六安市东汲河治理工程河道护岸工程设计

张 斌

(六安市裕安区水利局，安徽 六安 237000)

0 引 言

河道具有极为重要的防洪作用，同时也是城市景观打造的重要内容[1-3]。合理选取河岸防护工程型式，可保证河道防洪安全的同时，打造适宜的生态景观。结合东汲河工程，对河道护岸工程设计进行研究。

东汲河治理工程，涉及丁集镇、罗集乡、固镇镇3个乡镇。河道枯水期深泓线长度18.60km，河道行洪时中泓线长度12.70km。水系概况见图1。

图1 水系概况

1 河道设计水位线推求

1.1 设计洪水

1.1.1 流域特征值

詹小河河口下至东汲河河口段河道流量用詹小河河口节点的流量。只需要计算车渡口闸(0+000)、詹小河河口下(4+900)。本次对河道比降进行了复核，两节点计算至分别为0.51‰，0.50‰。流域特征参数统计表见表1。

表1 流域特征参数统计表

1.1.2 设计暴雨

采用由原水电部规划总院验收，水电部批准颁发使用的《安徽省暴雨参数等值线图、山丘区产汇流分析成果和山丘区中、小面积设计洪水计算办法》(以下简称“84年办法”)进行设计洪水计算。“84年办法”中统计参数考虑了面上平衡，能反应短历时暴雨统计参数地区分布规律，设计暴雨可采用“84年办法”计算。

利用查图计算，最大1h，最大24h暴雨均值分别为40mm，100mm，Cv值分别为0.52、0.52，取值Cs=3.5Cv。暴雨统计参数表见表2。

表2 暴雨统计参数表

东汲河流域地处江淮丘陵区，依据暴雨统计参数5a一遇、10a一遇、20a一遇24h点雨量分别为133mm、169mm、203mm，1h雨量分别为53.2mm、67.6mm、81.2mm。按照河道流量计算节点控制的流域面积，经点面折减系数折减后可得面雨量。依据“84年办法”附表所列扣除损失量和补给地下水量，计算面净雨量，计算重现期为5a、10a、20a，故扣损值取80mm。

1.1.3 设计洪水

依据上述流域几何参数、暴雨参数，运用“84办法”计算各节点不同频率流量，计算见表3。

表3 分段设计流量成果 m3/s

东汲河流域水系图、洪水计算节点分布见图2。

图2 东汲河流域洪水计算节点分布图

1.2 设计水位

本次东汲河治理段的现状、治理后水位，分别以现状实测、规划治理后的河道纵、横断面作为基础推算。固镇镇三岔处10a一遇、20a一遇设计洪水位分别为26.2m和26.86m。

固镇镇三岔处5a一遇洪水位缺少规划资料。该河段下游顶托影响显著，5a一遇时顶托作用不应大于10a一遇时，本次以治理终点至小河沿桥之间10a一遇水面比降为控制条件，拟定不同下游水位试算，直至水面比降和10a一遇的相同，以此时的下游水位作为起推水位。同时计算了下游自由水深条件下5a一遇水面线，发现二者水位差距较大，这表明该河段顶托作用影响较为显著，按照10a一遇水面比降作为参照计算的5a一遇水位是偏向于合理的、安全的。

2 河道护岸工程设计

2.1 护岸工程方案比选

2.1.1 河道岸线总体布置

岸坡整治尽量保持河流的自然形态，充分利用现有护岸，现状完好的予以保留，对护岸破损严重的予以修复，现状无护岸的新建护岸，在部分地段栽种当地品种的植物进行护岸；河道两岸增加植物措施。在适当的位置布置亲水设施，方便群众的生产、生活。各治理河段岸线应结合东汲河河道现状进行布置。

2.1.2 护岸型式选择

常见的护岸型式主要有坡式护岸、坝式护岸、墙式护岸、桩式护岸、生物护岸等，结合实际情况，考虑沿岸景观需求，选择坡式护岸、亲水平台+斜坡式护岸，墙式护岸3种方案进行比选。

1)方案1：斜坡式护岸：

河底至设计洪水位铺设1∶3的联锁式生态砌块护坡，设计洪水位以上至岸顶采用草皮护坡，压顶、格埂坡顶设C20素混凝土，断面结构布置型式见图3。

图3 方案1断面结构布置型式

2)方案2：墙式护岸+斜坡式护岸：

设置墙式护岸+斜坡式护岸，墙式护岸采用格宾石笼挡墙，墙顶至设计洪水位铺设1∶3的联锁式生态护坡，设计洪水位以上至岸顶采用草皮护坡，压顶、格埂采用C20素混凝土，断面结构布置型式见图4。

图4 方案2断面结构布置型式

3)方案3：直立式挡墙护岸：

河底至地面采用直立式挡墙，墙顶设0.5×0.2m(宽×高)的C20素混凝土压顶，墙身为M10浆砌石，背水侧坡度为1∶0.5，底部为厚0.5m的C20素混凝土底板，墙趾宽0.5m，墙踵宽0.5m，挡墙底板下做0.1m厚的碎石垫层。断面结构布置型式见图5。

