淺析金寨縣白水河護岸擋墻工程設計

雷 鳴

（貴州省水利水電勘測設計研究院有限公司安徽分公司,安徽 合肥 230000）

1 金寨縣白水河護岸工程總布置

本次白水河治理累計治理河道長度為13.83 km,總計分為17 個治理段,主要工程內容包含新建（重建）護岸、蓄水堰及過路箱涵、清淤清障等。其中護岸擋墻主要采用（鑲面）重力式擋墻及鑲面衡重式擋墻,累計新建護岸擋墻（含格賓石籠）8997 m。槐樹灣河黃嶺防護段新建蓄水堰2 座,堰身長13.7 m,堰身凈高均為0.9 m。新建或拆除重建過路涵2 座,分別為古碑鎮姊妹河堰灣防護段過路涵及花石鄉白水河方家灣防護段過路涵,均采用箱涵結構,前者截面尺寸為2.0 m×2.3 m（寬×高,下同）,長4.8 m；后者截面尺寸為2.8 m×3.0 m,長5.0 m。僅清淤清障總長度6919 m,本工程合計清淤清障量為67.64 萬m3。同時配套下河踏步、排水涵管、護欄及警示樁等附屬設施。

2 護岸擋墻型式選擇

結合現有護岸結構,結合山區河道坡陡流急的特點,同時盡量避免大量挖方并節約用地,減少拆遷,設計河道護岸采用墻式護岸擬選取鑲面C20 砼重力式擋墻、鑲面C20 砼衡重式擋墻、扶壁式擋墻3 種型式擋墻進行方案比選,本次選取總高4.5m（不含抗滑凸隼高度）擋墻進行比選。在保證河道過水斷面面積一致的前提下,河道斷面護岸擋墻型式比選如下：

（1）鑲面C20 砼重力式擋土墻

本次金寨縣白水河治理工程涉及重力式擋土墻以鑲面C20 砼重力式擋土墻為主,故以該重力式擋墻為例進行設計說明。該擋墻由壓頂、墻身、基礎組成。背水側坡度1∶0.5,迎水側坡度1∶0.05,壓頂、基礎及墻身均采用C20 砼砌筑,擋土墻迎水面設200mm 厚鑲嵌面石,墻內設雙排φ75PVC排水管。鑲面重力式擋土墻結構見圖1。

圖1 鑲面重力式擋土墻

（2）C25 鋼筋砼扶壁式擋土墻

扶壁式擋土墻由墻身、基礎和扶壁組成。墻身厚0.4 m、扶壁厚0.4 m,墻趾懸挑長0.6 m,墻趾板厚0.5 m；墻踵懸挑長3.1 m,墻踵板厚0.5 m,扶肋間距5.0 m。墻身及扶壁均采用C25 鋼筋砼,墻內設雙排φ75PVC 排水管,每隔10.0 m 設置一道沉降縫。扶壁式擋土墻典型結構見圖2。

圖2 扶壁式擋土墻

（3）鑲面C20 砼衡重式擋墻

鑲面衡重式擋土墻由壓頂、墻身、衡重臺及基礎組成。壓頂寬0.5 m,厚0.2 m,C20 現澆混凝土結構。墻身由C20 混凝土砌筑,迎水側坡比1∶0.1,背水側上墻背坡坡比為1∶0.25、下墻背坡坡比為1∶0.30,擋土墻迎水面設200 mm 厚卵石鑲面,墻身設置φ75PVC 管,傾斜度5%,管頭采用土工布結合反濾包封堵。基礎底板厚0.8 m,墻趾側設置齒墻,齒墻高0.5 m,寬0.5 m。衡重式擋土墻典型結構見圖3。

圖3 鑲面衡重式擋土墻

本次金寨縣白水河治理工程主要位于山區,所涉及河流均為坡陡流急的山溪性河流,匯流時間短,洪水暴漲暴落,洪峰流量大,洪水次數頻繁,洪水歷時短,流速大,沖刷力度大,要求護岸材料來源廣、容易購買,占地少,堅固耐久,抗沖刷、耐磨損性能強。

方案一鑲面C20 砼重力式擋土墻,施工簡單,主要材料來源廣、易購買,堅固耐久,抗沖刷、耐磨損性能強,相對坡式護岸可避免大量挖方并可節約用地,減少拆遷。在擋土墻外立面砌筑一層漿砌石,與周邊環境相融合,為金寨縣常規做法。兼顧堅固耐久,抗沖刷、耐磨損性能強的優點,同時塊石用量較小,材料容易購買。擋墻適用高度范圍靈活,在中等堅實地基上適用8 m 以下各種高度。但邊坡開挖,將產生一定量的工程占地。

