某河道水毀修復工程護岸設計

侯 崗

（桐柏縣應急管理局應急服務中心，河南 桐柏 474750）

1 基本概況

1.1 地理位置

某河道屬于海河流域衛河水系，發源于某市石包頭鄉花園村，經香泉寺、田灣、彭爻、南關村、小谷駝、西南莊于甘莊東注入共產主義渠。河道全長29 km，深山區5.50 km，總流域面積208.80 km2。該河道在山丘區河道縱坡1/40～1/110，坡陡流急。在轉彎處沖刷邊坡、河床形成積水深潭。河道現狀除澇標準不足3 年一遇，一遇到大規模的降水，容易形成洪澇災害。下游有南水北調中線總干渠、京廣鐵路、107 國道、京珠高速公路等國家重要基礎設施和某市市區。河道的防洪安全關系著下游太公泉鎮、安都鄉、頓坊店鄉等鄉鎮2 萬多人0.33 萬hm2耕地及上述國家重要基礎設施的防洪保安任務，位置十分重要。

1.2 項目水毀情況

該河道在2013 年河道治理項目中按照5 年一遇除澇標準治理，2021 年7 月中旬以來，某河道流域降雨超歷史極值，累計降雨量達903.30 mm。上游香泉水庫最大泄洪流量達到281 m3/s ，洪水下泄沖刷，造成河床、護岸損毀，多座橋梁損毀，交通中斷，下游河水滿溢，個別村莊被淹，河道護岸、建筑物等工程水毀嚴重。某河道水毀河段修復護岸846 m，共3 處分別位于田灣村、來灣村及塔崗干渠跨某河道渡槽附近，其中：田灣護岸長280 m，來灣護岸長350 m，塔崗渡槽護岸長216 m。

2 護岸設計

2.1 護岸沖刷深度計算

2.1.1 水流平行于岸坡沖刷

采用《堤防工程設計規范》水流平行于岸坡時產生的沖刷公式來計算。順壩及平順護岸沖刷深度計算：

式（1）中：hS—局部沖刷深度（m）；H0—沖刷處的水深（m）；Ucp—近岸垂線平均流速（m/s）；UC—泥沙的起動流速（m/s）；n—與防護岸坡在平面上的形狀有關，一般取n ＝1/4～1/6。

2.1.2 水流斜沖防護岸坡

采用水利計算手冊（2006 年第二版）計算公式計算：

式（2）中：Δhp—從河底算起的局部沖刷深（m）；α—水流流向與岸坡夾角（°）；m— 防護建筑物迎水面邊坡系數；d—坡腳處土壤計算粒徑（cm），對非黏性土壤，取大于15%（按重量計）的篩孔直徑；對黏性土壤，取表中對應的當量粒徑值；Vj—水流偏斜時，水流的局部沖刷流速其計算方法為：

經計算，某河道沖刷深度（從河床起算）最大約為1.43 m。根據最大沖刷深度確定齒墻入基礎深度，某河道按1.50 m 齒墻深度進行恢復。

2.2 護岸結構穩定計算

2.2.1 主要設計參數

結構自重：混凝土重度γ=24 kN/m3，漿砌石重度γ=23 kN/m3；填土的重度：γ= 18.44 kN/m3；填土的凝聚力：C= 18；填土的內摩擦角：φ= 19°；地基允許承載力：中粉質壤土［σ］=110 kPa ，卵石［σ］=300 kPa。

2.2.2 地基承載力修正

根據《建筑地基基礎設計規范》，公式5.2.4 對地基承載力特征值進行修正，即：

式（3）中：fa—修正后的地基承載力特征值；fak—地基承載力特征值；ηb，ηd—基礎寬度和埋置深度的地基承載力修正系數；γ—基礎底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b—基礎底面寬度，當基礎地面寬度小于3 m 時按3 m 取值，大于6 m 時按6 m 取值；γm—基礎底面以上土的加權平均重度，位于地下水位以下的土層取有效重度；d—基礎埋置深度。

因擋墻基礎埋深僅0.50 m，經修正后，中粉質壤土地基承載力特征值仍為110 kPa，卵石地基承載力特征值仍為300 kPa。

2.2.3 地基承載力計算

式（4）中：N—作用在基底的合力的豎直分力（kN）；ΣM—作用于基底 的水平力和豎向力對基底重心軸的彎矩（kN.m）；A—基礎底面積（m2）；W—基礎底面的截面抵抗矩（m3）；［σ］—容許承載力。

根據規范要求，平均壓應力應小于修正后的允許值，最大壓應力應小于修正后允許值的1.20 倍。

2.2.4 抗滑穩定計算

抗滑穩定按下式驗算：

式（5）中：Kc－沿擋墻基底面的抗滑穩定安全系數；f－擋墻基底面與地基土之間的摩擦系數，中粉質壤土f＝0.30，卵石f＝0.40；ΣH－作用在擋墻上的全部水平向荷載（kN）；［kc］－允許抗滑穩定安全系數，荷載基本組合［kc］＝1.20。抗震 特殊組合［kc］＝1.05

