本溪县南太子河防洪治理工程护岸设计探析

张蛟龙

(本溪市水利电力勘测设计有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

0 引 言

太子河发源于新宾县平顶山镇大红石砬子，主要流经本溪县、本溪市区、辽阳市区、灯塔市、辽阳县、海城市等市县，在海城市西四镇八家子村入浑河。太子河流域呈东西向，太子河河流全长363km，流域面积13493km2。太子河全长88km，流域面积951km2，主要流经东营坊乡、碱厂镇、南甸子镇，在南甸子镇沟口村汇入观音阁水库。南太子河流域植被丰富，覆盖率占50%左右，水质较好。本溪县南太子河防洪治理工程位于本溪县南甸镇、碱厂镇、东营坊乡境内南太子河干流上。本次工程设计型式分为3种，分别为固滨笼护脚结合绿滨垫护坡、绿滨垫水平防护、支流墙式护岸。

1 工程地质

工程区位于本溪市本溪县境内，地貌以侵蚀断褶中低山为主，中低山呈EW向分布于太子河流域两侧，为古生代太子河坳陷的主体部分，区内断裂褶皱发育，海拔高度800-1200m，地表地形起伏度<500m。县境中部为太子河大断裂带，两岸形成许多羽毛状的小断裂，构成以太子河谷为中线的沉积小平原，平均海拔不足300m。工程区微地貌主要为漫滩，局部岸坡较高段为高漫滩。河道较为弯曲，呈“S”型，河宽为20-100m，河床及漫滩较为平缓，整体地势东南高西北低。

2 工程建设整治范围

工程治理范围为上游起于洋湖沟村本桓公路停车场附近，下游止于兰河峪铁架桥下817m处，河道长度44.04km。根据河道自然条件、村屯分布情况、岸后保护对象价值、现有防洪工程措施特点等综合考虑，本工程共分5个工程段，由上游至下游分别为洋湖沟段、大阳段、湖里段、南营坊段、兰河峪段。

3 工程设计

3.1 护岸高程确定

1)护脚顶高程确定：

本次设计护脚采用固滨笼挡墙，顶高程取南太子河常水位0.5m加冰层冻胀影响高度，取影响高度0.3m，从而确定挡墙顶高程不应低于设计河底加0.8m。根据固滨笼产品尺寸及工程修建后的外观形象，最终确定挡墙顶高程高于设计河底1.0m。

2)护岸顶高程确定：

护岸岸顶高程按设计洪水位加0.5m高程控制，若现状岸顶高于此高程，则护岸岸顶高程取设计洪水位加0.5m，若现状岸顶低于此高程，则护岸岸顶高程取现状岸顶高程，同时也要充分考虑多年汛期漫顶情况，对于地势较低的局部河段且洪水漫顶造成的影响较大，采取设计洪水位加0.5m为治理后的护岸岸顶高程，稳步提升防洪能力。防浪墙顶高程按设计洪水位加0.5m确定。

3.1.1 支流护岸顶高程

支流护岸有两种型式，一种为原有支流防护措施破损严重，拆除重建，位于洋湖沟段，另一种为南太子河两岸支流汇入口治理，采用主河道的新建护岸型式。

对于原有防护措施拆除重建的支流护岸加固，岸顶高程沿用原有措施顶高程。

对于支流汇入口的护岸加固，高程确定参照1)、2)内容。

3.2 断面设计

干流洋湖沟段左岸桩号YL0+000-YL0+261、YL0+914-YL1+086、大阳段左岸DL0+000-DL0+501、DL1+668-DL1+978、DL2+548-DL3+222、DL5+084-DL5+385、DL6+022-DL6+249、右岸DR0+000-DR0+576、DR7+426-DR7+800、DR8+123-DR8+274、DR8+566-DR8+836、DR9+847-DR10+025、DR10+620-DR11+155、DR11+398-DR11+717、DR12+823-DR13+147、南营坊段左岸NL0+000-NL3+212、右岸NR0+000-NR1+284段、支流3右岸ER0+000-ER0+180共18段岸坡坡比为1:2.5，采用绿滨垫防护。绿滨垫厚0.3m，下设0.15m厚碎石垫层和反滤土工布。绿滨垫上覆土并撒草籽种植草皮护坡。坡脚设固滨笼护脚，固滨笼顶宽及埋深均为1m。

干流湖里段左岸HL0+000-HL0+308、HL0+461-HL1+049段岸坡坡比为1:2.5，采用绿滨垫防护。绿滨垫厚0.3m，下设0.15m厚碎石垫层和反滤土工布。绿滨垫上覆土并栽植灌木防护。坡脚设固滨笼护脚，固滨笼顶宽及埋深均为1.0m。湖里段左岸HL0+308-HL0+461段原有绿滨垫护坡上覆土并栽植灌木防护。

干流兰河峪段左岸LL0+000-LL0+631段原有混凝土板护坡，在原护脚前增设绿滨垫水平护脚，护脚长3m，绿滨垫厚0.3m，下设0.15m厚碎石垫层和反滤土工布。左岸LL0+631-LL0+783段采用固滨笼挡墙防护，挡墙顶宽及埋深均为1m。

拆除支流1左岸0+000-0+202、右岸0+000-0+200、支流2左岸0+000-0+194段原有破损浆砌石挡墙，新建混凝土重力式挡墙。挡墙顶宽0.5m，迎水侧直立，背水侧坡比为1∶0.5，基础埋深1.4m。

