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        葉城縣泥石流防治工程攔砂壩設(shè)計(jì)分析

        2020-08-11 17:06:34郝建群譚亮
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2020年14期
        關(guān)鍵詞:砂壩糙率沖刷

        郝建群,譚亮

        (遼寧省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)有限責(zé)任公司,遼寧錦州121000)

        1 工程概況

        該防治工程位于新疆葉城縣境內(nèi),本次防治工程范圍為柯克亞鄉(xiāng)阿曼夏村西北側(cè)泥石流溝(N1~N7泥石流溝)及泥石流影響范圍。在N4、N5號(hào)溝口正對(duì)面修建攔砂壩,攔蓄山洪或泥石流中的泥沙(包括塊石),將N4、N5溝洪水導(dǎo)流至N3溝,同時(shí)減輕對(duì)下游村莊的危害,設(shè)計(jì)總長107m。

        2 防治工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)指標(biāo)

        根據(jù)設(shè)計(jì)方案,本工程確定為防治工程等級(jí)二級(jí),防治工程為一般永久性工程,按工程使用期50年設(shè)計(jì)。

        設(shè)計(jì)指標(biāo)包括:(1)N4、N5泥石流溝50年一遇合計(jì)暴雨洪峰流量Q=28.32m3/s,其中N4泥石流溝為13.20m3/s,N5泥石流溝為15.12m3/s;(2)泥石流流速選用兩溝較大值為Vc=4.15m/s;(3)泥沙沖擊壓力選用兩溝較大值為34.79kPa,泥沙沖起高度選用兩溝較大值為H=1.41m;(4)天然土質(zhì)溝床糙率n=0.03,混凝土襯砌糙率n=0.013,漿砌石襯砌糙率n=0.023;(5)地區(qū)季節(jié)性凍土深度1.8m。

        3 攔擋壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        3.1 攔擋壩設(shè)計(jì)過水?dāng)嗝?/h3>

        過水?dāng)嗝娌捎锰菪螖嗝妫O(shè)計(jì)底寬6.0m,過水?dāng)嗝嫔?.5m、坡比1∶1。

        3.1.1 水力驗(yàn)算

        1)計(jì)算公式。根據(jù)設(shè)計(jì)方案,N4和N5泥石流溝內(nèi)的洪水沿?cái)r擋壩排導(dǎo)至下游排導(dǎo)槽內(nèi)。故對(duì)攔擋壩段按明渠水力條件進(jìn)行驗(yàn)算,計(jì)算公式為[1]:

        式中,Q為過流量,m3/s;A為過流量,m3/s;C為謝才系數(shù);R為水力半徑,m;X為濕周,m;n為糙率;m為內(nèi)邊坡系數(shù);i為渠底坡降;b為梯形底寬,m;A1為過流斷面面積,m2。

        2)參數(shù)選取。排導(dǎo)槽底寬6m,過水深1.5m,墻前邊坡系數(shù)1∶0,墻背邊坡系數(shù)1∶0.2底部糙率為0.03,設(shè)計(jì)縱坡2.14%。

        3)計(jì)算結(jié)果。將以上參數(shù)代入式(1)~式(4),經(jīng)計(jì)算,導(dǎo)流護(hù)坡設(shè)計(jì)斷面最小過流量為42.738m3/s,滿足50年一遇暴雨洪水峰值流量,N4泥石流溝與N5泥石流溝匯流流量總和為28.32m3/s。

        3.1.2 校核排導(dǎo)槽中水流流速

        校核排導(dǎo)槽中水流流速是否滿足不沖流速(V不沖)與不淤流速(V不淤)。

        1)計(jì)算方法

        式中,V為導(dǎo)流護(hù)坡水流流速,m/s;Qc為50年一遇暴雨洪水峰值流量,m3/s。

        2)參數(shù)選取

        50年一遇暴雨洪水峰值流量(Qc)根據(jù)勘查報(bào)告取N4泥石流洪水流速4.15m/s,A1根據(jù)表1選取,V不沖為5m/s,V不淤為0.65m/s(參考王禮先著《水土保持工程學(xué)》關(guān)于山邊溝渠工程;SL 18—2004《渠道防滲工程技術(shù)規(guī)范》關(guān)于防滲渠道允許不沖流速內(nèi)容)。

        3)計(jì)算結(jié)果

        經(jīng)過計(jì)算,壩前水流流速V=4.6m/s,滿足不沖刷不淤積流速要求。

        3.2 攔擋壩穩(wěn)定性驗(yàn)算

        3.2.1 基礎(chǔ)埋深

        由于基礎(chǔ)埋置深度,主要考慮沖刷深度及凍土深度,沖刷深度具體計(jì)算如下。

        1)計(jì)算公式

        沖刷深度依據(jù)GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中附錄D進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式如下:

        式中,hB為局部沖刷深度m;hp為沖刷處的水深m,以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替;Vcp為平均流速m/s;取Vcp=4.6m/s;V允為床面上允許不沖流速m/s,按GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》公式D.2.1-5;計(jì)算取0.96m/s;η為與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān),一般取η=1/4。

        2)計(jì)算結(jié)果

        由式(5)計(jì)算,排導(dǎo)槽基礎(chǔ)最大沖刷深度0.62m,埋深結(jié)合達(dá)木斯鄉(xiāng)歷年最大凍土深度1.5m,確定導(dǎo)流護(hù)坡基礎(chǔ)埋深為1.8m[2]。

        3.2.2 攔擋壩壩高確定

        本次設(shè)計(jì)攔擋壩,壩高依據(jù)壩前庫容與泥石流沖起高度綜合確定,經(jīng)計(jì)算,設(shè)計(jì)攔擋壩地面以上高3.5m。

        3.3 攔砂壩斷面設(shè)計(jì)

        如圖1所示,設(shè)計(jì)攔砂壩頂寬3.6m,其中懸臂擋土墻墻頂寬0.4m,地面以上墻高3.5m,基礎(chǔ)埋深1.8m,面坡坡比1∶0,背坡坡比1∶0.2,采用C25現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),鋼筋骨架選用HRB400φ12mm和φ18mm鋼筋。

        圖1攔砂壩斷面設(shè)計(jì)示意圖

        4 結(jié)論

        通過上述設(shè)計(jì)、計(jì)算以及實(shí)現(xiàn)效果來說,可以看出攔砂壩起到了攔蓄山洪或泥石流中的泥沙(包括塊石),以及減少或避免下游居民的受災(zāi)損失的作用。

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