六股河小蛇山至药王庙段护岸工程设计综述

李奕韬

(辽宁省葫芦岛市兴城市水利事务服务中心，辽宁 兴城 125100)

1 概 述

六股河小蛇山至药王庙段以险工治理、岸坎防护为主的防洪治理工程，在兴城市蛇山村、贾河沿村、东小寨村附近河段新建险工护岸工程，在兴城市牛彦章村等村屯附近河段新建岸坡防护工程，防止土地冲兑，保护沿线村屯和耕地。工程共布置护岸工程3处，工程总长9.675km。其中险工护岸工程2处，小蛇山险工护岸3.141km，贾河沿-东小寨险工护岸2.269km，险工护岸工程总长度5.41km；岸坡防护工程1处，药王庙-牛彦章护岸4.265km，岸坡防护工程总长度4.265km。

2 工程设计

治理河段沿线实际情况，河宽较宽、边坡明显，确定本工程采用坡式护岸型式。坡式护岸为平顺护岸，修建后将顺应河势，使主流平顺。常见坡式护岸型式主要为浆砌石、干砌石、混凝土板及石笼防护等[1-3]。其各护岸型式技术特点比选见表1。

表1 护岸型式技术特点比选表

浆砌石防护、干砌石防护、混凝土板防护、石笼防护各护岸型式均选取1∶2.0边坡、6.0m坡面长度进行每延米造价比选，各方案每延米造价比选成果见表2。

表2 各方案每延米工程量造价比较表

通过以上各方案的比较情况来看，石笼防护不易造成跨度倒塌、断裂等破坏，对地基要求小。生态效应好、透水性好，易施工并且投资小；混凝土防护整体钢性好，工程耐久性高，但工程造价高，对基础稳定性要求较高，由于局部冻胀、不均匀沉降，同时不能与生态措施相结合，影响工程整体美观性；浆砌石防护，整体钢性好，造价相对不高，但对基础稳定性要求较高，由于局部冻胀、不均匀沉降，后期维修加固较困难；干砌石防护工程造价低，但易发生垮塌，对施工技术水平有较高要求。

考虑到本段河道沿线均为农村，两岸大部分为耕地，考虑经济合理性，资金最大化收益，综合以上方面，确定工程险工护岸工程、岸坡防护工程防护型式选择石笼防护型式(绿滨垫护坡、固滨笼护脚)。

3 护岸工程设计

3.1 护岸工程纵向设计

3.1.1 设计护岸顶高程确定

设计护岸顶高程以现状岸坎顶高程的平均高趋势线确定护岸顶高程。

3.1.2 设计护岸脚高程确定

设计护岸脚高程以现状岸坎脚高程的平均低趋势线确定护岸脚高程。

3.1.3 设计护脚底高程(设计护岸脚高程减去埋深)

设计护脚底高程参照河道主槽深泓距离护岸脚线的位置，并参考河道演变情况，将现状拟建护岸位置划分为①深泓近岸段及②宽滩段两种类别。两种类别以不同工况控制设计护脚底高程。

1)深泓近岸段：以设计护岸脚高程减去计算主槽冲刷深初拟，再用主槽深泓点复核，两种工况的最深点为设计护脚底高程的控制工况。

2)宽滩段：以设计护岸脚高程减去计算冲刷深控制。

3.2 护岸工程横向边界条件设计

3.2.1 设计坡比

根据六股河已建工程及葫芦岛地区已建工程经验，参照前阶段可研设计，本次护岸设计坡比仍采用1∶2.0。

3.2.2 上压顶长度

设计各段护岸均为漫水护岸，洪水期间坡顶行洪、退水。因此上压顶长度采用滩地冲刷深控制。上压顶长度≥3倍滩地冲刷深，最小长度满足构造要求设0.5m。

3.3 各段护岸标准断面设计

3.3.1 险工护岸工程

险工护岸工程2段，小蛇山险工护岸3.141km，贾河沿-东小寨险工护岸2.269km，险工护岸工程总长度5.41km。结构形式为结合固宾笼脚防护，设计护岸坡比1∶2.0[4]。

固滨笼护脚背水侧铺设400g/m2的土工布，固滨笼网箱最大高度1.0m，最大长度(垂直水流方向)2.0m，最大宽度(顺水流方向)1.0m，顺水流方向每1.5m设一隔片。

3.3.2 岸坡防护工程

岸坡防护工程1段，药王庙-牛彦章护岸4.265km，岸坡防护工程总长度4.265km。结构形式为结合固宾笼脚防护，设计护岸坡比1∶2.0[5]。

根据绿滨垫厚度计算成果及辽宁西部地区3000km2以上大中型河流治理经验，本次设计坡面及压顶厚度0.4m，下设15cm碎石垫层、400g/m2土工布。绿滨垫坡面部分网箱最大长度6.0m，最大宽度2.0m，长度方向每1.0m设一隔片。绿滨垫压顶部分网箱最大长度6.0m，最大宽度2.0m，长度方向每2.0m设一隔片。

固滨笼护脚背水侧铺设400g/m2的土工布，固滨笼网箱最大高度1.0m，垂直水流方向最大长度2.0m，顺水流方向最大宽度为1.0m，顺水流方向每1.5m设一隔片。

