沙啟動流速，m/s；n為系數，與防護岸坡在平面上的形狀有關，取n=1/4～1/6；d為河床砂礫石中值粒徑，m；rs、r分別為卵石與水的容重，kN/m3；η 為水流流速不均勻系數，根據水流流向和岸坡交角α查表得出。

（2）計算斷面選擇

為達到計算精度要求，需選取不同的具有代表性的斷面進行計算。本次計算選取 1#、3#、7#、9#、10#、17#、18# 斷面，其中3#、9#、17# 斷面水流與岸坡無交角，1#、7#、10#、18# 斷面水流與岸坡存在交角。

（3）護岸基礎

河灘表層為第四系上更新統沖積物（Qal3)砂卵礫石，厚度大于20 m，采用混凝土防沖墻作為護坡基礎。

下部水流沖坑內設置混凝土防沖墻，防沖墻厚度1.0 m，高2.0 m，底高程位于最低河床以下2.0 m，為簡化施工，采用水下混凝土澆筑。

3.2 護坡

護坡按高程采用不同的結構形式進行設計:水下緩坡至基礎防沖墻頂段，對岸坡進行簡單的修整后采用格賓網墊護坡；緩坡與陡坡變坡點至護坡頂1001 m高程段，由于岸坡偏陡，且位于水上，地質建議水上永久邊坡為1∶1.5～1.75，按永久邊坡開挖會影響到岸坡邊居住的居民，產生移民搬遷的問題，因此采用混凝土板護坡，與格賓連接處設置混凝土齒墻，護坡板與岸坡連接采用φ25的自進式注漿錨桿加強混凝土護坡板岸坡的連接[1]。

防護庫岸為1～8斷面、10～13斷面以及15～19斷面，是河床的凹岸，邊坡較陡，一般邊坡在1∶1.45～1.75之間，局部陡峭處在1.2，沖刷較嚴重，需要對岸坡進行防護，防護長約為1300 m。

（1）格賓

對緩坡進行整理后，采用格賓網墊護坡，網墊的結構尺寸為寬1.0 m、長2.0 m、厚0.3 m，網目為0.06 m×0.06 m。為使格賓不因局部破壞而出現大面積護坡問題，每隔100 m左右設置一道0.3 m×0.5 m的混凝土橫梁。整個防護段設14道橫梁，可根據地形情況進行適當增減。

（2）格賓上部混凝土護坡板

上部邊坡較陡部分采用混凝土護坡，當邊坡陡于1∶0.5時，邊坡按1∶0.5護坡，背坡采用砂礫石原狀邊坡；邊坡緩于1∶0.5時，按頂寬400 mm等厚混凝土板護坡?；炷翗颂朇25F300?；炷磷o坡高度大于3 m時，設兩排排水孔，小于3 m時，設一排排水孔，排水孔直徑100 mm，孔內填無砂混凝土，以保證及時排出地下水。

混凝土護坡板隔3 m設置一道沉降縫，縫內填閉孔泡沫板，每塊板上設置4根φ25的自進式注漿錨桿，錨桿長4.3 m，深入砂礫石4.0 m，外端頭錨固在混凝土板內。

根據穩定計算，正常蓄水位以上的砂礫石坡處于穩定狀態，因此混凝土護坡板穩定。

3.3 淤沙堤

設置低淤沙堤，增加河底糟率，緩流落淤，使得該段泥沙淤積于此，可以有效地保護坡腳不再被沖刷[2]。

（1）堤頂高程

河道縱坡約為1/200～1/300，下一級淤沙堤淤沙后應高于前一級淤沙堤的下游坡腳高程1.5 m左右，應間隔約200 m～300 m設置一道淤沙堤，淤沙堤高較河床高3 m。

（2）淤沙堤布置

處理河段長約1.6 km，河道縱坡約為1/200～1/300，根據河道情況設置6道淤沙堤。1#淤沙堤位于樁號0+156.633處，堤頂長67.172 m；2#淤沙堤位于樁號0+454.647處，堤頂長40.66 m；3#淤沙堤位于樁號0+724.383 m處，堤頂長71.223 m；4#淤沙堤位于樁號1+003.169處，堤頂長69.906 m；5#淤沙堤位于樁號 1+299.023處，堤頂長 87.092 m；6#淤沙堤位于樁號1+609.258 m處，堤頂長69.117 m。

（3）斷面設計及填筑

堤頂高程高于河床3 m，為方便機械施工，頂寬設5 m，上、下游邊坡均為1∶2.5，為砂礫石填筑，相對密度Dr≥0.85。上、下游邊坡采用格賓網墊護坡，格賓下鋪設反濾無紡布，反濾無紡布要求為250 g/m2。見圖1。

圖1 淤沙堤斷面示意圖

4 結語

岸坡防洪工程是保證水利工程安全運行的關鍵，應慎重對待。當防護地段較長，水流性質變化大時，應結合工程區域的地形、地質和水文環境，采用不同的防護類型，進行合理設計及布置。A水庫防護工程自完工以來，對其流域周邊安全提供了堅實保障，發揮了巨大的社會及經濟效益。