高速水流条件下边坡护脚防护型式研究

□孙德升（辽宁省大伙房水库管理局）

□赖增科（辽宁省水利水电勘测设计研究院）

□李 燕（辽宁省大伙房水库管理局）

高速水流条件下边坡护脚防护型式研究

□孙德升（辽宁省大伙房水库管理局）

□赖增科（辽宁省水利水电勘测设计研究院）

□李 燕（辽宁省大伙房水库管理局）

浑河闸位于浑河中下游，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。闸上下游落差较大，为了保证浑河闸工程的整体安全，文中对此处的防护型式进行了研究，决定采用钢筋混凝土防淘齿墙对坡脚进行防护，并根据《堤防工程设计规范》GB50286-2013及桩基K法对防淘齿墙进行冲刷深度和稳定计算复核，各部位应力应变均满足规范及实际使用要求。经过2013年汛期考验，防淘齿墙防护效果良好，护坡未出现问题。

防淘齿墙;防护;水流;冲刷

1 工程概况

浑河闸位于浑河中下游，坐落于沈阳市铁西区后谟家堡村。工程主体由拦河闸、浑沙和浑蒲灌渠进水闸三大部分组成。拦河闸共22孔，其中两岸各有3孔冲砂闸。左右岸冲砂闸由于没有消能设施，加上浑河闸下河段由于采砂造成的河道主槽变宽加深，天然河道比1982年最深河底下切了11.72m，闸上下游落差较大，因此导致冲砂闸末端水流流速很大，对护脚部位淘刷严重，冲刷深度大，一般的混凝土重力式护脚和石笼护脚容易被冲坏，无法保证护坡的安全。

2 技术特点

护脚工程的安全性直接影响到整个护坡工程的安全稳定，常见的护脚形式有：素混凝土条形护脚、石笼护脚、抛石护脚、干砌石护脚、沉排和浆砌石并用护脚等。在设计过程中，设计人员应当依据护坡所处位置的地形、水流条件、护坡下部土料类型、护坡的材质等因素综合考虑确定护脚的型式。

针对浑河闸下游河道的水流特点，拟采用钢筋混凝土防淘齿墙作为堤脚防护方案，护坡部分采用混凝土护坡。防淘齿墙具有以下几个优点：一是埋深大；二是自身稳定性强；三是防渗能力强；四是整体性良好。

浑河闸下游护坡防护分成两段，第一段长150m，采用混凝土结构，第二段长300m，采用格宾网垫结构。

3 计算与分析

第一段：桩号0+166.6m至桩号0+316.6m。此处水流流速很大，水流紊乱，因此文章重点考虑此处护坡的防护形式。护坡主要结构为：27m高程平台采用钢筋混凝土结构，20～27m高程护坡坡比1:2.5，为钢筋混凝土结构，护脚为1m厚钢筋混凝土防淘齿墙，深度在8m、10m、12m之间选取。

经过计算比较，8m的防淘齿墙稳定和应力不满足要求，12m的防淘齿墙稳定和应力满足要求，但是埋深的富余度过大，浪费材料，因此采用了既能满足稳定和应力要求，又不浪费材料的10m深度。

第二段由于距离冲砂闸较远，流速降低，水流已经平稳，因此采用格宾网垫结构即可。

3.1 冲刷深度计算

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），顺坝及平顺护岸冲刷深度计算公式：

分别计算了50年一遇洪水、100年一遇设计洪水、300年一遇校核洪水，最大冲坑深度为3.56m。

3.2 钢筋混凝土防淘齿墙抗滑稳定计算

防淘齿墙河道侧放置10m宽石笼及大块石，冲坑深度将大大减小，暂按2m冲坑计算防淘齿墙稳定及应力。

采用桩基K法对防淘齿墙进行计算。桩顶受水平荷载的挠曲微分方程为：

通过数学求解，得到滑动面以下桩身任一截面的变位和内力的计算公式：

式中：φ1、φ2、φ3、φ4—K法的影响函数值（查表）

上式为K法的一般表达式，计算时要先求滑面处的xA和φA，才能求桩身任一截面的变位、内力和地基土对该截面的侧向应力。

当桩底为自由端时，MB=0、QB=0、φ3=0、xB≠0，解得：

将xA和φA代入变位和内力计算公式，可求得滑动面以下桩身任一截面的变位和内力。

利用理正软件桩基K法计算结果如下：

表1 桩基K法计算成果表

最大弯矩=512.229(kN-m) 距离桩顶4.969(m)

最大剪力=213.000(kN) 距离桩顶3.560(m)

最大位移=39(mm)

综上所述，从20m高程向下至10m高程为100cm厚、深10m钢筋混凝土防淘齿墙，结构安全稳定，完全满足施工规范要求。

4 结论

深钢筋混凝土防淘齿墙的应力和稳定均满足规范要求，可以满足工程的需要。经过一年左右的实际运用，工程安全度汛，防淘齿墙防护效果良好，护坡没有出现问题。

深钢筋混凝土防淘齿墙施工过程中，采用施工器械庞大，占地多，更适用于平原河道且两岸堤防为直线形式的施工环境。参考文献

[1]徐俊.谷皮冲水闸除险加固工程设计[J].工程建设与设计，2012(07).

[2]李海燕.葛洲坝水利枢纽三江航道护坡维护管理及修复的几点设想[J].水运工程,1990(9).

[3]王健,李丽江,李燕,李日芳.钢板导墙在浑河闸钢筋混凝土防淘齿墙中的应用[J].水利建设与管理,2007(04).收稿日期：2014-01-23

TV697.3+9

A

1673-8853(2014)06-0030-02

孙德升（1964-），男，高级工程师，从事水利工程建设与管理。

左英勇）