支流2右岸0+000-0+195段采用固滨笼挡墙防护，挡墙顶宽1m，埋深1.2m，挡墙以上岸坡坡比为1∶2.5，栽植灌木防护。

3.3 新建护岸稳定分析计算

新建护岸由新建护脚及新建护坡组成，本次设计进行新建护脚挡墙稳定计算。

本次计算选取大阳段设计桩号DR10+781作为典型断面。相关主要物理力学指标见表1。

表1 填筑土料设计指标表

1)抗滑稳定计算：

抗滑稳定按《生态格网结构技术规程》(CECS353：2013)6.3.2公式计算，如下：

(1)

式中：Ks为抗滑安全系数；c0为基地黏聚力，kPa；f为基础摩擦系数；∑G为作用在固滨笼上全部垂直于水平面的荷载，kN；∑H为作用在固滨笼上全部平行于水平面的荷载，kN。

2)抗倾稳定计算：

抗倾稳定按《生态格网结构技术规程》(CECS353：2013)6.3.1公式计算。

(2)

式中：K0为抗倾安全系数；∑MV为对固滨笼基底前趾的抗倾覆力矩，kN·m；∑MH为对固滨笼基底前趾的倾覆力矩，kN·m。

3)基底压应力验算：

基底压应力验算按《生态格网结构技术规程》(CECS353：2013)6.3.3公式计算。

(3)

式中：e0为偏心距；偏心距e0满足要求时基础底面最大、最小应力可按下式计算：

4)计算成果：

计算结果见表2。

表2 主河槽防护稳定计算成果表

3.4 洋湖沟段支流新建护岸设计

洋湖沟段为南太子河上游源头段，区间内左岸有小四平河汇入，根据现场踏勘及走访，小四平河汛期洪水对沿岸居民造成较大威胁，当地政府在2010年修建了浆砌石挡土墙，受洪水冲掏影响，基础外露，局部挡墙倒塌，本次设计将两岸已建挡墙拆除重建。

本次设计墙顶高程维持原高程不变，采用重力式混凝土挡土墙，墙顶宽0.5m，迎水侧直立，背水侧坡比1:0.5，墙趾、墙踵长均为0.3m，高均为0.5m，基础埋深1.2m，距河底0.4m处设置一道φ100软式透水管，其后连接φ50PVC-U排水管，墙后回填砂砾料。挡墙每隔10m设置分缝，混凝土强度等级C25，抗冻等级F200。

小四平河回水堤结构简图见图1。

图1 小四平河回水堤结构简图

挡墙稳定计算。本次计算选取洋湖沟段设计桩号0+049作为典型断面。

1)支流回水堤挡墙抗滑稳定计算：

支流回水堤挡墙抗滑稳定按《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007)6.3.5公式计算，如下：

(4)

式中：Kc为挡土墙沿基底的抗滑稳定安全系数；f为挡土墙底面与地基之间的摩擦系数；∑G为作用于挡土墙体上全部垂直于水平面的荷载，KN；∑H为作用于挡土墙体上全部平行于基底面的荷载，KN。

2)支流回水堤挡墙抗倾稳定计算：

支流回水堤挡墙抗倾稳定按《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007)6.4.1公式计算。

(5)

式中：K0为抗倾安全系数；∑MV为对固滨笼基底前趾的抗倾覆力矩，kN·m；∑MH为对固滨笼基底前趾的倾覆力矩，kN·m；

3)支流回水堤挡墙基底压应力验算：

支流回水堤挡墙基底压应力验算按《水工挡土墙设计规范》(SL379-2007)6.3.3公式计算。

(6)

式中：Pmaxmin为挡土墙沿基底应力的最大值和最小值，kPa；A为挡土墙基底面的面积。m2；∑M为作用在挡土墙上的全部荷载对于水平面平行前墙墙面方向形心轴的力矩总和，kN·m；W为挡土墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩，m3。

4)计算成果：

计算结果见表3。

表3 支流回水堤挡墙稳定计算成果表

3.5 细部结构设计

河道冲刷深度按《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)附录D.2.2-1-D.2.2-2公式计算，如下：

(7)

(8)

式中：hs为局部冲刷深度，m；H0为冲刷处水深，m；Ucp为近岸垂线平均流速，m/s；Uc为泥沙启动流速，m/s；n为与防护岸坡在平面上的形状有关，取n=1/4-1/6；η为水流流速不均匀系数，取值1、1.5。

其中卵石河床泥沙启动流速UC按照以下公式确定：

(9)

式中：d50为床沙的中值粒径，取值0.022m；H0为冲刷处水深，m；rs,r为泥沙与水的容重，kN/m3。

计算结果见表4。

表4 冲刷深度计算表

根据计算结果，最终各工程段基础埋深选取1.0m。

4 结 论

对沿岸居民集中河段采取硬性防护工程建设任务，通过护岸加固的方式提升防洪能力；对沿岸保护对象为耕地的河段，通过新建护岸的方式由新建护脚稳固河滩，由新建护坡保证岸坡稳定，防止耕地受洪水冲掏减产；在连接景区及岸后为民宿的河段采取硬性防护结合生态治理措施，通过护岸加固的方式及保证行洪安全，又提高乡镇环境面貌，打造景观河道。