趙 鵬

（山西澤城西安水電有限公司，山西 太原 030002）

1 河道概況

某河道干流上游河床較陡，下游平緩，河道彎曲，且受潮水影響。多年來(lái)，河道未經(jīng)清淤治理，河道邊灘淤積，局部河段河槽內(nèi)已形成沙洲或淺灘，影響行洪。河道生態(tài)、協(xié)調(diào)性差，過(guò)去幾十年當(dāng)?shù)刂蛔⒅貍鹘y(tǒng)水利、工程水利建設(shè)，現(xiàn)代治水理念淡薄，基本上側(cè)重于依靠工程措施，偏重于防洪排澇，未能體系性地實(shí)施防洪、環(huán)保、生態(tài)、文化、旅游等多種功能的有機(jī)結(jié)合。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水資源、生態(tài)環(huán)境、洪澇災(zāi)害等問(wèn)題也日益突出。水利工程設(shè)施建設(shè)統(tǒng)籌性差、非工程措施建設(shè)滯后，人水和諧的矛盾沒(méi)有得到根本解決，且日益凸顯。迫切需要對(duì)河道進(jìn)行清淤疏浚整治，建設(shè)人水和諧的生態(tài)河岸?，F(xiàn)狀河道典型斷面見(jiàn)圖1。

圖1 清淤疏浚典型斷面

2 清淤疏浚斷面設(shè)計(jì)

2.1 清淤斷面整治

本次設(shè)計(jì)對(duì)治理河段進(jìn)行全面疏浚清淤，治理總長(zhǎng)度6.5km，對(duì)于很急的轉(zhuǎn)彎，河槽向凸岸一側(cè)灘地?cái)U(kuò)挖，擴(kuò)大河道轉(zhuǎn)彎半徑；河道上、下游要平順連接，不同斷面之間要平緩過(guò)渡并現(xiàn)狀河槽平順連接。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，結(jié)合實(shí)測(cè)河道地形和橫斷面，以及設(shè)計(jì)水面線推算，確定疏浚深度為0.26～0.49m，疏浚底寬16～32m，河槽疏浚斷面為復(fù)合式斷面。淤積斷面見(jiàn)圖2。

圖2 清淤疏浚淤積斷面

一般情況下，疏浚后的河道，應(yīng)有足夠的行洪斷面。根據(jù)現(xiàn)狀河道實(shí)測(cè)斷面，推求現(xiàn)狀水面線，以滿足防洪要求為原則，結(jié)合現(xiàn)狀測(cè)量地形，分析河道阻水的地方，初步擬定設(shè)計(jì)斷面，然后推求設(shè)計(jì)水面線。擬定的斷面既要滿足過(guò)流需要，又要滿足堤防穩(wěn)定、節(jié)省投資的要求。

2.2 工程布置原則

（1）不改變?cè)拥雷邉?shì)，維持河道天然形態(tài)，保留現(xiàn)有橋梁和水陂，充分體現(xiàn)自然、生態(tài)的河道治理理念，宜彎則彎，宜灘則灘，不進(jìn)行裁彎取直。

（2）堤（岸）線走向布置，原則上盡量利用已有堤防（護(hù)岸），堤（岸）線應(yīng)平順連接，不得采用折線或急彎。

（3）現(xiàn)有單薄堤防段培厚加固，不降低其防洪標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)確定的工程范圍，總治理河長(zhǎng)6.5km，其中全線清淤長(zhǎng)6.5km，護(hù)岸長(zhǎng)度3.429km，堤防加固1.253km。河道淤積，局部河道主河槽在縱坡上形成凸起。

3 岸坡整治設(shè)計(jì)

3.1 岸坡設(shè)計(jì)

