浅析金寨县白水河护岸挡墙工程设计

2023-12-19雷鸣

陕西水利 2023年12期

雷鸣

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司安徽分公司,安徽合肥 230000）

1 金寨县白水河护岸工程总布置

本次白水河治理累计治理河道长度为13.83 km,总计分为17 个治理段,主要工程内容包含新建（重建）护岸、蓄水堰及过路箱涵、清淤清障等。其中护岸挡墙主要采用（镶面）重力式挡墙及镶面衡重式挡墙,累计新建护岸挡墙（含格宾石笼）8997 m。槐树湾河黄岭防护段新建蓄水堰2 座,堰身长13.7 m,堰身净高均为0.9 m。新建或拆除重建过路涵2 座,分别为古碑镇姊妹河堰湾防护段过路涵及花石乡白水河方家湾防护段过路涵,均采用箱涵结构,前者截面尺寸为2.0 m×2.3 m（宽×高,下同）,长4.8 m；后者截面尺寸为2.8 m×3.0 m,长5.0 m。仅清淤清障总长度6919 m,本工程合计清淤清障量为67.64 万m3。同时配套下河踏步、排水涵管、护栏及警示桩等附属设施。

2 护岸挡墙型式选择

结合现有护岸结构,结合山区河道坡陡流急的特点,同时尽量避免大量挖方并节约用地,减少拆迁,设计河道护岸采用墙式护岸拟选取镶面C20 砼重力式挡墙、镶面C20 砼衡重式挡墙、扶壁式挡墙3 种型式挡墙进行方案比选,本次选取总高4.5m（不含抗滑凸隼高度）挡墙进行比选。在保证河道过水断面面积一致的前提下,河道断面护岸挡墙型式比选如下：

（1）镶面C20 砼重力式挡土墙

本次金寨县白水河治理工程涉及重力式挡土墙以镶面C20 砼重力式挡土墙为主,故以该重力式挡墙为例进行设计说明。该挡墙由压顶、墙身、基础组成。背水侧坡度1∶0.5,迎水侧坡度1∶0.05,压顶、基础及墙身均采用C20 砼砌筑,挡土墙迎水面设200mm 厚镶嵌面石,墙内设双排φ75PVC排水管。镶面重力式挡土墙结构见图1。

图1 镶面重力式挡土墙

（2）C25 钢筋砼扶壁式挡土墙

扶壁式挡土墙由墙身、基础和扶壁组成。墙身厚0.4 m、扶壁厚0.4 m,墙趾悬挑长0.6 m,墙趾板厚0.5 m；墙踵悬挑长3.1 m,墙踵板厚0.5 m,扶肋间距5.0 m。墙身及扶壁均采用C25 钢筋砼,墙内设双排φ75PVC 排水管,每隔10.0 m 设置一道沉降缝。扶壁式挡土墙典型结构见图2。

图2 扶壁式挡土墙

（3）镶面C20 砼衡重式挡墙

镶面衡重式挡土墙由压顶、墙身、衡重台及基础组成。压顶宽0.5 m,厚0.2 m,C20 现浇混凝土结构。墙身由C20 混凝土砌筑,迎水侧坡比1∶0.1,背水侧上墙背坡坡比为1∶0.25、下墙背坡坡比为1∶0.30,挡土墙迎水面设200 mm 厚卵石镶面,墙身设置φ75PVC 管,倾斜度5%,管头采用土工布结合反滤包封堵。基础底板厚0.8 m,墙趾侧设置齿墙,齿墙高0.5 m,宽0.5 m。衡重式挡土墙典型结构见图3。

图3 镶面衡重式挡土墙

本次金寨县白水河治理工程主要位于山区,所涉及河流均为坡陡流急的山溪性河流,汇流时间短,洪水暴涨暴落,洪峰流量大,洪水次数频繁,洪水历时短,流速大,冲刷力度大,要求护岸材料来源广、容易购买,占地少,坚固耐久,抗冲刷、耐磨损性能强。

