郭阳,吴永娜
(1.河南灵捷水利勘测设计研究有限公司,河南 南阳 473000;2.西峡县水利局,河南 西峡 474500)
此次岸坡整治工程,结合河道疏浚工程,对邕河桩号0+000~0+706段左右岸坡护砌1.41 km;对分洪渠0+120~0+720左右岸护砌1.20 km,合计2.61 km。
邕河治理段河道岸坡上部岸坡岩性主要为重粉质壤土,下部为粗砂层,对河道拓宽后,岸坡抗冲刷能力较低。为保证岸坡稳定和行洪安全,需对河道岸坡进行防护。选择护坡形式既要充分考虑就地取材,又要注重坚固耐久且利于施工维修等综合因素,处于河岸段不同位置或不同部位均可选用不同的护坡形式。台地以下护岸采用Mu60M7.5浆砌石重力式挡墙,挡墙埋深1.00 m;台地以上采用C20混凝土挡墙,挡墙埋深0.50 m,挡墙每隔10 m 设置伸缩缝一道,内填闭孔泡沫板。混凝土挡墙在垂直高度0.50 m以上设DN10PVC排水孔,纵横间距2.00 m一个,梅花型布置。边坡为铺草皮护坡。
岸坡防护布置遵循以下原则:①防护线路选择弯道顶冲部位;②以人口集中聚集区为主,服务于人员活动的区域,对临近村庄及镇区段的河道岸坡进行护砌;③兼顾上下游,与现有的防护工程合理衔接;④投资经济;⑤结合基地整体规划。
邕河桩号0+000~0+706段,台地以下护岸采用Mu60M7.5浆砌石挡墙,挡墙顶宽0.40 m,坡比1 ∶0.45,挡墙埋深1.00 m;水生种植池采用Mu60M7.5浆砌石挡墙,挡墙顶宽0.40 m,坡比1 ∶0.40,挡墙埋深0.50 m;台地以上采用C20 混凝土挡墙,挡墙顶宽0.40 m,坡比1∶0.50,挡墙埋深0.50 m,挡墙每隔10 m设置伸缩缝一道,内填闭孔泡沫板。挡墙在垂直高度0.50 m以上设DN10PVC排水孔,纵横间距2 m一个,梅花型布置。考虑右岸规划建筑基础较高,采用自嵌式生态砖挡墙衔接。生态砖基础采用C20 混凝土,顶部采用预制C20 混凝土压顶,后背填土可采用加筋土以保持边坡稳定。
分洪渠桩号0+120~0+720 段,台地以下为C20 混凝土挡墙,挡墙顶宽0.40,坡比1 ∶0.40,挡墙埋深1.00 m;台地以上采用C20 混凝土挡墙,挡墙顶宽0.40 m,坡比1 ∶0.40,挡墙埋深0.50 m,挡墙每隔10 m 设置伸缩缝一道,内填闭孔泡沫板。混凝土挡墙在垂直高度0.50 m 以上设DN10PVC 排水孔,纵横间距2 m一个,梅花型布置。边坡为草籽护坡。
①堤防断面堤顶高程。堤顶超高采用0.30~0.80 m。②堤防断面堤顶宽度。按规范要求,此工程为4 级堤防,堤顶宽度规划为3 m。③内外边坡。按照规范要求,依据堤防等级、堤高等条件,经稳定计算,在确定内边坡采用1 ∶2~1 ∶2.50,外边坡与地面衔接一致。④堤防断面堤顶结构。堤顶路面由堤顶中心线向内外两侧倾斜,坡度2%以满足堤顶排水要求。
河道岸坡堤防各堤段堤身加培按拟定的标准断面进行加培。外滩较宽且堤内房屋较多的堤段采用外帮加培,深泓逼岸或外滩较窄的堤段采用内帮加培,堤防高、宽、边坡达标的堤段采取两边帮加培;同时要节约工程量,局部顺直堤线。
为保证新老堤结合紧密,无论外帮还是内帮,填筑前设计将堤坡和堤脚的草皮、树根、腐殖物等清理干净,清基范围为加培边界外延0.50 m,清基厚度为0.20 m。填筑时应将坡面刨毛,保持应有的水分,并分层碾压密实。