護(hù)岸一般分為坡式護(hù)岸、墻式護(hù)岸以及斜坡+擋墻護(hù)岸，在能滿足邊坡開(kāi)挖的情況下，優(yōu)先選用坡式護(hù)岸；斜坡式護(hù)岸一般包括植物措施護(hù)岸和工程措施護(hù)岸，墻式護(hù)岸均為工程措施護(hù)岸。植物措施護(hù)岸包括草皮護(hù)坡和植生毯護(hù)坡。草皮護(hù)坡抗沖流速較低，草皮護(hù)坡生態(tài)環(huán)保、費(fèi)用低，在能滿足工程防護(hù)要求的情況下優(yōu)先選用。植生毯護(hù)坡生態(tài)性能好，植生毯采用椰絲纖維為基材，純天然植物原料，環(huán)保性好，植生毯鋪設(shè)邊坡后，能有效地防風(fēng)、保溫、保濕和防沖刷，起到對(duì)土壤和植物的物理保護(hù)作用，但缺點(diǎn)是造價(jià)較高。

斜坡工程措施護(hù)岸可采用無(wú)砂混凝土、水泥砂漿嵌鵝卵石、植草磚和雷諾護(hù)墊護(hù)坡。無(wú)砂混凝土、水泥砂漿嵌鵝卵石護(hù)坡抗沖刷能力強(qiáng)，但是造價(jià)較高，生態(tài)效果一般；雷諾護(hù)墊護(hù)坡生態(tài)效果好、抗沖刷能力較強(qiáng)，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是造價(jià)較高。植草磚護(hù)坡抗沖能力較強(qiáng)，利于生物生長(zhǎng)，具有凈化及生態(tài)護(hù)岸的優(yōu)勢(shì)，充分保證河岸與河流水體之間的水份交換和調(diào)節(jié)功能，具有滯洪、調(diào)節(jié)水位、生態(tài)修復(fù)、蓄洪等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)造價(jià)較高，在水流的反復(fù)作用下容易引起失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞等。斜坡式護(hù)岸大樣見(jiàn)圖3。

圖3 斜坡式岸坡整治典型斷面

格賓石籠擋墻，是將抗腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度的低碳高鍍鋅鋼絲，用六角網(wǎng)捻網(wǎng)機(jī)，編織成平面網(wǎng)格狀，在施工現(xiàn)場(chǎng)組裝成不同尺寸規(guī)格的網(wǎng)箱或網(wǎng)墊，但鋼絲纏繞處和鋼絲籠連接處的強(qiáng)度很難保證，石籠的破裂通常不是由于金屬線的老化銹蝕造成的，而主要是由于石籠中的石頭在水流的作用下不斷摩擦金屬網(wǎng)，從而導(dǎo)致石籠格網(wǎng)的破裂。石籠中填充石料形成柔性的、自透水的、整體性的防護(hù)結(jié)構(gòu)，填充料需滿足抗風(fēng)化、不溶解、具有一定強(qiáng)度、粒徑大于網(wǎng)孔的要求，但在當(dāng)?shù)睾茈y找到要求的填料，有一種破壞形式，石籠雖然完好無(wú)損，可里面的石頭卻沒(méi)了，這主要是由于水流流速過(guò)高，充填的塊石質(zhì)地不夠堅(jiān)硬或體積較小，隨著水流的不斷沖蝕，塊石之間不斷摩擦，體積不斷減少，最終從石籠網(wǎng)孔中流出，所以填充的塊石必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。另外，格賓石籠結(jié)構(gòu)中存在較多孔隙，水在孔隙中不斷滲流、沖刷，對(duì)結(jié)構(gòu)體本身及其周?chē)寥赖姆€(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

生態(tài)混凝土砌塊，其抗沖刷、透水性較強(qiáng)，但穩(wěn)定性相對(duì)較差，生物恢復(fù)較慢，目前市面上使用較多，產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)較差。

生態(tài)魚(yú)巢式砌塊擋墻，其抗沖刷、透水性強(qiáng)；施工速度快；空隙大利于生物棲息；穩(wěn)定性較好養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單；綠化效果較好；外形輪廓柔和，但砌塊內(nèi)填拋石需配合一定機(jī)械吊運(yùn)。