4 设计计算

4.1 冲刷深度计算

治理河段为六股河下游河段，河道主槽弯段较多，河槽近岸处，形成主流兑岸，对河岸及岸后堤防造成危害。本次护脚冲刷深计算，主要考虑护脚处冲刷深度高程与近岸河槽深泓点高程两个因素，进行综合比选，合理选取确定护脚设计底高程。

根据水面线成果分析得出，护岸工程各断面设计水位均高于当前堤顶，当设计标准洪水发生时，岸顶防护宽度应满足岸顶处冲刷深度要求。本次岸顶部宽度的确定应按设计水位条件下，根据岸顶相应水深、流速等边界条件分析计算岸顶处冲刷深度。计算分别选取主槽、河滩两处的设计流速、设计水深、相关土层地勘参数等要素进行分析计算。

4.1.1 行进流速选取

采用本次设计水面线大断面位置的左岸滩地及主槽流速，选取各段对应计算行进流速的最大值作为计算采用值，计算结果将偏于安全，结果见表3。

表3 各段护岸行进流速分析采用表

4.1.2 床沙中值粒径选取

根据地勘成果分析得出，小蛇山护岸、贾河沿-东小寨护岸、药王庙-牛彦章护岸为砂质河床选用长江学院公式计算[6-7]，选取各段对应冲刷基面中值粒径最小值作为计算采用值，计算结果将偏于安全，结果见表4。

表4 各段护岸河床中值粒径分析采用表

各段、各位置冲刷计算采用的主要参数汇总见表5。

表5 各段、各位置冲刷计算采用的主要参数汇总表

冲刷深度计算结果见表6。

表6 各段、各位置冲刷深度计算结果表

根据计算结果可以看出，各段三倍滩地冲刷深度在0.00m-1.87m之间，本次设计设计护岸压顶长度在0.50m至2.00m；各段主槽冲刷深度在1.50m至1.83m之间，本次设计初拟主槽护脚设计埋深1.50m至2.00m，后续将深泓近岸段进行深泓点比较，选择最低点作为设计埋深高程。

4.2 护坡粒径、厚度、坡面稳定计算

4.2.1 平均粒径Dm计算：

(1)

式中：Dm为填石的中值粒径；SO为粒径安全系数；CS为填石稳定系数；CV为流速分布系数；d为流速V处局部水深，m；γS为填石的重度，kN/m3；γwγw为水的重度，kN/m3；V为断面平均流速，m/s；g为重力加速度；K1为边坡修正因子。

计算成果见表7。

表7 各段护岸绿滨垫填石平均粒径计算表

经计算成果综合比较，填石平均粒径在0.07m-0.17m之间，计算最大值Dm=0.17m。本次设计护坡绿滨垫填石中值粒径≥17cm，表层填石粒径≥20cm较为合理。

4.2.2绿滨垫厚度

t=2.0Dm

(2)

式中：t为绿滨垫的最小厚度。

经计算，绿滨垫最小厚度为0.34m。设计结合工程实际情况和工程经验，平顺护岸绿滨垫厚度取0.4m。

4.2.3 护坡坡面稳定计算

剪切力τb的计算公式：

τb=γwid

(3)

式中：d为断面平均水深，m；i为河床坡降，取2.4‰。

岸坡剪切力τm按下式计算：

τm=0.75τb

(4)

临界剪切力τc计算公式：

τc=C(γS-γW)Dm

(5)

式中：Dm为移动填石中值粒径；C为防护系数。

岸坡临界剪切力τs按下式计算：

(6)

式中：θ为河岸与水平线的夹角。

计算成果详见表8。

表8 各段护岸绿滨垫护坡坡面稳定计算表

根据计算结果可以看出，τb≤1.2τc，且τm≤1.2τs，满足抗冲刷稳定要求。

4.3 边坡抗滑稳定计算

4.3.1 计算工况

计算只考虑正常工况，岸坡稳定性计算考虑以下2个条件：①设计洪水位下稳定渗流期间岸坡的防滑稳定性；②设计洪水位突然下降期间岸坡的防滑稳定性[8-10]。

4.3.2 稳定计算相关原则

由于工程地震烈度<Ⅵ度，因此，不考虑地震工况。此次边坡抗滑稳定采用北京理正软件设计研究院有限公司的《理正岩土软件》进行计算。六股河各段护岸工程级别为4级，相应的抗滑稳定安全系数见表9。

表9 抗滑稳定安全系数表

4.3.3 典型断面选取

岸坡稳定计算采用贾河沿-东小寨护岸HbK0+637断面作为典型断面。

4.3.4 计算边界条件

贾河沿-东小寨护岸HbK0+637断面处地质情况为上层中砂含有少量砾石，层厚2.6m，下层为砾石层厚2.9-5m，设计水位10.37m，土料物理力学指标见表10。

表10 护岸土料物理力学指标表

5 结 语

修建险工护岸及河道主槽护岸工程，保护险工段以及土地冲兑较重河岸段防洪安全。通过实施护岸工程，保护已建堤防安全，防止土地冲兑，保护河道沿线村民的生命财产安全，进而推进六股河兴城市沿线各村屯的经济发展，同时保护河道自然形态，创建防洪安全、景色怡人、经济发展的宜居乡村。