堤身填筑土料为粉质壤土和粉质粘土,设计填筑压实度不应小于0.90,填筑土料含水量与最优含水量允许偏差小于±3%。
根据邕河实测资料和现有建筑物情况,堤线布置根据上下游、左右岸统筹兼顾的指导思想,遵循少拆迁少占地;堤线力求平稳,各堤段平缓连接,不采用折线急弯堤线,尽可能避开软弱地基、强透水地基、深水地带和古河道;不缩窄行洪断面,确保行洪安全,且工程布置与周围规划建设相协调,确定堤线按现有位置,保证基本不缩窄现有河道行洪断面。
河道堤防对C20混凝土挡墙、浆砌石挡墙2种方案进行比较。方案一:采用Mu60M7.5 浆砌石挡墙,Mu60M7.5 浆砌石抗冻、抗磨和耐久性好(使用年限25-40 a),施工简单,投资较小,糙率大,透水性好。方案二:采用C20混凝土挡墙,C20混凝土糙率小、弱透水、抗冲、耐久性好(使用年限30-40 a),但施工受季节影响较大,投资稍高。
经综合比较,此次邕河设计亲水平台下采用浆砌石挡墙,平台以上采用C20混凝土挡墙;分洪渠采用C20混凝土挡墙。
根据《堤防工程设计规范》,邕河防洪标准按20 年一遇设计,堤防工程级别为4 级,4 级堤防安全加高0.30~0.60 m。设计堤顶高程=设计洪水位+安全超高。设计安全超高=设计波浪爬高+风壅增高+安全加高。风浪要素按以下公式进行计算:
式(2)中:RP为风浪累积频率为P 的平均波浪爬高(m);m为坡比系数(取2.00);KΔ为斜坡糙率和渗透性系数(生态混凝土块取0.90);KV为经验系数(查表取1.01);Kp为风浪爬高累积频率换算系数;H-为堤前波浪的平均波高(m);L为堤前波浪的波长(m)。计算结果邕河20年一遇为0.02 m。
风壅水面高度按以下公式进行计算:
式(3)中:e是计算点风壅水面高度(m);K是综合摩阻系数(取K=3.6×10-6);V是设计风速(取7 m/s);F是由计算点逆风向量到对岸的距离(m);d 是水域平均水深(m);β是风向垂直于堤轴线法线的夹角(°)。
计算结果邕河壅高很小可以忽略不计。
根据计算结构,邕河设计安全超高20 年一遇为0.32 m。《堤防工程设计规范》6.3.3条规定土堤顶面应高出设计静水位0.30 m以上,堤顶超高取0.30~0.80 m。经计算,采用邕河堤防设计标准,该段堤顶超高选取0.30 m。
式(4)中:hB—局部冲刷深度(m);hp—冲刷处水深(m),以近似设计水位最大深度计算;Vcp—平均流速(取3.40 m/s);V允—河床面上允许不冲流速,卵石V允=1.50 m/s;n—与岸坡形状有关的系数(取0.25)。
式(5)中:HB—从河底算起的局部冲深(m);α—水流流向与岸坡交角(°),α=20°;m—护岸工程迎水面边坡系数(取2);d—坡脚处土壤计算粒径(取2.50 cm);vj—水流的局部冲刷流速。
经计算,邕河20 年一遇最大冲刷深度为0.58 m,因此,基础埋深取1.00 m;分洪渠分洪160 m3/s 时最大冲刷深度为0.63 m,因此,基础埋深采取1 m。
根据《堤防工程设计规范》,重力式挡墙计算工况荷载组合为:①设计工况1,完建期;②设计工况2,墙前设计洪水;③校核工况,墙前设计洪水,地震。
计算结果显示,河岸堤防挡土墙抗滑安全系数均大于规范允许值,挡土墙抗滑稳定满足规范标准要求。
综上所述,河道岸坡整治工程设计包括工程概况,护岸整治工程设计,新建堤防、护岸基础冲刷分析计算,挡墙稳定分析。河道护岸整治工程设计成果可为类似工程提供参考。