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        大凌河閻白段綜合治理一期護岸工程設計分析

        2015-10-29 06:17:02劉香驛
        黑龍江水利科技 2015年4期
        關鍵詞:石籠分力護岸

        劉香驛

        (北票市凌河保護區(qū)管理局,遼寧 北票122100)

        1 工程概況

        本次項目區(qū)位于朝陽市北票南八家鄉(xiāng)二官營橋上、下游,治理河段為大凌河干流,從二官營橋上游700 m處至下游300 m 處,共計1 km,治理面積為29.47 hm2。項目區(qū)主要涉及北票市南八家鄉(xiāng)八家子村二官營組。

        大凌河位于遼寧省西部,是遼寧省西部最大的河流。大凌河有兩源:北源出凌源縣打鹿溝,南源出建昌縣黑山,到大城子附近會合,東北流經(jīng)努魯兒虎山和松嶺間縱谷,接納老虎山河、牤中河、西河等支流,到義縣轉(zhuǎn)向循醫(yī)巫閭山西側(cè)南流,在錦縣東南注入遼東灣[1-2]。

        大凌河全長397 km,流域面積2.35 萬km2,流域內(nèi)年降水量450 ~600 mm,年均徑流量16.67 億m3,流經(jīng)碎屑巖、火山巖和黃土地區(qū),含沙量達57 kg/m3,水土流失嚴重。本次治理河段為大凌河北票南八家鄉(xiāng)段。目前,該河段現(xiàn)有漫水橋一座,左岸灘地處存在采沙場遺留的大型沙坑3個,河段周邊堆放大量的生活垃圾,周圍生態(tài)環(huán)境遭到不同程度的破壞和污染。

        2 護岸工程設計

        2.1 護岸工程布置

        本次設計在二官營橋上游樁號D0 +200 -D1 +000 左岸沿灘地邊緣采用石籠、灌木護坡護腳相結(jié)合的形式,增強抗沖刷能力,減小破壞,防止急流掏刷,一定程度上保證魚池安全[3]。石籠護岸工程總長820 m。

        為保證魚池邊坡穩(wěn)定,本次設計分別對“繁殖池”“保育池”“成魚池”進行防護,沿池塘右側(cè)邊緣采用階梯式石籠防護,長度共計460 m。

        具體布置及工程量如表1 所示。

        表1 石籠護岸工程量表

        2.2 護岸工程設計

        由于河道的一些特殊斷面及彎道處斷面較窄而深,為了對邊坡底部進行防護并拓寬河道過水斷面,防止沖刷河岸,本次設計對灘地段采用石籠護岸形式。石籠護岸上部進行修坡整形,土坡要進行削坡夯實處理,使其坡比達到穩(wěn)定形式[4-5]。

        2.2.1 護岸形式

        本次河道治理工程護岸工程設計采用石籠與植被護岸相結(jié)合的護岸形式。石籠是將鐵絲編織的雙鉸六角形柔性金屬網(wǎng)經(jīng)剪裁、編邊和組合后制成的網(wǎng)籠金屬網(wǎng)綁扎成箱型結(jié)構(gòu)并相互連接的網(wǎng)籠。在石籠內(nèi)填入適當?shù)氖瘔K,石塊粒徑≥20 cm,塊石強度>30 MPa,石籠網(wǎng)格采用,網(wǎng)格為12 ×15cm,砌筑找平綁扎蓋網(wǎng)形成的石籠護岸;在石籠護岸外側(cè)栽種喬木與灌木形成植被護岸[6-7]。

        植被、石籠與土坡三者形成一個剛?cè)醿尚缘摹鞍鍓K”。柔中帶剛,既綠化環(huán)境,保持水土,又能適應一定的位移。1 ~2 a之后,根系深扎,盤根錯節(jié),起連接作用的鐵絲網(wǎng)將與具有強大的再生力的植被根系共同發(fā)揮護岸作用。

        本次設計主河道樁號D0 +200 -D1 +000 左岸處,邊坡加高培厚并修坡整形,迎水坡比1∶2,背水坡比1∶5。坡頂設20 cm厚碎石道路,下設10 cm沙石墊層,路寬3 m。

        背水坡頂沿路邊栽植單排垂柳(間隔3 m),背水坡種植草皮及灌木。迎水坡采用石籠貼坡防護,厚度為0.3m,設計水位以上至堤頂采用灌木護坡,行距均為0.4 m;堤腳采用蜂巢格網(wǎng)石籠護腳,寬1.0 m,埋深1.5 m。石籠護岸結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        圖1 石籠護岸結(jié)構(gòu)示意圖

        為了保證洪水來臨時魚池的安全,本次設計在魚池右側(cè)邊坡進行階梯式貼坡石籠防護,石籠網(wǎng)箱長1m,高0.5m,分為4 層,總長度為460m。石籠護岸結(jié)構(gòu)(池塘)示意圖如圖2 所示。

