尚屯水库岸坡防护工程设计

2023-07-31范世鹏

黑龙江水利科技 2023年7期

范世鹏

(抚顺市清原满族自治县清原镇政府水利站,辽宁抚顺 113300)

1 概述

沈阳市法库县尚屯水库护岸工程位于法库县十间房镇尚屯村境内,治理工程的起点为大坝溢洪道末端(桩号0+000),终点为小荒地村北部(桩号3+420),治理总长度为3.42km。尚屯水库又名财湖,位于辽河支流拉马河上。拉马河发源于辽宁省法库县门家沟村,河流长度64.46km,流域面积452.2km2,河道平均坡度2.31‰。

2 工程布置

根据该水库岸坎现状和存在的主要问题,以及库区岸坎稳定需求、财湖风景区的生态功能要求,确定本工程的总体布局。

岩质陡坎岸线段共计0.13km,治理桩号0+000～0+135,采用石笼护岸结构;土质陡坎岸线段共计2.23km,治理桩号0+135～0+785、桩号0+970～2+550,采用混凝土护岸结构;缓坡浅滩段共计0.87km,治理桩号2+550～3+420,采用石笼护岸结构。在混凝土护岸与道路衔接处设置混凝土台阶7处,分别位于桩号0+345、0+600、0+785、0+970、1+110、1+840、2+244;在石笼护岸与道路衔接处设置石笼护岸台阶3处,分别位于桩号0+135、2+660、2+965。另外,在石笼护岸与道路衔接处增设4个亲水平台,共计350m2,方便行人通行。按照工程总体布局,确定本次尚屯水库护岸工程主要建设内容为:岸坡防护工程3.42km,南岸护栏改造工程1.70km,新建排水涵2座。详见表1。

表1 护岸工程布置情况汇总表

3 岸坡防护工程设计

3.1 岸坡防护工程布置原则

安全性原则是对库区岸坡进行防护后,能够起到固脚护坡的作用,确保库区岸坡稳定,保护水库周边人民生命财产安全。经济性原则是考虑库区洪水流势的合理性,努力做到风险最小,按照汛期库区各段岸坎的特点,确定岸坡防护型式。生态性原则是保护和恢复库区生态物种的多样性,满足生态河流的要求,为库区植物生长和动物栖息创造条件。

3.2 防护工程型式

针对岩质陡坎段和缓坡浅谈段,采用刚性护岸进行防护,对于土质陡坎段采用柔性护岸进行防护,对这两类护岸型式分别进行方案比选。

3.2.1 刚性护岸工程

针对工程特点,刚性护岸采用复式断面,靠近岸坎侧设置第一道挡墙(以下简称后墙),墙后回填土与现状岸坎平顺连接,平整后栽植乔灌草;靠近库区侧设置第二道挡墙(以下简称前墙),前墙后墙之间铺设透水混凝土路面,在实现岸坡防护功能的基础上满足交通需求。后墙采用毛石混凝土结构设计,顶部铺设防腐木板作为休憩平台,以下主要针对前墙结构形式进行比选:一种是重力式混凝土挡墙,第二种是自嵌式挡墙,第三种是箱式绿化混凝土挡墙,各结构优缺点分别见表2。

表2 刚性护岸前墙结构优缺点特性比较表

经以上3种挡墙结构比较,可以看出,混凝土挡墙施工技术成熟,施工质量好控制,且挡墙整体性、稳定性好,虽然不可水下作业,但是可以通过围堰、施工排水等临时措施解决施工问题。由于该工程长期处于库区内,挡墙长期位于水位以下,对于抗冻胀性要求较高,而自嵌式挡墙和箱式绿化混凝土抗冻胀性较差,因此本次刚性护岸工程采用混凝土挡墙的工程型式。

具体结构如下:前墙为C25毛石混凝土,设计顶宽0.5m、高1.5m,基础趾墙宽0.5m、高0.5m,下设0.1厚C20素混凝土垫层。后墙坡上设置宽0.3m、高0.3m、边坡坡比1∶0.75的集水沟,沟内回填白色鹅卵石。在前墙和后墙上每隔5m分别设置1个φ100mmPVC排水管。

