劉元鋒

（遼寧省水利水電科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003）

1 概況

清河是遼河左岸的較大支流。清河上游有南北兩支，南支為干流，發(fā)源于遼寧清原縣，在業(yè)民鎮(zhèn)大高力屯匯入遼河。清河全長159 km，流域面積5150 km2，比降1.58‰。工程主要位于下游，為河道護岸工程。

河道護岸工程結(jié)構(gòu)型式主要包括：①干流右岸R0+000—R2+415段在0.5 m處設(shè)固濱籠護腳，護坡頂設(shè)寬1.0 m綠濱墊水平壓頂，其下鋪設(shè)砂礫石墊層和反濾土工布。護腳以下采用軟體柴排上拋石防護至穩(wěn)定邊坡。②重力式混凝土擋土墻護岸，頂部寬度0.5 m，迎水側(cè)直立，地基深度1.5 m。墻前設(shè)綠濱墊水平護腳。③復(fù)式斷面段，戧臺寬2.5～6.0 m，戧臺以下坡面按1∶2.5整形后采用綠濱墊防護，護坡頂設(shè)寬1.0 m綠濱墊水平壓頂，其下鋪設(shè)砂礫石墊層和反濾土工布。坡腳設(shè)固濱籠護腳；戧臺及以上坡面鋪設(shè)蜂巢土工格室后植灌木和撒草籽防護，灌木株行距為0.5 m。

擋土墻混凝土強度等級為C25F200，其素混凝土強度為C15，土工布單位治理面積≥400 g/m2，由堅硬的未風(fēng)化的巖石制成，其強度不低于MU30。右岸清河水庫壩下民橋至小清河匯入口、左岸清河水庫壩下民橋至開原與清河區(qū)交界的防洪標準為50 a一遇，右岸小清河匯入口至開原與清河區(qū)交界的防洪標準為20 a一遇。清河干流小清河河口以上右岸護岸工程級別為2級，小清河河口以下右岸護岸工程級別為4級；支流小清河兩岸護岸工程級別為4級。

2 河道演變特征

河道演變同“河床演變”。河床受自然因素或人工建筑物的影響而發(fā)生變化[1]。河床演變是水流與河床相互作用的結(jié)果。水流作用于河床使河床發(fā)生變化；變化了的河床又反過來作用于水流，影響水流的結(jié)構(gòu)，這種相互作用表現(xiàn)為泥沙的沖刷、搬移和堆積，從而導(dǎo)致河床形態(tài)的不斷變化[2]。

清河兩岸多為礫石土和沙土，河道屬于寬淺河道，河床由中細砂組成，抗沖刷能力較差[3，4]。清河在多年的運行過程中，由于支流的集中匯入、河床地質(zhì)構(gòu)造、植被覆蓋以及人為采砂破壞河道等原因，造成此段清河主槽擺動較大。同時，河岸抗沖刷能力差、側(cè)蝕強烈等原因致使河岸不穩(wěn)定，河道彎道處沖刷嚴重，局部形成明顯的凹岸。下游采砂嚴重，導(dǎo)致河道擺動較大、河槽較深，當(dāng)汛期洪水較大時，造成岸坡陡立，威脅到堤防及岸后城區(qū)的安全，需做護岸工程來防止主流淘蝕灘地，以達到穩(wěn)灘固堤的目的。

從整體上看，清河河道變化集中在主河道處，河床大部分為中細砂，抗沖刷能力較差，凹岸沖刷較嚴重，危及岸后的耕地[5]。護岸工程需要對清河左岸主城區(qū)段淺灘采取固岸措施，以保護沿岸的堤防以及部分耕地，另外結(jié)合城市規(guī)劃，為沿岸居民打造親水環(huán)境。

3 整治線布置

3.1 布置原則

（1）河流兩岸均應(yīng)兼顧，上游或下游應(yīng)按照河流的自然流向進行布置，不宜改變其自然流向。

（2）河道整治線走向應(yīng)與河道上下游走向相結(jié)合，使其盡可能貼近洪水主流方向[6]，同時考慮中、低水流方向，盡可能縮小交匯角，以減少洪水期間河道的沖淤。（3）整治線的起止點應(yīng)高于設(shè)計洪水、河床穩(wěn)定、河堤相對堅固或與人工建筑物相連的地方[6]。

3.2 整治線設(shè)計

按照清河區(qū)城市規(guī)劃及整治線布設(shè)原則，為確保防洪堤的正常運行，設(shè)計護岸起始點為擬建2#橡膠壩下240 m處，終點與灰渣段已有護岸銜接，全長747 m。為使兩岸防護高度一致，治理段岸頂高程與右岸在建岸頂高程一致。

4 護岸型式選擇

為了避免河勢變化及河道主流左右擺動，建議修建有利于河勢發(fā)展的護岸型式，同時根據(jù)河流沖刷形式和流域內(nèi)已建工程經(jīng)驗，從美觀性和經(jīng)濟實用性兩方面對護岸型式進行了比選[7]。

4.1 常用護岸型式

4.1.1 干砌石

干砌石護岸的優(yōu)點是施工簡單方便，對地基邊坡不均勻沉降和塌陷具有很強的適應(yīng)性[8]，但存在施工標準和質(zhì)量控制較難等缺點。

4.1.2 漿砌石

雖然漿砌石抗侵蝕能力強，岸坡穩(wěn)定美觀，但由于其生態(tài)性能較差，對于生態(tài)河道及建設(shè)極為不利。

4.1.3 土工模袋混凝土面板

土工模袋混凝土面板是混凝土澆筑在模袋中經(jīng)凝固后形成的剛性面板護岸[9]，具有抗沖刷能力強、成本相對低的優(yōu)勢。其無需模板，機械化程度較高，適用于各種地形的鋪裝，無需鋪設(shè)反濾層，但不能滿足河川美景和生態(tài)環(huán)境的要求。

