本溪縣南太子河防洪治理工程護(hù)岸設(shè)計(jì)探析

張蛟龍

(本溪市水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

0 引 言

太子河發(fā)源于新賓縣平頂山鎮(zhèn)大紅石砬子，主要流經(jīng)本溪縣、本溪市區(qū)、遼陽(yáng)市區(qū)、燈塔市、遼陽(yáng)縣、海城市等市縣，在海城市西四鎮(zhèn)八家子村入渾河。太子河流域呈東西向，太子河河流全長(zhǎng)363km，流域面積13493km2。太子河全長(zhǎng)88km，流域面積951km2，主要流經(jīng)東營(yíng)坊鄉(xiāng)、堿廠鎮(zhèn)、南甸子鎮(zhèn)，在南甸子鎮(zhèn)溝口村匯入觀音閣水庫(kù)。南太子河流域植被豐富，覆蓋率占50%左右，水質(zhì)較好。本溪縣南太子河防洪治理工程位于本溪縣南甸鎮(zhèn)、堿廠鎮(zhèn)、東營(yíng)坊鄉(xiāng)境內(nèi)南太子河干流上。本次工程設(shè)計(jì)型式分為3種，分別為固濱籠護(hù)腳結(jié)合綠濱墊護(hù)坡、綠濱墊水平防護(hù)、支流墻式護(hù)岸。

1 工程地質(zhì)

工程區(qū)位于本溪市本溪縣境內(nèi)，地貌以侵蝕斷褶中低山為主，中低山呈EW向分布于太子河流域兩側(cè)，為古生代太子河坳陷的主體部分，區(qū)內(nèi)斷裂褶皺發(fā)育，海拔高度800-1200m，地表地形起伏度<500m。縣境中部為太子河大斷裂帶，兩岸形成許多羽毛狀的小斷裂，構(gòu)成以太子河谷為中線的沉積小平原，平均海拔不足300m。工程區(qū)微地貌主要為漫灘，局部岸坡較高段為高漫灘。河道較為彎曲，呈“S”型，河寬為20-100m，河床及漫灘較為平緩，整體地勢(shì)東南高西北低。

2 工程建設(shè)整治范圍

工程治理范圍為上游起于洋湖溝村本桓公路停車場(chǎng)附近，下游止于蘭河峪鐵架橋下817m處，河道長(zhǎng)度44.04km。根據(jù)河道自然條件、村屯分布情況、岸后保護(hù)對(duì)象價(jià)值、現(xiàn)有防洪工程措施特點(diǎn)等綜合考慮，本工程共分5個(gè)工程段，由上游至下游分別為洋湖溝段、大陽(yáng)段、湖里段、南營(yíng)坊段、蘭河峪段。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 護(hù)岸高程確定

1)護(hù)腳頂高程確定：

本次設(shè)計(jì)護(hù)腳采用固濱籠擋墻，頂高程取南太子河常水位0.5m加冰層凍脹影響高度，取影響高度0.3m，從而確定擋墻頂高程不應(yīng)低于設(shè)計(jì)河底加0.8m。根據(jù)固濱籠產(chǎn)品尺寸及工程修建后的外觀形象，最終確定擋墻頂高程高于設(shè)計(jì)河底1.0m。

2)護(hù)岸頂高程確定：

護(hù)岸岸頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加0.5m高程控制，若現(xiàn)狀岸頂高于此高程，則護(hù)岸岸頂高程取設(shè)計(jì)洪水位加0.5m，若現(xiàn)狀岸頂?shù)陀诖烁叱蹋瑒t護(hù)岸岸頂高程取現(xiàn)狀岸頂高程，同時(shí)也要充分考慮多年汛期漫頂情況，對(duì)于地勢(shì)較低的局部河段且洪水漫頂造成的影響較大，采取設(shè)計(jì)洪水位加0.5m為治理后的護(hù)岸岸頂高程，穩(wěn)步提升防洪能力。防浪墻頂高程按設(shè)計(jì)洪水位加0.5m確定。

3.1.1 支流護(hù)岸頂高程

支流護(hù)岸有兩種型式，一種為原有支流防護(hù)措施破損嚴(yán)重，拆除重建，位于洋湖溝段，另一種為南太子河兩岸支流匯入口治理，采用主河道的新建護(hù)岸型式。

