南水北调双洎河渡槽工程河道冲刷及防护分析

□ 梁祥金 □ 陈秋红 □ 郭晓萌（河南省水利勘测设计研究有限公司）

1 工程概述

双洎河渡槽是南水北调中线工程总干渠与双洎河的交叉建筑物，为南水北调工程的控制性工程。根据地质勘察报告可知，交叉断面处双洎河河道为弯道，右岸为侵蚀岸，左岸为堆积岸。右岸岸坡陡立，左岸宽缓，分布有漫滩及一级阶地。右岸下为河道深槽，其表层为新沉积的淤泥质轻壤土，顶部高程98m，厚约6m，层底高程约92m，抗冲能力很差，下伏基岩为上第三系软岩（N1L）,依次为砂岩（层底高程约88m）、粘土岩（层底高程68.50m）。左岸漫滩，覆盖层为第四系松散层，从上至下依次为轻粉质壤土、细砂、卵石，下伏基岩为上第三系软岩（N1L），依次为砂岩、粘土岩，覆盖层厚0.00～7.80m。左岸一级阶地覆盖层从上至下依次为⑥重砂壤土和⑦卵石，下伏基岩为上第三系软岩（N1L），依次为砂岩和粘土岩，覆盖层平均厚约6m。由于近年采砂，左岸漫滩及一级阶地表层主要为轻粉质壤土和重砂壤土，且地表之下卵石层已很少。

渡槽工程交叉断面处的100a洪峰流量为4770m3/s，相应洪水位为109.35m，300a一遇洪峰流量6850m3/s，相应洪水位为110.57m。

2 河道冲刷分析

2.1 河槽冲刷计算

河槽表层为淤泥质轻壤土，河槽一般冲刷按下式计算:

式中:Hp—桥下一般冲刷后的最大水深（m）；Qc—桥下河槽部分通过的设计流量，百年一遇洪水为1105.10m3/s、300年一遇洪水为1530.50m3/s；Bc—桥下河槽部分桥孔过水净宽，43m；hmc—桥下河槽最大水深，百年一遇洪水为12.25m、300年一遇洪水为13.41m；hc—桥下河槽平均水深，100年一遇洪水为8.72 m、300年一遇洪水为9.77m；A—单宽流量集中系数，取1.10；E—与汛期含沙量有关的系数，取0.66；dc—河槽土平均粒径，取0.10mm。

经计算，Hp100a一遇洪水为17.40m、300a一遇洪水为20.50m，冲刷后底高程分别为91.85m、89.91m，冲刷已达到砂岩（层厚高程约88～92m）内。河槽及漫滩的砂岩胶结都比较差，砂岩的抗冲刷能力也不强，同时又处于弯道凹岸位置，加上下部空心墩阻水使水流方向改变，故此处水流流态非常复杂，底流淘刷也会加剧河槽冲刷，参照《公路桥位勘测设计规范》JTJ062-91附录十七岩石上桥墩基础冲刷及基底埋置深度参考数据表，按300a一遇洪水冲刷后河底高程为87m考虑。河槽范围内布置有3,4号墩，承台底面高程92.607，92.10m，均座落在砂岩层上，考虑到河槽冲刷影响，下部桩基河槽冲涮影响深度范围内桩长按无效桩长考虑。

2.2 河滩冲刷计算

河滩表层为轻壤土和重砂壤土，其下为卵石层或砂岩，故计算时采用非粘性土公式。

①河滩一般冲刷按下式计算:

式中:hp—一般冲刷后的最大水深；Qt—河滩部分通过的流量；hmt—桥下河滩最大水深；VH1—河滩水深1m时非粘性土的不冲流速；Bt—河滩部分过水净宽；ht—河滩平均水深；At—河滩流量非均匀分配系数，取1.10。

②河滩局部冲刷按下式计算:

