甘溝防護工程沖刷驗算分析

摘要：由于河流在流動時，受到各種因素的影響，會對河岸造成沖刷的效應。對河岸進行防護工程的沖刷驗算能幫助在工程建設中有實用的參考數據，具有重要意義。本文甘溝沖刷區的范圍進行了圈定，對其及沖刷區水文地質條件進行了簡要闡述，通過沖刷計算得出具體數據，以助于在防護工作中提出了有針對性的建議，以供同仁參考。

Abstract： As the river flows， it is affected by various factors， it will cause erosion on the river bank. It is of great significance to carry out the erosion check calculation of the protective project on the river bank， which can help to have practical reference data in the project construction. In this paper， the scope of the Gangou erosion area is delineated， and the hydrogeological conditions of the erosion area are briefly described. The specific data are obtained through the erosion calculation to help put forward targeted suggestions in the protection work for reference of colleagues.

關鍵詞：甘溝防護工程;地質;水文;沖刷;驗算

Key words： Gangou protective project;geology;hydrology;erosion;check calculation

中圖分類號：U443.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0129-02

1? 自然地理環境概述

擬建路線起點位于托克遜K163+706.813，即國道314線小草湖至托克遜建設項目的終點。路線終點位于庫米什K255+007.971，全線通過地段位于新疆維吾爾自治區吐魯番地區托克遜縣境內。路線地處東徑88.50、北緯42.50位于天山山脈東段（即博爾托烏拉山東段），其主峰形式南北分水嶺。路線通過地段屬中低山、丘陵和山間盆（洼）地地貌，海拔50～1800m，高差達1300m，地形切割較為強烈，在中低山區內分布有庫米什等山間盆地，中低山區基巖裸露，山間盆地為第四紀沉積物所覆蓋，基巖露頭較少。

2? 地形、地貌類型分析

路線通過地區的地貌成因和地貌形態是在內外動力作用下長期發展演變而成。特別是喜馬拉雅運動形成的強烈褶皺和斷裂構造，喜馬拉雅運動后的差異性升降運動和新構造運動使本區地貌得到了改造，形成了由平行的山地、山間盆地，山前平原組成的天山總面貌景觀。

3? 氣象、水文特點

該地區屬典型的內陸性氣侯，冬季漫長而寒冷、夏季短暫炎熱，春秋季氣溫升降迅速，日溫差較大。降水量稀少，蒸發強烈是區內氣候的基本特點。該區全年平均降水量112.8mm，且多集中于六、七、八三個月內，六、七、八三個月平均氣溫為22～23℃，最高35.8℃，最低7.9℃;最低氣溫一般為-16.7～-20.5℃，多集中于十二月、元月、二月三個月。

天山山區地下水的補給，逕流與排泄無明顯的分區界限，同一山體大氣降水滲入形成地下逕流，并在被切割的河谷中以泉水的形式排泄，地下水補給全部為大氣降水，天山地區的年降雨量為350～800mm，地表水相當豐富，其沿各種裂隙、風化殼的滲入率為23.5～37.8%。地下水受構造裂隙制約，泉水多出露于斷層帶或斷裂構造的復合部位，山間洼地河谷的卵礫石層中補給條件好，潛水沿溝分布。

4? 工程地質特征

路線沿線地層巖性及構造均十分復雜，地層以元古界中天山群星星峽組、古生代志留、泥盆、石炭、二疊系和中生界侏羅系、新生界的第三系為主。構造有蘇巴什、桑樹園子、拱拜子區域性大斷裂和三十九條一般斷裂，方向以北西西向為主，北東向和近南北向次之。路線通過地段處于北天山地震構造帶和南天山地震構造帶之間，屬弱地震構造區。根據國家地震烈度區劃，該地區地震烈度為Ⅵ度區。

5? 擬建防護工程處河流流域特點

K183+000～K185+600段防護工程處河道匯水面積約為108km2，河床平均縱坡4.7%，左右高山峽谷，河道蜿蜒曲折，河谷寬度約為80m，路線與水流基本平行。K198+640～K211+780段防護工程處河道匯水面積約為32.5km2，河槽為“U”形，兩岸高山峻嶺，河槽寬度約為50m，路線與水流基本平行。K225+740～K236+368段防護工程處河道匯水面積約為32.5km2，河床平均縱坡3.65%，河谷寬度約為60m，呈“U”形，路線與水流基本平行。干溝山區屬于干旱山區，年降雨量平均不到200mm，但因降水有70%集中于七、八、九三個月間，上游周圍山體及山前坡地植被稀少，滯水能力差，大氣降雨除部分滲漏外基本無植物截留，加之河床縱坡較大，洪峰通常來勢較快，極易形成逕流下泄，沖刷下切河床，河槽中沖痕明顯、岸坎直立，有明顯下切痕跡。加上該段屬于新構造運動較活躍的地段，地形切割深，大小河谷縱橫，山體裸露，匯水面積大，將會進一步加劇沖刷下切河床。