對(duì)于原有防護(hù)措施拆除重建的支流護(hù)岸加固，岸頂高程沿用原有措施頂高程。

對(duì)于支流匯入口的護(hù)岸加固，高程確定參照1)、2)內(nèi)容。

3.2 斷面設(shè)計(jì)

干流洋湖溝段左岸樁號(hào)YL0+000-YL0+261、YL0+914-YL1+086、大陽(yáng)段左岸DL0+000-DL0+501、DL1+668-DL1+978、DL2+548-DL3+222、DL5+084-DL5+385、DL6+022-DL6+249、右岸DR0+000-DR0+576、DR7+426-DR7+800、DR8+123-DR8+274、DR8+566-DR8+836、DR9+847-DR10+025、DR10+620-DR11+155、DR11+398-DR11+717、DR12+823-DR13+147、南營(yíng)坊段左岸NL0+000-NL3+212、右岸NR0+000-NR1+284段、支流3右岸ER0+000-ER0+180共18段岸坡坡比為1:2.5，采用綠濱墊防護(hù)。綠濱墊厚0.3m，下設(shè)0.15m厚碎石墊層和反濾土工布。綠濱墊上覆土并撒草籽種植草皮護(hù)坡。坡腳設(shè)固濱籠護(hù)腳，固濱籠頂寬及埋深均為1m。

干流湖里段左岸HL0+000-HL0+308、HL0+461-HL1+049段岸坡坡比為1:2.5，采用綠濱墊防護(hù)。綠濱墊厚0.3m，下設(shè)0.15m厚碎石墊層和反濾土工布。綠濱墊上覆土并栽植灌木防護(hù)。坡腳設(shè)固濱籠護(hù)腳，固濱籠頂寬及埋深均為1.0m。湖里段左岸HL0+308-HL0+461段原有綠濱墊護(hù)坡上覆土并栽植灌木防護(hù)。

干流蘭河峪段左岸LL0+000-LL0+631段原有混凝土板護(hù)坡，在原護(hù)腳前增設(shè)綠濱墊水平護(hù)腳，護(hù)腳長(zhǎng)3m，綠濱墊厚0.3m，下設(shè)0.15m厚碎石墊層和反濾土工布。左岸LL0+631-LL0+783段采用固濱籠擋墻防護(hù)，擋墻頂寬及埋深均為1m。

拆除支流1左岸0+000-0+202、右岸0+000-0+200、支流2左岸0+000-0+194段原有破損漿砌石擋墻，新建混凝土重力式擋墻。擋墻頂寬0.5m，迎水側(cè)直立，背水側(cè)坡比為1∶0.5，基礎(chǔ)埋深1.4m。

支流2右岸0+000-0+195段采用固濱籠擋墻防護(hù)，擋墻頂寬1m，埋深1.2m，擋墻以上岸坡坡比為1∶2.5，栽植灌木防護(hù)。

3.3 新建護(hù)岸穩(wěn)定分析計(jì)算

新建護(hù)岸由新建護(hù)腳及新建護(hù)坡組成，本次設(shè)計(jì)進(jìn)行新建護(hù)腳擋墻穩(wěn)定計(jì)算。

本次計(jì)算選取大陽(yáng)段設(shè)計(jì)樁號(hào)DR10+781作為典型斷面。相關(guān)主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 填筑土料設(shè)計(jì)指標(biāo)表

1)抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

抗滑穩(wěn)定按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353：2013)6.3.2公式計(jì)算，如下：

(1)

式中：Ks為抗滑安全系數(shù)；c0為基地黏聚力，kPa；f為基礎(chǔ)摩擦系數(shù)；∑G為作用在固濱籠上全部垂直于水平面的荷載，kN；∑H為作用在固濱籠上全部平行于水平面的荷載，kN。

2)抗傾穩(wěn)定計(jì)算：

抗傾穩(wěn)定按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353：2013)6.3.1公式計(jì)算。

(2)

式中：K0為抗傾安全系數(shù)；∑MV為對(duì)固濱籠基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH為對(duì)固濱籠基底前趾的傾覆力矩，kN·m。

3)基底壓應(yīng)力驗(yàn)算：

基底壓應(yīng)力驗(yàn)算按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353：2013)6.3.3公式計(jì)算。

(3)