方案二C25 鋼筋砼扶壁式擋土墻,墻身及整體穩定性較好,在擋墻高度超過8m 時經濟性及可靠性均優于重力式擋土墻。但扶壁式擋土墻需配筋,施工難度相對較大,對施工隊伍技術水平要求較高,且方案二工程造價最高。外立面為混凝土,與環境協調性較差。

方案三鑲面C20 砼衡重式擋土墻能利用減重臺上的填土重增加自身穩定,并使地基應力分布較為均勻。當擋墻高度較大時,采用衡重式擋土墻將會顯著減少開挖量、減少施工占地,同時節省工程投資。但方案三鑲面C20 砼衡重式擋土墻相較方案一、方案二施工難度最大,墻后填土難以壓實,同時對地基承載力要求較高。

三種方案比選優缺點見表1。

表1 護岸結構型式比選表

3 護岸擋墻型式設計

綜合考慮上述三種護岸擋墻方案優缺點,同時本工程堤防設計擋墻高度主要集中在3 m～6 m,僅在局部治理段有少量斷面擋墻高度超過7 m,綜合考慮擋土墻經濟性、實用性及連續性,本次設計未采用扶壁式擋土墻,進而確定本次金寨縣白水河治理工程護岸擋墻按下述設計。

（1）重力式擋土墻

考慮到施工難度及與現狀護岸結構型式相匹配,本次在局部工程區如花石鄉白水河支流蔡家灣防護段等部位采用C20 埋石砼重力式擋土墻。考慮到本次金寨縣白水河治理工程在防洪保安的同時,對生態水景、改善人居環境有一定要求。應地方政府要求,本次在其他大部分工程區重力式擋墻均采用鑲面C20 砼重力式擋土墻。

（2）扶壁式擋土墻

本工程堤防設計擋墻高度主要集中在3 m～6 m,僅在局部治理段有少量斷面擋墻高度超過7 m,綜合考慮擋土墻經濟性、實用性及連續性,本次設計未采用扶壁式擋土墻。

（3）鑲面C20 砼衡重式擋土墻

由于古碑鎮白水河七鄰防護段現狀河道為松散土坡,頂部為混凝土道路及路肩擋墻,為盡量減少邊坡開挖量,維持上部邊坡及道路邊墻穩定,加之河道地基為漂石土及基巖,承載能力較高。受限于工程地形條件,擬在該段采用方案三鑲面C20 砼衡重式擋土墻。

4 護岸抗沖刷計算

根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）規定,順坡及平順護岸沖刷深度計算公式：

式中：hs為局部沖刷深度,m；H0為沖刷處的水深,m；Ucp為近岸垂線平均流速,m/s；n 為與防護岸坡在平面上的形狀有關,一般取n=1/4～1/6；d50為河床的中值粒徑,m；g 為重力加速度,9.8 m/s2；γs、γ為泥沙與水的容重,kN/m3；η為水流流速不均勻系數,根據水流流向與岸坡交角α查表確定,見表2。

表2 水流流速不均勻系數

考慮沖刷最不利部位,并根據各河段河道軸線實際走向等情況,選取以下6 個代表斷面進行計算,具體位置見表3。

表3 代表斷面情況統計表

根據計算,護岸沖刷深度計算值見表4。

表4 抗沖刷深度計算成果

根據沖刷深度計算結果,本工程土基上設計擋墻埋深均大于計算深度,根據沖刷計算結果及河段實際情況,針對河面寬廣、流速流量較大、計算沖刷深度較大河段如花石鄉白水河石良組防護段護岸、槐樹灣鄉祝沖河黃畈防護段護岸、古碑鎮白水河南畈村防護段護岸等部位護岸擋墻埋深為1.7 m～1.8 m；對于河面狹窄、計算沖刷深度較小河段如花石鄉白水河支流蔡家灣防護段護岸等河段擋墻埋深為0.6 m～1.3 m。對于基礎為巖基的擋墻,設計擋墻基礎坐落于中風化巖層上。

5 結語

河道護岸主要是強調安全性、穩定性、景觀性、生態性、自然性和親水性的完美結合,因此,選擇適當的生態型護岸結構和護岸材料,對著力構建親水型防洪減災、自然型生態修復、景觀型岸線利用為重點的生態護岸型式具有重要意義。