图5 方案3断面结构布置型式

本次护岸工程主要针对东汲河两岸迎流顶冲段和水毁护岸段进行护砌，考虑该段临河侧无滩地、河道边坡较陡，同时从生态、景观效果及施工、技术实用等方面，并结合工程区现状综合考虑，本次河道护岸型式选用方案2断面结构布置型式：河底设置3m高格宾石笼挡墙+预制块护坡+不低于2m宽度的平台(平台高程与上下游滩地保持一致)+预制块护坡(坡顶高程为东汲河20a一遇洪水位)。

2.1.3 护坡材料选择

常见的护坡材料有草皮、砌石、现浇混凝土、混凝土预制块等。综合考虑选取联锁式生态砌块护坡。

连锁式生态砌块护坡具有以下优点：

1)结构性能好：联锁式生态砌块本身强度高、密实度高，块与块之间的连锁形成刚性表面柔性基础的整体铺面，对水流冲击和基础变形有很高的适应性。

2)生态效果佳：联锁式生态砌块通常采用开孔型护坡砖，有助于种植植被。

3)施工便捷：联锁式生态砌块生产形状规则、尺寸统一，质量稳定，受天气影响小，施工效率高，保证了工程的施工质量。

4)造价低：工业化生产的联锁式生态砌块成本较低，较薄的生态砌块能够代替传统很厚的浆砌石或独立块铺面，从而大大节约了工程材料成本，便捷的施工工艺使得施工效率高、人工费用节省。

综上所述，联锁生态砌块工程造价一般，强度高，抗冲刷能力强，可开孔植草绿化，生态效果较好能机械化施工，稳定性、安全性较高，有利土方平衡。根据河道现状，护岸以抗冲刷、防止水土流失为主要功能，结合本工程实际情况，本次设计拟采用的护坡结构型式主要为联锁式生态砌块护坡。

联锁式生态砌块护坡主要用于河道迎流顶冲段，混凝土预制块厚度120mm，混凝土强度等级为C20，压顶、镇脚混凝土强度等级为C20，护砌顶部高程平20a一遇设计洪水位。

护岸结构图见图6。

图6 联锁式生态砌块护坡

2.2 河道水力计算

2.2.1 允许不冲流速的计算

根据《水力计算手册》中允许不冲流速计算公式：

(2)

经计算，本次治理工程河段允许不冲流速为0.78m/s，由水面线推算成果知，河道的设计流速均小于此值，因此河底不进行护砌。

2.2.2 河道不淤流速

依据《水力计算手册》，清水渠道不长草的不淤流速一般大于0.3-0.5m/s，由水面线推算成果知，设计河道断面平均流速在0.68-0.75m/s，均大于不淤流速，满足设计要求。

2.2.3 护岸工程冲刷深度计算

1)泥沙启动流速Uc的计算：

采用以下公式进行计算：

(3)

式中：Uc为泥沙起动流速，m/s；H0为行近水流水深，m；d50为床沙的中值粒径，m；γ，γs水和沙粒的容重，kN/m3。

经计算，泥沙的启动流速Uc=0.966m/s。

2)护岸工程冲刷深度计算：

a)顺坝及平顺护岸冲刷深度计算方法如下：

(4)

(5)

式中：hs为局部冲刷深度，m；H0为冲刷处的水深，m；U为行近流速，m/s；Ucp为近岸垂线平均流速，m/s；Uc为泥沙起动流速，m/s；n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，根据水流流向与岸坡交角查附表，本次计算取1.0。

计算参数选取：本次东汲河治理工程，冲刷处的计算水深H0=7.75m；行近流速U=1.05m/s；根据水流流向与岸坡的交角查《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)表D.2.2得，水流流速的不均匀系数η=2.25，计算得近岸垂线平均流速Ucp=1.12m/s；与防护岸坡在平面上的形状有关的系数，本次计算取n=1/5。

经计算，本次东汲河治理工程，护岸工程的局部冲刷深度hs=0.67m。

b)斜冲防护岸坡的冲刷计算方法如下：

(6)

(7)

式中：△hp从河底起算的局部冲刷深度，m；α为水流流向与岸坡交角，°；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；Vj为水流局部冲刷流速，m/s；η为水流流速分配平均系数；经计算，本次东汲河治理工程，斜冲防护岸坡的局部冲刷深度△hp=0.78m。

根据上述计算结果，并考虑工程投资，本次设计选用格宾石笼护脚，护脚埋深为1m。

3 结 论

为了保证东汲河防洪需求，改善河道生态景观。通过收集流域水文参数，使用HEC-RAS软件分析不同频率下河道的设计水位线，为河岸防护设计提供基本参数。通过方法比选，确定采用生态砌块护坡+格宾石笼护脚方案，经过验算，可满足河岸整体稳定以及泥沙冲刷要求。可为类似河道防洪工程提供参考。