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。

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