孫宏偉 王志英

(1.北票市凌河保護(hù)區(qū)管理局，遼寧 北票 122100；2.水利部建設(shè)管理與質(zhì)量安全中心，北京 100038)

1 工程概況

老寨川河位于遼寧省朝陽市北票市北部，為大凌河二級支流、牤牛河一級支流，河道平均比降6.4‰，流經(jīng)婁家店鄉(xiāng)、寶國老鎮(zhèn)和黑城子鎮(zhèn)，流域面積365.3km2、區(qū)域河長52.6km。治理河段地理位置為東經(jīng)120°32′35″～120°39′13″、北緯42°3′48″～42°4′27″。流域內(nèi)海拔在380～580m之間。本次工程治理范圍為婁家店鄉(xiāng)棒槌山村的老寨營子村民組至營房村民組沿線河道，沿岸保護(hù)老寨營子、王家杖子、陳家杖子、大杖子、山灣子、三家子、營房，治理河長10.48km。

2 水文計算

老寨川河流域缺乏暴雨、洪水觀測資料。臨近流域涼水河(大凌河一級支流)上有水文站，現(xiàn)有1960—2007年共48年的實測資料。

項目區(qū)按照《遼寧省中小河流(無資料地區(qū))設(shè)計暴雨洪水計算方法》進(jìn)行設(shè)計洪水計算(結(jié)果見表1)。經(jīng)過驗證，計算結(jié)果符合水文一般規(guī)律，設(shè)計洪水成果可靠。

表1 北票老寨川河干流及支流設(shè)計洪水成果

3 地質(zhì)勘察

3.1 勘察任務(wù)

護(hù)岸工程設(shè)計，應(yīng)對已建護(hù)岸堤身土的組成、堤身砂性土的分布及規(guī)律等進(jìn)行勘察，查明岸線區(qū)地形地貌單元、特征及分界線，河湖等變遷情況以及護(hù)岸沿線各土層的地層巖性、結(jié)構(gòu)組成、巖土性質(zhì)、分布規(guī)律、埋藏條件等情況；查明地下水埋深，有無承壓水、相對隔水層和含水層的分布規(guī)律、地下水與河水位的關(guān)系；查明堤基土的組成，特別查明堤基段砂土層及軟弱層(淤泥質(zhì)土)的厚度、分布、規(guī)模等；評價區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性，確定地震動參數(shù)；對各岸線工程地質(zhì)條件進(jìn)行初步的評價。

了解堤岸河勢情況、河道沖淤變化、岸坡的形態(tài)和防護(hù)及失穩(wěn)情況，基本查明岸坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，并對岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行初步評價。

3.2 勘察方法

勘察方法主要包括四種：工程地質(zhì)測繪、工程地質(zhì)鉆探、原位測試、室內(nèi)土工試驗。

4 工程存在主要問題

老寨川河道只在部分河段修建了護(hù)岸，防洪標(biāo)準(zhǔn)偏低，沿河多處存在防洪薄弱環(huán)節(jié)，主要存在以下問題：

a.河岸防洪標(biāo)準(zhǔn)低。大部分河段現(xiàn)狀迎水側(cè)無工程防護(hù)，岸線已有工程受洪水沖淘，基礎(chǔ)外露嚴(yán)重，威脅護(hù)腳結(jié)構(gòu)安全。兩岸之間的已有工程也已損毀嚴(yán)重，影響行洪，遇洪水時阻水嚴(yán)重；左岸山灣子村民組和大杖子村民組處河道，現(xiàn)狀岸坎達(dá)不到防洪標(biāo)準(zhǔn)，汛期沿岸多處洪水漫過天然岸坎，危及居民的安全。

b.河道行洪能力弱。河段局部地段河岸長期遭受沖刷，岸坎頂端呈陡坎狀，造成岸坡失穩(wěn)，岸后大片耕地及林地被毀；河道內(nèi)淤積嚴(yán)重，存在塊石、卵石、礫石等淤積物，邊坡穩(wěn)定性較差，造成河道行洪斷面嚴(yán)重縮窄，影響汛期行洪。

5 護(hù)岸工程設(shè)計

5.1 護(hù)岸布置

5.1.1 護(hù)岸布置原則

建立完整防洪體系需遵循如下原則：岸線布置應(yīng)盡量減少征占耕地及房屋；護(hù)岸工程應(yīng)該利用現(xiàn)有護(hù)岸和有利地形，修筑在土質(zhì)良好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定位置；岸線應(yīng)與河勢相適應(yīng)，平行于洪水的主流線，岸線盡量平順，避免采用折線或急彎；工程應(yīng)根據(jù)岸線兩側(cè)地形、地貌及建筑物分布情況，選擇合適的斷面形式；保護(hù)和恢復(fù)河流生態(tài)，避免河流的渠道化。

5.1.2 護(hù)岸布置

本次工程治理范圍從婁家店鄉(xiāng)棒槌山村的老寨營子村民組至營房村民組，由新建護(hù)岸及現(xiàn)有防護(hù)措施連接，形成防洪體系。左岸主要防護(hù)沿河路及村莊，右岸主要防護(hù)工程所在地居民的耕地。

左岸：需新建護(hù)岸共7處，分別為L0+000.00～L0+483.92、L0+528.89～ L2+760.85、L4+433.49～L6+151.22、L6+178.46～L6+559.85、L6+756.02～L8+025.61、L8+307.96～L8+513.93、L8+525.44～L10+359.72。左岸工程長度7991.31m。