当 V≤V0hb=KξKηB10.6（V-V'0）

当 V>V0

式中:hb—局部冲刷坑深度，m；B1—桥墩计算宽度，5.50m；—土平均粒径，局部冲刷在卵石层，取22mm；V0—河床泥沙起动流速，m/s；V— 一般冲刷后墩前行进流速，m/s；Kξ—墩形系数，取 Kξ=0.98；Kη—河床颗粒影响系数墩前始冲流速；n—指数；n=

经计算，河滩表层分布为轻粉质壤土部分（5～12号墩），100 a一遇洪水冲刷深度11.38m（一般冲刷深6.79m、局部冲刷深4.59m）、300年一遇洪水冲刷深度11.51m（一般冲刷深6.79m、局部冲刷深4.72m）；河滩表层分布为重砂壤土部分（13～19号墩），100a一遇洪水冲刷深度5.90m（一般冲刷深3.10m、局部冲刷深2.80m）、300a一遇洪水冲刷深度9.37m（一般冲刷深5.79m、局部冲刷深3.58m）。根据冲涮计算成果及河滩内各墩承台底面高程，考虑河滩冲涮影响，下部桩基河滩冲涮影响深度范围内桩长按无效桩长考虑。

3 河道防护措施

由地质勘察报告可知，交叉断面处河道由南东转向北东，形成一个牛轭式弯道，右岸为侵蚀岸，左岸为堆积岸,左岸宽缓分布有漫滩及一级阶地。右岸岸坡陡立，岸上地面高程118.10m，河底高程97.00m，河岸高度达21.10m。岸坡地质结构:上部为Q3黄土状轻壤土、中壤土，其下为N1L粘土岩、砂岩。现状顶部发育有平行河岸的卸荷裂隙，裂隙沿岸边断续发育，裂隙带宽2～3m，裂隙上部张开宽度2～3cm，雨水渗入裂隙，导致土体强度降低，再者由于洪水期右岸坡脚不断被淘蚀，在重力作用下，导致河岸崩塌或坍塌。据调查，1995年以前近10a在双洎河流量较小情况下，岸边坍塌宽度2～3m。为保证建筑物安全，必须整治河岸。考虑顶部黄土较厚，下部粘土岩、砂岩抗冲能力差，针对河岸崩塌原因对河岸进行削坡护砌处理。

河道右岸治理，先削坡，然后用M7.50浆砌石将右岸所削边坡全部护砌。治理范围为自渡槽中心线起向河道上游117.20m、河道下游366.20m。削坡从上至下为:高程118.10～114m，边坡1:1.50，在高程114m处设平台，宽2m；高程114～108m，边坡1:2.00，在高程108m处设平台，宽2m；高程108～102m，边坡1:2.50，在高程 102m处设平台，宽 5m；高程 102～98.50m，边坡1:2.50，在高程98.50m处设平台，宽2m；高程98.50～97m（河床），边坡1:5。岸坡护砌，高程为114m以上的边坡及平台护砌厚0.30m，高程114m以下的边坡及平台护砌厚0.40m。根据河槽冲刷计算情况，坡脚设置高5m、底宽3m的M7.50浆砌石护脚墙，紧靠护脚墙，河槽设抛石坑防冲，抛石坑底宽5m、顶宽13.80m、深3.50m，抛石坑顶采用钢筋块石笼防护，水平宽15m、厚1m，钢筋块石笼顶高程97.00m。

河道左岸，渡槽出口位于一级阶地上，地面高程约110m，高于百年一遇洪水位109.35m，略低于300a一遇洪水位110.57m。出口段外坡115m高程以下设有干砌石护坡，厚0.30m。

4 结语

双洎河渡槽工程作为南水北调总干渠的控制性工程，河道冲刷分析的得当与否，直接关系到渡槽工程的安全，同时也是河道防护及渡槽下部桩基桩长计算的依据。文章通过双洎河河道的冲刷计算，为渡槽工程的设计及河道防护提供了依据。同时，文中所采用方法及思路也可为其他河道工程提供一定的参考和借鉴。