兴山县香溪河流域深渡河护岸结构计算分析

张 喆

（中国葛洲坝集团股份有限公司勘测设计院，湖北 武汉 430223）

三峡工程是当今世界最大的水利发电工程之一，在正常蓄水运行后，移民迁建中的遗留问题、蓄水运用后岸坡稳定问题和水位消落区的环境影响已逐步显现[1]。拟建的香溪河流域深渡河段岸线和消落区生态环境综合整治工程，是三峡后续工作规划的“三带一区”项目，该项目经湖北省批准列入三峡后续规划的重点项目。主要建设内容包括：新建护岸工程约8.1 km，新建溢流堰2座等。因此，分析护岸工程布置及设计。

1 工程概况

兴山县地处湖北省宜昌市，主要河流有长江支流香溪河及香溪河支流南阳河、古夫河、高岚河等，大部分河岸位于三峡水库回水范围。香溪河流域深渡河段上起于已建的古夫河古洞口二级电站大坝下游，下止于香溪河与古夫河、南阳河交汇处“最美水上公路”起点下游约400 m处，河道范围总长约5 km。

护岸轴线沿香溪河、古夫河两岸布置，左、右岸轴线总长8082.736 m。本工程护岸型式主要采用斜坡式与直斜复合式，局部较陡岸段采用石笼护岸。

2 护岸工程设计

2.1 护岸高程

本工程20年一遇设计洪水位为173.37 m，护岸坡顶高程确定，计算公式如下[2]：

式中，Y为坡顶超高（m）；R为设计波浪爬高（m）；e为设计风壅水面高度（m）；A为安全加高（m）。

2.1.1 设计波浪爬高R

1）计算风速的确定

计算风速可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍，V=15 m/s×1.5=22.5 m/s。

2）风向的确定

按夏季主导风向南风或东南风考虑，风浪造成的冲击波接近正向波。

3）风区长度的确定

根据工程区河道地形，风区长度按0.1 km计算。

4）水域平均水深的确定

水域平均水深=设计水位—河底高程，经水下地形图测算，取为10 m。

5）平均波高和波长的确定

采用莆田试验方法计算[3]，公式如下：

6）波浪爬高计算

采用莆田公式计算，边坡坡度m=1.5～3.0，公式如下：

式中：RP为累积频率P的风浪爬高（m）；k△为斜坡糙率及渗透性系数，混凝土护面 k△=0.9；kv为经验系数，kv=1.0；kp为爬高累积频率换算系数，爬高累积频率2%，kp=1.84；m为边坡坡度，m=2.0。

计算得：RP=0.612 m。

综上，计算确定设计波浪爬高：R=RP=0.612 m。

2.1.2 设计风壅水面高度e

按如下公式计算[3]：

式中：e为风壅水面高度（m）；K 为综合摩阻系数，K=3.6×10-6；β为风向与水域中线的夹角（°），为安全计，β=0；V为计算风速，V=22.5 m/s；d为水域的平均水深，d=10 m；F为风区长度，F=100 m。

求得，e=0.001m。

2.1.3 安全加高A

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），本工程级别4级，取A=0.3 m。

2.1.4 护岸坡顶超高

综上，护岸坡顶超高Y=R+e+A=0.612 m+0.001 m+0.3 m=0.913 0 m。

2.1.5 护岸顶高程

各段护岸顶高程由设计洪水位加上超高确定,结果见表1。

表1 各段护岸顶高程 单位：m

2.2 边坡稳定计算

2.2.1 计算剖面选择

取三个具有代表性的断面进行抗滑稳定计算。

2.2.2 安全系数

本工程级别为4级，抗滑稳定安全系数正常运用取1.15，非常运用取1.05。

2.2.3 计算参数

边坡原始地层主要岩土体力学参数采用地勘报告提供的参数建议值；堆石护脚及堤身填筑碎石土的设计参数根据三峡库区已完工的类似工程的经验值选取。

2.2.4 设计工况

拟定3种工况，正常运用条件下，工况一：20年一遇洪水位173.37 m；工况二：20年一遇洪水位骤降2 m；非常运用条件下，工况三：施工完建工况（无水）。

2.2.5 计算方法

堤身抗滑稳定计算采用瑞典圆弧滑动法[3]，基本公式如下：

式中：Fs为堤身抗滑稳定安全系数；Wi为土条重力（kN）；ci为土的凝聚力（kPa）；li为条块圆弧长度（m）；φi为土的内摩擦角（°）；αi为土条底面中点至圆心的连线与垂直线的夹角（°）。

2.2.6 计算结果

采用水利水电规划设计总院批准使用的“理正岩土系列软件6.0版”进行电算。稳定计算成果见表2。

表2 边坡抗滑稳定计算系数

综上，各断面按照设计方案进行建设后，抗滑稳定安全系数均满足规范要求。

3 结论

香溪河是长江左岸一级支流，古夫河是香溪河支流，香溪河、古夫河是联系兴山县新老城区、连接过去与未来的重要纽带，闻名世界的“最美水上公路”蜿蜒其中。受水库水位大幅度反季节性涨落和人类活动的影响，消落区生态环境脆弱，有必要采取生态、工程措施防护岸坡，改善消落区生态环境，修复消落区生态功能。实施香溪河、古夫河河道及消落区库岸环境综合整治，进一步完善基础设施配套，修复水库周围生态环境，对于促进移民安稳致富、助力当地经济社会发展有十分重要的意义。