式中：e0為偏心距；偏心距e0滿足要求時(shí)基礎(chǔ)底面最大、最小應(yīng)力可按下式計(jì)算：

4)計(jì)算成果：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 主河槽防護(hù)穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.4 洋湖溝段支流新建護(hù)岸設(shè)計(jì)

洋湖溝段為南太子河上游源頭段，區(qū)間內(nèi)左岸有小四平河匯入，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及走訪，小四平河汛期洪水對(duì)沿岸居民造成較大威脅，當(dāng)?shù)卣?010年修建了漿砌石擋土墻，受洪水沖掏影響，基礎(chǔ)外露，局部擋墻倒塌，本次設(shè)計(jì)將兩岸已建擋墻拆除重建。

本次設(shè)計(jì)墻頂高程維持原高程不變，采用重力式混凝土擋土墻，墻頂寬0.5m，迎水側(cè)直立，背水側(cè)坡比1:0.5，墻趾、墻踵長(zhǎng)均為0.3m，高均為0.5m，基礎(chǔ)埋深1.2m，距河底0.4m處設(shè)置一道φ100軟式透水管，其后連接φ50PVC-U排水管，墻后回填砂礫料。擋墻每隔10m設(shè)置分縫，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，抗凍等級(jí)F200。

小四平河回水堤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 小四平河回水堤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

擋墻穩(wěn)定計(jì)算。本次計(jì)算選取洋湖溝段設(shè)計(jì)樁號(hào)0+049作為典型斷面。

1)支流回水堤擋墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

支流回水堤擋墻抗滑穩(wěn)定按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)6.3.5公式計(jì)算，如下：

(4)

式中：Kc為擋土墻沿基底的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為擋土墻底面與地基之間的摩擦系數(shù)；∑G為作用于擋土墻體上全部垂直于水平面的荷載，KN；∑H為作用于擋土墻體上全部平行于基底面的荷載，KN。

2)支流回水堤擋墻抗傾穩(wěn)定計(jì)算：

支流回水堤擋墻抗傾穩(wěn)定按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)6.4.1公式計(jì)算。

(5)

式中：K0為抗傾安全系數(shù)；∑MV為對(duì)固濱籠基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH為對(duì)固濱籠基底前趾的傾覆力矩，kN·m；

3)支流回水堤擋墻基底壓應(yīng)力驗(yàn)算：

支流回水堤擋墻基底壓應(yīng)力驗(yàn)算按《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL379-2007)6.3.3公式計(jì)算。

(6)

式中：Pmaxmin為擋土墻沿基底應(yīng)力的最大值和最小值，kPa；A為擋土墻基底面的面積。m2；∑M為作用在擋土墻上的全部荷載對(duì)于水平面平行前墻墻面方向形心軸的力矩總和，kN·m；W為擋土墻基底面對(duì)于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩，m3。

4)計(jì)算成果：

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 支流回水堤擋墻穩(wěn)定計(jì)算成果表

3.5 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

河道沖刷深度按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)附錄D.2.2-1-D.2.2-2公式計(jì)算，如下：

(7)

(8)

式中：hs為局部沖刷深度，m；H0為沖刷處水深，m；Ucp為近岸垂線平均流速，m/s；Uc為泥沙啟動(dòng)流速，m/s；n為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/4-1/6；η為水流流速不均勻系數(shù)，取值1、1.5。

其中卵石河床泥沙啟動(dòng)流速UC按照以下公式確定：

(9)

式中：d50為床沙的中值粒徑，取值0.022m；H0為沖刷處水深，m；rs,r為泥沙與水的容重，kN/m3。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 沖刷深度計(jì)算表

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，最終各工程段基礎(chǔ)埋深選取1.0m。

4 結(jié) 論

對(duì)沿岸居民集中河段采取硬性防護(hù)工程建設(shè)任務(wù)，通過(guò)護(hù)岸加固的方式提升防洪能力；對(duì)沿岸保護(hù)對(duì)象為耕地的河段，通過(guò)新建護(hù)岸的方式由新建護(hù)腳穩(wěn)固河灘，由新建護(hù)坡保證岸坡穩(wěn)定，防止耕地受洪水沖掏減產(chǎn)；在連接景區(qū)及岸后為民宿的河段采取硬性防護(hù)結(jié)合生態(tài)治理措施，通過(guò)護(hù)岸加固的方式及保證行洪安全，又提高鄉(xiāng)鎮(zhèn)環(huán)境面貌，打造景觀河道。