對(duì)比之下，本工程岸坡整治位于支K0+000—支K0+461、K0+000—K2+706、K5+027—K5+289、K5+358—K5+511，該河段岸坡結(jié)合河道生態(tài)環(huán)境，分別建設(shè)草皮護(hù)坡式岸坡、拋石護(hù)腳+干砌石護(hù)岸、拋石壓石護(hù)腳+預(yù)制波浪樁護(hù)岸，本工程共計(jì)護(hù)岸長(zhǎng)度3.429km。樁號(hào)支K0+000—支K0+461、K0+000—K2+706段河岸高程較低，做護(hù)岸處理同時(shí)為消除原低矮堤防安全隱患，對(duì)原有堤防進(jìn)行加高加厚，該段長(zhǎng)度為3.047km。波浪樁護(hù)岸大樣圖見(jiàn)圖4。

圖4 岸坡整治典型斷面

3.2 護(hù)岸沖刷深度計(jì)算

3.2.1 基本資料

根據(jù)工程實(shí)際情況選取2個(gè)斷面進(jìn)行護(hù)岸沖刷深度計(jì)算。各斷面基本資料數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

誤同期仿真分析結(jié)果見(jiàn)圖5，當(dāng)機(jī)端電壓低于電網(wǎng)電壓時(shí)，合閘電流由最初流向發(fā)電機(jī)過(guò)渡到穩(wěn)態(tài)，幅值緩慢減小趨于穩(wěn)定；發(fā)電機(jī)頻率高于電網(wǎng)時(shí)，沖擊電流呈周期性波動(dòng)，該種現(xiàn)象是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)合閘后一定的時(shí)間內(nèi)處在異步運(yùn)行中；當(dāng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)存在相位差時(shí)，合閘初期沖擊電流起伏較大，并且幅值呈周期性波動(dòng)．同時(shí)，電壓在出現(xiàn)頻率與相位誤同期合閘時(shí)發(fā)生波動(dòng)最劇烈，沖擊電流相對(duì)其他工況條件下更大．綜上可知，當(dāng)發(fā)生頻率與相位誤同期合閘時(shí)的事故更為嚴(yán)重[10-11]．

表1 護(hù)岸沖刷深度計(jì)算各斷面基本資料表

3.2.2 計(jì)算方法

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）河岸平順護(hù)岸的局部沖刷深度計(jì)算公式如下。

式中：hs——局部沖刷深度，m；

H0——沖刷處的水深，m；

Ucp——近岸垂線平均流速，m/s；

Uc——泥沙起動(dòng)流速(m/s)；

U——行近流速（m/s）；

η——水流流速不均勻系數(shù)；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，取n=1/6。

卵石的起動(dòng)流速Uc，計(jì)算公式：

式中：d50——床沙的中值粒徑，m；

H0——行近水流水深，m；

γs、γ——泥沙與水的重量體積比，kN/m3。

3.2.3 計(jì)算過(guò)程及計(jì)算結(jié)果

d50為0.01m，γs取值為26.5kN/m3。所選斷面根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）護(hù)岸沖刷深度計(jì)算見(jiàn)表2。

表2 新橋水護(hù)岸沖刷深度成果表

由表2可知，本工程拋石基礎(chǔ)埋深均在設(shè)計(jì)洪水沖刷線以下，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

河道清淤疏浚后，建議根據(jù)沿線河岸地形地貌特征，結(jié)合水環(huán)境及景觀設(shè)計(jì)要求，從人水和諧的理念出發(fā)，對(duì)該河段進(jìn)行建筑環(huán)境與景觀的設(shè)計(jì)。立足本整治河段及周邊人文自然景觀的特點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)?shù)匦罗r(nóng)村和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，以滿足人民群眾對(duì)河流的安全性、生態(tài)性、美觀性、親水及休閑性的綜合需求。實(shí)現(xiàn)河流、生態(tài)與人文融為一體的綜合治理理念。部分河段應(yīng)結(jié)合河岸現(xiàn)狀特點(diǎn)建設(shè)生態(tài)園林、公園及休閑步道，充分利用河道水資源營(yíng)造的景觀。