3.2.2 柔性护岸工程

针对本工程特点,选择2种柔性护岸型式进行对比:一种是石笼护岸,另一种是仿木桩护岸。以下分别简要论述这2种柔性护岸的优缺点。

1)石笼护岸:根据工程特点,对石笼护岸进行优化设计,采用复式断面,即滨水一侧设置石笼护岸进行岸坡防护,石笼后回填土方形成种植池,栽植水生植物,靠近岸坎一侧设置人行步道满足交通需求。如此即可以实现岸坡防护的目的,也能进行绿化,改善生态的效果也十分显著。但是,格宾网格外露,金属材料易腐蚀、塑料网格易老化,外露局部容易被破坏,另外该工程造价相对较高[1-2]。

2)仿木桩护岸:仿木桩护岸其优点可水下作业,施工快捷,占地面积小,生态效果较好。但该结构施工技术较为复杂,技术工艺不成熟,且生态效果差。各种柔性护岸工程型式的主要优缺点比较见表3。

表3 柔性护岸工程型式优缺点特性比较

经以上2种柔性护岸工程型式的比较,仿木桩护岸技术工艺不成熟,生态效果差,而石笼护岸应用较为成熟,与本次工程治理特点更为契合,故本次选用石笼护岸进行柔性防护。

具体工程结构如下:石笼网箱每单元分别为0.7m×0.7m×2.0m和1.0m×0.8m×2.0m,各层石笼网箱背水侧齐平,迎水侧较上层格宾石笼宽0.3m,网箱后回填土与自然岸坎平顺连接形成种植池,平整后栽植水生植物,本设计选择花菖蒲和水烛香蒲。

3.2.3 台阶与平台设计

根据工程总体平面布置,在混凝土护岸与岸边道路衔接处采用混凝土台阶,共计7处;石笼护岸与岸边道路衔接处采用石笼护岸台阶,共计3处,另设4个亲水平台为行人通行提供方便;混凝土护岸与石笼护岸之间由石笼护岸人行步道延长后平顺衔接,各衔接段情况详见表4。

表4 各衔接段情况汇总表

1)混凝土台阶:混凝土台阶主体采用C25钢筋混凝土结构,钢混下分别设置100mm厚C20素混凝土垫层和100mm厚砂垫层。钢筋混凝土剖面采用U型结构,边墙宽0.15m,总高0.51m,埋深0.31m。各处台阶数依据现场高差确定,其余部分为水平段,延伸至岸顶,与进场道路相连接。

2)石笼护岸台阶:石笼护岸台阶采用人行步道结构,步道面层为防腐木地板和仿木混凝土栏杆,面层向下依次为C25钢筋混凝土板、梁、柱,以及C25钢筋混凝土基础、C25毛石混凝土基础和C20素混凝土垫层。各处台阶数依据现场高差确定,其余部分为水平段,延伸至岸顶,与进场道路相连接。

3)护岸之间衔接:混凝土护岸和石笼护岸步道部分由人行步道延长平顺衔接,高差为0.5m,坡降为1/10,水平距离为6.0m,人行步道由2.2m渐变至3.25m(含混凝土护岸栏杆部分)。

4)亲水平台设计:根据本项目特点,在桩号0+000设置一个200m2的亲水平台A,桩号0+135、2+660、2+965分别设置1个50m2的亲水平台B。平台面层为防腐木地板和仿木混凝土栏杆,其中地板为深棕色防腐木,护栏立柱高1.29m,横向设置拉带。面层向下依次为C25钢筋混凝土板、梁、柱,以及C25钢筋混凝土基础、C25毛石混凝土基础和C20素混凝土垫层。

3.2.4 石笼工程技术要求

1)格宾网技术要求:本次设计采用的生态格网结构主要为格宾石笼,格宾石笼尺寸分别为0.7m×0.7m×2.0m、1.0m×0.8m×2.0m,网孔尺寸10cm×12cm,双线铰合部分长度≥5.5cm。具体规格及技术要求见表5。

表5 格宾笼护脚网规格、型号、参数表

2)土工布规格:土工布作为排水管的反滤层对排水的稳定和耐久非常重要,各项主要质量指标见表6所示。

表6 土工布主要质量指标表

3)排水涵工程设计:本工程桩号1+830和2+000位置分别设置一座排水涵。每座排水涵由台阶段和涵管段两部分组成。台阶段分别为150mm厚C25毛石混凝土基础和100mm厚C20素混凝土垫层,毛石混凝土上设置花岗岩条石台阶。涵管段采用管径1.0m的圆涵,涵下分层铺设250mm厚C20素混凝土垫层和100mm厚砂垫层。