6? 沿線各地氣象要素

氣象資料見表1。

7? 沖刷計算

7.1 一般沖刷計算

按輸沙平衡原理建立的河槽一般沖刷深度公式：

1.64-1公式

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

式中：hp—防護工程構造物前一般沖刷的最大深度（m）;

Qs—設計流量（m3/s）;

b—計算斷面天然河槽寬度（m）;

hmax—設計流量河槽最大水深（m）;

hj—設計流量河槽平均水深（m）;

A—單寬流量集中系數，A=（B/H）0.15，B和H都是造床流量下的河槽寬度（m）和平均水深（m），取A≤1.8;

E—與含沙量ρ有關的系數，采用E=0.86;

dj—河床土的平均粒徑（mm）。

造床流量—橋位設計中通常采用平灘流量作為造床流量，其水位大約與河灘平灘水位齊平，大致相當于多年平均的最大洪水流量。對于河灘河槽難以劃分的游蕩性、變遷性河段，可用多年平均的最大洪水流量作為造床流量。

K183+000～K185+600段沖刷計算：

A=（52.17/0.333）0.15=1.59<1.8

Qs=163m3/s，b=74.13m，hmax=0.96m，hj=0.484m，dj=20.56mm

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

=[（（1.59×163/74.13）（0.96/0.484）5/3）/（0.86×20.561/6）]3/5

=3.40m

K198+640～K211+780段沖刷計算：

A=（46.56/0.490）0.15=1.484<1.8

Qs=98m3/s，b=48.40m，hmax=0.80m，hj=0.70m，dj=11.53mm

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

=[（（1.484×98/48.40）（0.80/0.70）5/3）/（0.86×11.531/6）]3/5

=1.90m

K225+740～K236+368段沖刷計算：

A=（45.61/0.313）0.15=1.585<1.8

Qs=97m3/s，b=47.33m，hmax=0.75m，hj=0.56m，dj=5.77mm

hp=[（（AQs/b）（hmax/hj）5/3）/（Edj1/6）]3/5

=[（（1.585×97/47.33）（0.75/0.56）5/3）/（0.86×5.771/6）]3/5

=2.55m

7.2 局部沖刷計算

按非粘性土河床局部沖刷計算公式：

《路基設計手冊》1-5-15公式

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

式中：hb—防護工程構造物前局部沖刷的最大深度（m）;

a—水流方向與構造物迎水面之間切線的交角，取a=30°;

V—河灘上的平均流速，不小于河灘土的容許不沖刷流速，《路基設計手冊》表1-5-12（m/s）;

m—邊坡系數，等于構造物邊坡角的余切;

g—重力加速度，為9.8m/s2;

d—沖刷過程中裸露出來在沖刷坑底的河床土的最大粒徑（m）。

K183+000～K185+600段沖刷計算：

V=2.00m2/s? ?m=0.25? ?d=0.20m

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

=（23×0.268×2.002/（（1+0.252）×9.8）-30×0.02

=1.84m

K198+640～K211+780段沖刷計算：

V=1.50m2/s? ?m=0.25? ?d=0.20m

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

=（23×0.268×1.502/（（1+0.252）×9.8）-30×0.02

=0.77m

K225+740～K236+368段沖刷計算：

V=1.50m2/s? ?m=0.25? ?d=0.20m

hb=（23tga/2）V2/（（1+m2）g）-30d

=（23×0.268×1.502/（（1+0.252）×9.8）-30×0.02

=0.77m

經過計算，K183+000～K185+600段防護工程坡角處最大沖刷深度為設計水位下5.24m，K198+640～K211+780段防護工程坡角處最大沖刷深度為設計水位下2.67m，K225+740～K236+368段防護工程坡角處最大沖刷深度為設計水位下3.32m。

8? 結語

加強計算過程中河床平均粒徑等基礎數據收集，可提高計算精度，使工程建設落實經濟合理、方案可行的原則，同時，加強經驗積累、做好走訪調查也是做好工程設計的重要措施。

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作者簡介：李劍（1975-），男，山東金鄉人，本科，高級工程師，從事工程建設、道路養護質量安全管理研究。