        圖2 石籠護岸結(jié)構(gòu)(池塘)示意圖

        2.2.2 護岸穩(wěn)定計算

        護岸高度H =2 m,護岸采用石籠網(wǎng)材料。護岸后傾角α,護岸結(jié)構(gòu)單位長度體積V =1.35 m3/m,土對石籠護岸基礎的摩擦系數(shù)μ,箱籠回填石材為卵石,重度為γ,孔隙率n =0.3,護岸背填土凝聚力C = 0,填 土 內(nèi) 摩 擦 角 φ = 30°,填 土 重 度 為18 kN/m3,護岸結(jié)構(gòu)的重度為17.5 kN/m3。地基承載力特征值fak=160 kPa。石籠護岸下部埋深1 m,具體尺寸見結(jié)構(gòu)圖[8]。

        2.2.2.1 主動土壓力計算

        式中:Ka 為主動土壓力系數(shù);φ 為填土內(nèi)摩擦角;Ea為主動土壓力;γ 為填土重度;h 為石籠護腳高度。

        主動土壓力計算結(jié)果見表2。

        2.2.2.2 石籠護岸的抗滑穩(wěn)定計算

        式中:Ks為抗滑移安全系數(shù);Gn為土墻每延米自重在垂直于基底方向的分力;Gt為土墻每延米自重在平行于基底方向的分力;Ean為主動土壓力在垂直于基底方向的分力;Eat為主動土壓力在平行于基底方向的分力;μ 為土對石籠護腳基礎的摩擦系數(shù)[9]。

        經(jīng)計算,抗滑移安全系數(shù)Ks>1.3,滿足穩(wěn)定要求。護岸的抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果見表2。

        2.2.2.3 石籠護岸的抗傾穩(wěn)定計算

        式中:Kt為每延米抗傾覆安全系數(shù);G 為每延米護腳的重力;Eax為每延米主動土壓力的水平分力;Eaz為每延米主動土壓力Ea的垂直分力;x0、xf、zf分別為G、Eax、Eaz至墻趾O 點的距離。

        經(jīng)計算,傾覆安全系數(shù)Kt>1.6,滿足穩(wěn)定要求。護岸的抗傾穩(wěn)定計算結(jié)果見表2。

        2.2.2.4 石籠護岸基底壓應力的計算

        式中:σmax為基底的最大應力;∑G 為垂直荷載,kN;A 為底板面積,m2;∑M 為荷載對底板形心軸的力矩,kN·m;W 為底板的截面系數(shù),m3。

        經(jīng)計算,基底最大壓應力σmax<160kPa。護岸底壓應力的計算結(jié)果見表2。

        表2 護岸穩(wěn)定計算結(jié)果

        2.2.2.5 河道沖刷計算

        石籠護岸工程河道沖刷深度可按下式計算:

        式中:hs為局部沖刷深度,m;Ucp為近岸垂線平均流速m/s;Uc 為泥沙的啟動流速,m/s;黏性與沙質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計算,卵石,m/s;H0為沖刷處的水深,m;n 為與防護岸坡在平面上的形狀有關,一般取1/4[10]。

        河床采用長江科學院公式計算:

        式中:d50為河床的中值粒徑,m;H0為行進水流水深,m;rs,r 分別為泥沙與水的重度,kN/m3,g 為重力加速度,m/s2;Ucp 的計算應符合下列規(guī)定:

        式中:U 為行近流速,m/s;η 為水流流速分配不均勻系數(shù),根據(jù)水流流向與岸坡交角α 角查表采用。

        根據(jù)朝陽站5 a 一遇天然洪峰流量為2 316 m3/s,河道平順段沖刷深度計算表見表3,水流斜沖岸坡沖刷深度計算表見表4。

        表3 河道平順段沖刷深度計算表

        表4 水流斜沖岸坡沖刷深度計算表

        根據(jù)表3 可知5 a一遇洪峰流量為2 316 m3/s時,結(jié)論:石籠護岸基礎沖刷深度平順段及凸岸段設計值取1.5 m,凹岸斜沖段設計值取2 m。

        3 結(jié) 語

        工程實施后,可有效提高河道兩岸的防洪能力,而護岸工程設計的科學性和合理性更加保證了工程的順利實施。

        [1]劉瑛,高甲榮,陳子珊,高陽,等. 北京郊區(qū)兩種生態(tài)護岸方式溫濕度效應對比[J]. 水土保持研究,2007,14(06):227 -230.

        [2]黃奕龍.日本河流生態(tài)護岸技術及其對深圳的啟示[J].中國農(nóng)村水利水電,2009(10):106 -108.

        [3]趙冬冬. 生態(tài)護岸工程在建陽書呂溪防洪堤建設中的應用與推廣[J]. 水利科技,2013(02):75 -76.

        [4]史淑娟,趙楠. 烏海湖黃河右岸生態(tài)景觀及護岸工程設計[J]. 人民黃河,2012,34(12):22 -24.

        [5]嚴飛,鄔顯晨. 生態(tài)護岸工程設計中若干關鍵問題的復核[J]. 城市道橋與防洪,2014(09):58 -61.

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        [9]孔輝,李金芳,于鵬. 淺談河道現(xiàn)澆混凝土換工程設計與施工[J]. 山東水利,2009(10):19 -21.

        [10]孟祥秋,劉長江. 穆棱河永遠丁字壩護岸工程設計與施工[J]. 黑龍江水利科技,2012,40(08):274 -275.

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