方案一镶面C20 砼重力式挡土墙,施工简单,主要材料来源广、易购买,坚固耐久,抗冲刷、耐磨损性能强,相对坡式护岸可避免大量挖方并可节约用地,减少拆迁。在挡土墙外立面砌筑一层浆砌石,与周边环境相融合,为金寨县常规做法。兼顾坚固耐久,抗冲刷、耐磨损性能强的优点,同时块石用量较小,材料容易购买。挡墙适用高度范围灵活,在中等坚实地基上适用8 m 以下各种高度。但边坡开挖,将产生一定量的工程占地。

方案二C25 钢筋砼扶壁式挡土墙,墙身及整体稳定性较好,在挡墙高度超过8m 时经济性及可靠性均优于重力式挡土墙。但扶壁式挡土墙需配筋,施工难度相对较大,对施工队伍技术水平要求较高,且方案二工程造价最高。外立面为混凝土,与环境协调性较差。

方案三镶面C20 砼衡重式挡土墙能利用减重台上的填土重增加自身稳定,并使地基应力分布较为均匀。当挡墙高度较大时,采用衡重式挡土墙将会显著减少开挖量、减少施工占地,同时节省工程投资。但方案三镶面C20 砼衡重式挡土墙相较方案一、方案二施工难度最大,墙后填土难以压实,同时对地基承载力要求较高。

三种方案比选优缺点见表1。

表1 护岸结构型式比选表

3 护岸挡墙型式设计

综合考虑上述三种护岸挡墙方案优缺点,同时本工程堤防设计挡墙高度主要集中在3 m～6 m,仅在局部治理段有少量断面挡墙高度超过7 m,综合考虑挡土墙经济性、实用性及连续性,本次设计未采用扶壁式挡土墙,进而确定本次金寨县白水河治理工程护岸挡墙按下述设计。

（1）重力式挡土墙

考虑到施工难度及与现状护岸结构型式相匹配,本次在局部工程区如花石乡白水河支流蔡家湾防护段等部位采用C20 埋石砼重力式挡土墙。考虑到本次金寨县白水河治理工程在防洪保安的同时,对生态水景、改善人居环境有一定要求。应地方政府要求,本次在其他大部分工程区重力式挡墙均采用镶面C20 砼重力式挡土墙。

（2）扶壁式挡土墙

本工程堤防设计挡墙高度主要集中在3 m～6 m,仅在局部治理段有少量断面挡墙高度超过7 m,综合考虑挡土墙经济性、实用性及连续性,本次设计未采用扶壁式挡土墙。

（3）镶面C20 砼衡重式挡土墙

由于古碑镇白水河七邻防护段现状河道为松散土坡,顶部为混凝土道路及路肩挡墙,为尽量减少边坡开挖量,维持上部边坡及道路边墙稳定,加之河道地基为漂石土及基岩,承载能力较高。受限于工程地形条件,拟在该段采用方案三镶面C20 砼衡重式挡土墙。

4 护岸抗冲刷计算

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定,顺坡及平顺护岸冲刷深度计算公式：

式中：hs为局部冲刷深度,m；H0为冲刷处的水深,m；Ucp为近岸垂线平均流速,m/s；n 为与防护岸坡在平面上的形状有关,一般取n=1/4～1/6；d50为河床的中值粒径,m；g 为重力加速度,9.8 m/s2；γs、γ为泥沙与水的容重,kN/m3；η为水流流速不均匀系数,根据水流流向与岸坡交角α查表确定,见表2。

表2 水流流速不均匀系数

考虑冲刷最不利部位,并根据各河段河道轴线实际走向等情况,选取以下6 个代表断面进行计算,具体位置见表3。

表3 代表断面情况统计表

根据计算,护岸冲刷深度计算值见表4。

表4 抗冲刷深度计算成果

根据冲刷深度计算结果,本工程土基上设计挡墙埋深均大于计算深度,根据冲刷计算结果及河段实际情况,针对河面宽广、流速流量较大、计算冲刷深度较大河段如花石乡白水河石良组防护段护岸、槐树湾乡祝冲河黄畈防护段护岸、古碑镇白水河南畈村防护段护岸等部位护岸挡墙埋深为1.7 m～1.8 m；对于河面狭窄、计算冲刷深度较小河段如花石乡白水河支流蔡家湾防护段护岸等河段挡墙埋深为0.6 m～1.3 m。对于基础为岩基的挡墙,设计挡墙基础坐落于中风化岩层上。