护坡工程在南杂木河道整治中的探讨

王秀红

辽宁省大伙房水库管理局113007

护坡工程在南杂木河道整治中的探讨

王秀红

辽宁省大伙房水库管理局113007

通过水面线、堤防冲刷、混凝土护坡面板厚度等计算，对大伙房水库上游南杂木大桥下游右岸护坡工程在河道整治中的作用进行了复核，从而保证了修建的护坡工程既达到了安全稳定，又节省了工程量，降低了工程投入。

护坡工程；复核计算

1、工程概况

南杂木大桥下游右岸护坡在大伙房水库上游南杂木大桥下游浑河河道上，地形为河床及漫滩，防洪堤两侧为阶地，河床高程128.5～132.5米高程之间，阶地在132.0～134.0米高程之间。护坡全长2026米，宽度200余米，为土堤，经多年的河水冲刷和下游采砂，护坡不完整，破损严重，局部曾经决口，致使附近的农田被淹，严重影响周边居民生产、生活，不能满足河道的防洪要求，同时也威胁202国道的安全。

2、设计标准

河流防护对象为浑河流域周边居民生命财产安全。根据国标《防洪标准》（GB50201-94）一般城镇，防洪标准为“50～20”年，因在该设计范围内保护对象位于北杂木村，属农村段。因此本次设计，确定利用修建堤防来解决河道整治问题，河道防洪标准取下限为20年一遇洪水，工程等级为4等。

修建的堤防堤顶宽度3.0米，堤顶为136～133.2米，坡比1:2，混凝土护坡厚10cm，背水坡为自然土坡，护坡砼为C20，抗冻标号采用F200，齿墙基础坐落在基岩上，齿墙顶高程为132.5～129.0米，比降为0.175%，与河道比降基本一致。

3、复核计算

3.1 水面线计算

3.1.1 控制断面水位

本工程位于大伙房水库回水范围内，洪水频率对应的水位采用水库除险加固的洪水调节成果，洪峰流量采用浑河支流洪峰成果。南杂木护坡运行水位与流量关系见表3-1。

表3-1

3.1.2 水面线计算

公式：Z2+αV22/(2g)= Z1+α V12/(2g)+hf+hj

式中：Z1Z2-上下游计算断面水位；

hf-沿程水头损失；hj-局部水头损失；

α - 修正系数，取α=1。

计算成果见表3-2。

表3-2 p=5%水力计算成果表

3.2 堤防冲刷深度计算

水流平顺岸坡产生的冲刷：

hB=hP*[(Vcp/V允)n-1]

由公式：Q=AV，V= Q/A

A=（b+mh）h=[200+2×（132.71-129.00）]×（132.71-129.00）=769.5 m2，

V= Q/A=2140/769.5=2.78 m/s。

查水力学相关资料，选明渠均匀流河底为无黏性土质渠道中砂的最大允许不冲流速为0.50m/s，则

hB=hP*[(Vcp/V允)n-1]=3.71*[(2.78/0.50)1/4-1]=2.0 m

hB——局部冲刷深度（m），从水面算起；

hP——冲刷处的水深（m），以设计水位最大深度代替；

Vcp——平均流速（m/s）；

V允——河床面上允许不冲流速；

n——与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4。

根据挖探坑得知，渠道土壤分布从上至下依次为：细砂、中砂、粗砂、砾石、卵石、漂石、基岩，当水流冲刷至渠底为大卵石时，河底为无黏性土质渠道大卵石的最大允许不冲流速为3.0m/s，则hB=hP*[(Vcp/V允)n-1]=3.71*[(2.78/3.0)1/4-1]<0，水流将不再对渠底造成冲刷。

3.3 齿墙深度确定

经计算得知堤岸顺水流冲刷深度最大为2.0m，桩号0+000至0+830断面河道平顺水流，桩号0+830至2+026断面河道为圆弧段，又由挖探坑得知，桩号0+830至2+026断面之间基岩深度在1.66～2.80米之间，该段为圆弧斜冲，为安全起见，该部分齿墙挖到基岩，同时满足抗冲刷的要求。

桩号0+000至0+830断面之间，从基岩分布走向分析，岩基埋深在2.66～6.46米之间，如选择齿墙基础均坐在岩基上，护坡下延，因岩基分布不规则，不好控制护坡线及坡面顺畅，挖方量过大，与已形成的护坡衔接也较困难。从渠道土壤分布来看，在埋深2.2至2.5米之间出现有卵石，当水流冲刷至渠底为大卵石时，将不再造成冲刷，从计算得知护坡齿墙应大于2.00m以保证堤岸抗冲刷能力，综合考虑后，我们选择齿墙深度为2.2米。

3.4 混凝土面板厚度计算

3.4.1 波高、波周期、波长计算

由风浪要素计算公式计算波高、波周期：

gH/v2=0.13th[0.7(gd/ v2)0.7]th{0.0018(gF/v2)0.45/0.13 th[0.7(gd/ v2)0.7]}

gT/v=13.9(gH/v2)0.5

式中 H—平均波高（m）；

T—平均波周期（s）；

v—计算风速（m/s）；

F—风区长度（m）；

d—水域的平均水深（m）；

g—重力加速度（9.81m/s2）；

计算得H=0.33m, T=2.55s。

查表C.1.3—2得波长L=f(2.55,3.71)=10.08 m。

3.4.2 混凝土面板厚度计算

混凝土板作为土堤护面时，满足整体稳定所需的护面板厚度按下式计算：

t =nH[r/(rb-r)*L/Bm]1/2

式中 t—混凝土护面板厚度（m）；

n—系数，对开缝板取0.075；

H—计算波高（m）；

rb—混凝土板的重度（KN/m3）；

r—水的重度（KN/m3）；

L—波长（m）；

B—沿斜坡方向的护面板长度（m）；

m—斜坡坡率（度）；

将数值带入t =nH[r/(rb-r)*L/Bm]1/2公式，计算得t =0.043m=4.3cm。我们采用10cm厚混凝土护坡满足混凝土板整体稳定需要。

4、结论

通过复核计算，证明了堤防边坡稳定计算满足边坡稳定的规范要求，可以解决河道冲刷问题，理论上是可行的。实际施工中要注意回填土堤的碾压，以避免引起不均匀沉降。

堤防工程设计规范.GB50286—98

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.04.022

王秀红（1969.9.20）、籍贯:河北省、性别:女、学历:大学、职称:高级工程师、研究方向:水利工程,单位名称：辽宁省大伙房水库管理局。