堤防工程基础冲刷深度计算问题

马海彦

（甘肃省酒泉市水利水电勘测设计院，735000，酒泉）

堤防工程基础冲刷深度计算问题

马海彦

（甘肃省酒泉市水利水电勘测设计院，735000，酒泉）

堤防工程；冲刷深度；计算；探讨

随着工业化、城镇化的深入发展，全球气候变化影响加大，我国水利工程防洪减灾能力要求越来越迫切。2011年中央1号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》和指导“三农”工作的以往多个中央1号文件都提出“加快推进大江大河和中小河流治理”。近年，各地中小河流治理特别是以防洪堤和河道治理项目为主的工程建设蔚然成风。笔者主持或参与了多个区内此类项目的设计和审查工作，现就堤防基础冲刷计算方面的问题以实例为证进行归纳和分析，希望能对设计人员提供一些有益的参考。

嘉峪关市位于甘肃省西北部，讨赖河横穿嘉峪关市境内，该段地理位置重要，左岸是嘉峪关市新城区，右岸是文殊镇5个村的707 hm2农田及大片防护林带。讨赖河市区段防洪堤工程河道治理长度3.5 km，河道平均比降11‰，防洪标准为50年一遇，相应洪峰流量848m3/s。以下为堤基防冲刷复核计算。

1.冲刷深计算

冲刷计算分为水流平行于岸坡和水流斜冲岸坡两种工况。水流平行于岸坡的冲刷一般发生在两个弯道之间的过渡段或半径很大的微弯河段，水流斜冲岸坡的冲刷一般发生在弯道的凹岸，淘刷较为严重。讨赖河嘉峪关市区河段河势基本为顺直型，仅在河道大断面D11～D12间新文大桥附近有转角16°左右的微弯段。

①依据 《堤防工程设计规范》规定的公式进行水流平行于岸坡冲刷深度计算。

水流平行于岸坡产生的冲刷按《堤防工程设计规范》（GB 50286—1998）附录 D 中公式（D.2.2-1）进行计算。计算公式如下：

此公式物理意义模糊，量纲不一致，大量的规范引用错误。如公式中各项计算指标物理意义不变，正确的公式为：

共实测河道横断面19个，其中工程区内河道大断面共15个，冲刷深度计算见表1。

②根据桥渡“64-1”公式计算。桥渡“64-1”公式：

式中：hp为直段一般冲刷后的最大水深 （m），从水面算起；Q为设计流量（m3/s）；L 为河道治理平均宽度（m）；hmax为河道最大水深（m）；h为河道平均水深 （m）；d为河床土壤平均粒径（mm）；μ为水流压缩系数，μ=1-0.375V/L，经计算 μ=0.99；A 为单宽流量集中系数，经计算A=1.42；E为与历年汛期月最大含沙量平均值有关的参数，取E=0.66；

计算结果见表2。

以上两种冲刷公式水利工程均可用，但前者计算结果偏小，分析其原因，该公式适用的是平原、山区稳定河段大水位、小流速河流，对浅水、流速大的河流计算结果偏小，误差较大；而讨赖河属于变迁性河流，河道平时水小，河床长期在造床流量作用下易使河相发生变化，河流曲状蜿蜒，主流左右摆动，水流易产生斜冲，淘蚀护岸。桥渡“64-1”公式对平原、山区稳定、游荡性（变迁性）河流各种水位、流速都适合，按此公式确定的基础埋深值与当地多年实际治理河堤基础埋深值相吻合。

经计算：用桥渡“64-1”公式计算冲刷深度较大，为从水面算起冲刷深度hp=3.59～3.90m，则河床以下冲刷深度为2.32～2.74m。为安全起见，结合《甘肃省嘉峪关市讨赖河（嘉文公路桥—安远沟村段）堤防工程初步设计报告》计算成果，本设计复核冲刷深度选用桥渡“64-1”公式计算值，即河床以下冲刷深度设计值为3.0m。

表1 堤防平顺段冲刷深度计算表（50年一遇洪水）（《堤防工程设计规范》附录D公式）

表2 堤防平顺段冲刷深度计算表（50年一遇洪水）（桥渡“64-1”公式）

表3 堤防斜冲段冲刷深度计算表（50年一遇洪水）（《堤防工程设计规范》附录D公式）

③水流斜冲岸坡。

水流斜冲防护岸坡产生的冲刷按《堤防工程设计规范》（GB 50286—1998）附录 D 中公式（D.2.2-2）进行计算。计算公式如下：

式中，△hp为从河底算起的局部冲深（m）；α 为水流流向与岸坡交角（度）；m为防护建筑物迎水面边坡系数；d为坡脚处土壤计算粒径（m）。此处大部分规范d的单位为cm，结合实际应用情况及查证公式来源的文献，d单位应为“m”，对非黏性土，取大于 15%（按重量计）的筛孔直径，根据颗分曲线查取0.02m；Vj为水流的局部冲刷流速。

结合平面布置图，经分析选择HD12斜冲段河道横断面，进行水流斜冲防护岸坡产生的冲刷深度计算，冲刷深度计算见表3，本设计局部冲刷深度取1.8m。

2.基础埋深复核

2010年两岸堤防建成后经过近两年的运行，基础冲刷没有受到威胁，达到了设计的预期效果，目前运行状况良好，复核成果同时也说明了工程修建后对整个河道的河势没有造成影响。因此合理运用公式（1）（2）（3）及公式中各参数取值的单位及物理意义尤为重要。

［1］堤防工程设计规范 （GB 50283—1998）[M].北京：中国计划出版社，1998.

［2］堤防工程地质勘察规范（SL 88—2005）[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

［3］张俊华，等.河道整治及堤防管理[M].郑州：黄河水利出版社，1998.

［4］谢鉴衡.河床演变及整治（第二版）[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

［5］王昌杰.河流动力学[M].北京：北京人民交通出版社，2001.

［6］傅国伟.河流水质数学模型及其模拟计算[M].北京：中国环境科学出版社，1987.

［7］李炜.水力计算手册 （第二版）[M].北京：中国水利水电出版社，2006.

［8］武汉水利电力学院河流泥沙工程学教研室.河流泥沙工程学（下册）[M].北京：中国水利水电出版社，1982.

责任编辑 李计初

TV871.3

B

1000-1123（2012）12-0026-02

2012-05-03

马海彦，工程师，主要从事水利水电工程勘测、规划、设计等工作。