4.1.4 生態(tài)格網(wǎng)石籠

生態(tài)格網(wǎng)石籠[10]有較強的抗沖刷性能，可以有效地發(fā)揮保護作用，對河流生態(tài)基本沒有影響。生態(tài)格網(wǎng)石籠造價低，施工方便，耐腐蝕性強，使用壽命長，但對變形要求較高的承重結(jié)構(gòu)和防滲要求較高的結(jié)構(gòu)均不適用[11]。

4.1.5 混凝土擋土墻

混凝土擋土墻屬于硬質(zhì)護岸型式，穩(wěn)定性能較好，抗沖擊能力較強，外形美觀大方，可有效利用河道寬度[12]，但建設(shè)投資和后續(xù)維護成本較高，在很大程度上受到基礎(chǔ)的影響。

4.2 方案確定

工程建設(shè)需滿足城市規(guī)劃要求?，F(xiàn)狀河岸沖刷陡立，結(jié)合現(xiàn)有岸坎情況以及已建護岸型式，左岸主城區(qū)護岸采用與右岸在建楊木林子段護岸型式一致的混凝土擋土墻護岸型式。混凝土擋土墻屬于硬性護岸型式，施工簡單，使用壽命較長。

2#橡膠壩壩頂高程90.2 m，設(shè)計岸頂高程90.75 m。由于P=2%設(shè)計水位高于現(xiàn)狀岸坎高程，本次設(shè)計擋土墻頂高程與右岸楊木林子段擋土墻頂高程一致，末端與灰渣堆段已有護岸順接。2#橡膠壩以上段護岸岸頂高程按照河底平均比降0.7‰向上推求。2#橡膠壩以下段護岸岸頂高程按照P=2%設(shè)計水位比降向下推求。結(jié)合邊坡現(xiàn)狀，地面以上擋土墻高3.2 m，基礎(chǔ)埋深1.9 m。擋土墻內(nèi)設(shè)置PVC100 mm排水孔，孔距2 m，上下排交錯布置，排水孔入口處填筑適量的碎石或卵石反濾料，以防止孔道淤塞。擋土墻每隔15 m設(shè)置寬20 mm的伸縮縫，內(nèi)填油浸瀝青板。在擋土墻下層鋪設(shè)厚10 cm的C15素混凝土墊層。墻前鋪設(shè)厚400 mm綠濱墊水平護腳，其下鋪設(shè)厚100 mm碎石墊層和15 kN/m無紡布，護腳長5 m。擋土墻頂部設(shè)置防護欄桿。

5 護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1 護岸寬度及高程確定

護岸寬度根據(jù)材料特性而定，混凝土擋土墻頂寬度為0.5 m。護岸頂高程按照現(xiàn)狀灘頂高程結(jié)合上下游及對岸在建工程綜合考慮。

5.2 護腳寬度確定

根據(jù)水文站提供的各斷面平均流速，路堤設(shè)計規(guī)范中河道局部沖刷深度及相關(guān)參數(shù)計算公式如下：

式中：h s為局部沖刷深度（m）；H0為沖刷水深（m）；U cp為近岸垂線流速（m/s）；n為岸坡形狀，取n=1/4～1/6；η為流速不均勻系數(shù)；U c為泥沙起動流速（m/s）；U為行進水流流速（m/s）；γs、γ分別為泥沙與水的容重（kN/m3），取19、9.8 kN/m3；d50為床沙中值粒徑（m）。河道局部沖刷深度及相關(guān)參數(shù)計算成果，詳見表1—3。

表1 泥沙啟動流速計算成果

根據(jù)計算的沖刷深度，結(jié)合已建工程施工經(jīng)驗，按護腳長度為3倍的沖刷深度要求，確定主城區(qū)段護腳鋪設(shè)長度均采用5 m。固濱籠護腳在施工期低于洪水位時，遭受水蝕和冰擠壓最為嚴重，整個護岸的破壞往往是從護腳開始的，所以護腳需要經(jīng)受住水流的侵蝕，防止沖刷，適應(yīng)河床變形，為此護腳的厚度應(yīng)適當(dāng)增大。參考本地區(qū)河流管理經(jīng)驗，水平面防護綠色護岸綠濱墊厚度為0.4 m。

表2 近岸垂線流速計算成果

表3 局部沖刷深度計算成果

5.3 護岸結(jié)構(gòu)

網(wǎng)孔尺寸為8 cm×10 cm，填充材料的中值粒徑應(yīng)在12～16 cm，非外表面填充材料的15%應(yīng)在此范圍之外，填充結(jié)構(gòu)的空隙率應(yīng)小于30%，擋塊強度不低于MU30，生態(tài)格網(wǎng)下部鋪設(shè)≥10 cm厚碎石墊層和15 kN/m無紡布。

6 結(jié)語

清河河道護岸型式的選擇及設(shè)計確保了清河兩岸農(nóng)田作物不再受到洪水的侵襲，有效地緩解了清河的防洪壓力，進一步促進了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展。該項目的實施對清河沿岸的農(nóng)田水利建設(shè)起到非常重要的作用。