2.2.5 抗傾穩定計算

抗傾覆穩定按下式驗算：

式（6）中：K0－擋墻抗傾覆穩定安全系數；ΣMV－對擋墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；ΣMH－對擋墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）；

經計算，擋墻基底應力、抗滑及抗傾覆穩定均滿足設計要求。

3 修復護岸設計成果

3.1 田灣村

田灣右岸護砌總長為200 m，結合工程現狀情況，修復分別采用仰斜式擋墻、原護坡型式恢復并增加齒墻及僅增加齒墻3 種型式。其中：渡槽下游沖毀嚴重段采用仰斜式擋墻恢復；原護坡及齒墻未被沖毀，齒墻已經外露的修復新增加齒墻對其進行防護；原有護坡及齒墻已經沖毀，便于與上下游原有護坡進行銜接，對該段按原護坡斷面及齒墻進行恢復，并結合上游情況新增加齒墻對原齒墻進行護砌。

仰斜式擋墻長136 m，為M7.5 漿砌石結構，墻下設防滑凸榫，沿墻底通長布置。為防河流沖刷，基礎臨水側防沖齒墻，厚度為0.50～0.30 m，齒墻基礎埋深1.50 m。擋墻及齒墻每隔10 m 設一道伸縮縫，縫內采用低發閉孔泡沫板填縫，擋墻設PVC 排水管，梅花形布置，間距1.50 m×1.50 m，直徑50 mm，PVC 排水管外伸10 cm，外包300 g/m2土工布，下層PVC管距地面50 cm，坡比5%。新增齒墻段長80 m，為C20 混凝土結構，齒墻埋深1.90 m，垂直布置，與原護坡齒墻底搭接0.40 m ，齒墻每隔5 m 設一道伸縮縫，縫內采用低發閉孔泡沫板填縫。按原護坡斷面及齒墻進行恢復段長64 m ，為C20 混凝土仰斜式擋墻結構，在原護坡及齒墻基礎上新增C20 混凝土齒墻，齒墻埋深1.90 m，垂直布置，與原護坡齒墻底搭接0.40 m。擋墻及齒墻每隔5 m 設一道伸縮縫，縫內采用低發閉孔泡沫板填縫，梅花形布置。

田灣左岸水毀段護砌段長為80 m，采用M7.5 漿砌石仰斜式重力擋墻結構，墻下設防滑凸榫，沿墻底通長布置。為防河流沖刷，基礎臨水側防沖齒墻，垂直布置，厚度為0.50～0.30 m，齒墻深1.50 m。擋墻及齒墻每隔10 m 設一道伸縮縫，縫內采用低發閉孔泡沫板填縫。

3.2 來灣村

來灣左岸水毀段按原有擋墻位置進行恢復，恢復段長150 m，采用M7.5 漿砌石重力擋墻結構，為防河流沖刷，基礎臨水側防沖齒墻，垂直布置，厚度為0.50～0.30 m，齒墻深1.50 m。擋墻及齒墻每隔10 m 設一道伸縮縫，縫內采用低發閉孔泡沫板填縫。右岸水毀段現狀岸坡線進行護砌，護砌段長為200 m，采用C20 混凝土仰斜式重力擋墻結構。

3.3 塔崗干渠跨某河道渡槽附近護砌

某河道塔崗渡槽岸坡采用C20 混凝土仰斜式式擋墻結構，其中：上游左岸190 m，墻總高5.50 m；下游右岸10 m，墻總高4 m。渡槽上游至下游護底共25 m，采用C20 混凝土結構，厚0.20 m，其中：渡槽上游護底10 m，渡槽下護底5 m，渡槽下游護底10 m。渡槽下游左岸基礎護砌采用C20 混凝土重力式擋墻結構，長16 m。仰斜式重力擋墻臨水側坡度1:0.60，背水側坡度- 1:0.30，墻頂寬0.40 m，墻總高4.00～5.50 m，為防河流沖刷，基礎臨水側防沖齒墻，防沖齒墻坡比為1:1，厚度為0.40 m，齒墻基礎埋深1.50 m，每5 m 設一伸縮縫，縫內采用 低發閉孔泡沫板填縫，擋墻設PVC 排水管，梅花形布置，間距1.50 m×1.50 m，直徑50 mm，PVC 排水管外伸10 cm，外包300 g/m2土工布，下層PVC 管 距地面1 m，坡比5%。

4 結語

該河道水毀修復工程實施后，能夠提高其防洪除澇能力，保障沿線人民生命財產安全，推進城鄉統籌發展和社會主義新農村建設具有十分重要的意義。