右岸：需新建護(hù)岸共8處，分別為R0+000.00～R3+241.48、R3+445.23～R4+448.71、R4+518.36～R5+099.36、R5+711.11～R5+838.60、R5+893.15～R6+285.56、R6+714.78～R7+040.50、R7+718.38～R8+308.16、R8+318.35～R8+682.90。右岸工程長度6684.49m。

5.2 護(hù)岸方案選擇

根據(jù)河道岸坎現(xiàn)狀，進(jìn)行了三種方案比選：生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻護(hù)岸、漿砌石護(hù)岸、毛石混凝土護(hù)岸。經(jīng)濟(jì)條件及技術(shù)可能性比較后，各方案優(yōu)缺點分述如下。

5.2.1 生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻護(hù)岸

優(yōu)點：工程投資低，親水性好，有利于植被綠化；穩(wěn)定性、整體性良好，工期較短，有利于施工；材料抗腐蝕，耐久性好，使用壽命長；形狀可變，抗震性能好，易于維護(hù)。缺點：開挖量大，占地面積大。

5.2.2 漿砌石護(hù)岸

優(yōu)點：占用土地少，開挖量小，施工簡單，所需勞力少。缺點：工程投資較高，施工工序較多，工期較長，施工質(zhì)量不易控制；不利于河道生態(tài)。

5.2.3 毛石混凝土護(hù)岸

優(yōu)點：材料易獲得，施工工序簡單。缺點：工程投資高，水泥用量大，對基礎(chǔ)要求較高，通水性差，不利于生態(tài)及地下水補(bǔ)給。

5.2.4 護(hù)岸方案確定

綜上所述，生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻護(hù)岸形式相比毛石混凝土護(hù)岸結(jié)構(gòu)、漿砌石護(hù)岸結(jié)構(gòu)具有良好的親水性、透水性，有利于實施植被綠化，改善生態(tài)環(huán)境；此外格網(wǎng)結(jié)構(gòu)不影響局部的整體性，施工方便，易維護(hù)。因此，本次設(shè)計選取取生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻護(hù)岸。

5.3 護(hù)岸頂高程確定

本次設(shè)計新建工程護(hù)岸長度14.67km，包括左岸7.99km、右岸6.67km。設(shè)計護(hù)岸頂高程按如下原則確定：

依照《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353∶2013)要求，當(dāng)10年一遇洪水位高于岸坎時，護(hù)岸頂高程以岸坎高程控制；當(dāng)10年一遇洪水位低于岸坎時，護(hù)岸頂高程以洪水位加0.3m安全超高控制。格賓籠地面以下埋深為1.5m。護(hù)岸背水側(cè)岸坎設(shè)計2m寬濱河生態(tài)護(hù)岸帶，回填種植土厚度為0.3m，同時，采取相應(yīng)的綠化措施。

5.4 護(hù)岸型式

本次護(hù)岸設(shè)計采用生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻材料：底部為格賓籠，格賓籠頂背水側(cè)回填30cm厚種植土，土質(zhì)岸頂預(yù)留2m寬濱河生態(tài)護(hù)岸帶。濱河生態(tài)護(hù)岸帶起兩種作用，一是提高護(hù)岸的抗沖能力，二是回填土可采取綠化措施，以達(dá)到生態(tài)治河目標(biāo)。

5.5 護(hù)岸穩(wěn)定分析計算

護(hù)岸穩(wěn)定計算根據(jù)地質(zhì)勘測的試驗資料，確定砂礫料的設(shè)計基本參數(shù)，工程等級為5級。

5.5.1 工況選取

依據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)，選取兩種計算工況：

正常運用：設(shè)計水位和常水位條件下；

非常運用：施工期條件下。

5.5.2 抗滑穩(wěn)定計算

格賓籠抗滑穩(wěn)定按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353∶2013)中公式計算：

式中Ks——抗滑安全系數(shù)；

c0——基地黏聚力,kPa；

f——基礎(chǔ)摩擦系數(shù)；

B——石籠底寬，m；

∑G——作用在格賓籠上全部垂直于水平面的荷載,kN；

∑H——作用在格賓籠上全部平行于水平面的荷載,kN。

5.5.3 抗傾穩(wěn)定計算

格賓籠抗傾穩(wěn)定按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353∶2013)中公式計算：

式中K0——抗傾安全系數(shù)；

∑MV——對格賓籠基底前趾的抗傾覆力矩,kN·m；

∑MH——對格賓籠基底前趾的傾覆力矩,kN·m。

5.5.4 基底壓應(yīng)力驗算

格賓籠基底壓應(yīng)力驗算按《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS353∶2013)中公式計算：

式中e0——偏心距。

偏心距e0滿足要求時基礎(chǔ)底面最大、最小應(yīng)力可按下式計算：

5.5.5 計算成果

根據(jù)上述計算公式進(jìn)行計算(結(jié)果見表2)，結(jié)果表明，生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻護(hù)岸設(shè)計斷面在正常運用和非常運用條件下，均能滿足各項穩(wěn)定要求。

表2 格賓籠穩(wěn)定計算成果

5.6 滲流穩(wěn)定計算

5.6.1 計算基本數(shù)據(jù)

滲流計算根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)要求進(jìn)行，根據(jù)地質(zhì)勘測的試驗資料，確定填筑土料的設(shè)計指標(biāo)(見表3)。

表3 填筑土料設(shè)計指標(biāo)

5.6.2 工況選取

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)對穩(wěn)定計算控制時期和運行條件的規(guī)定，選取洪水降落時對臨水側(cè)岸坡不穩(wěn)定滲流工況。

5.6.3 計算結(jié)果

計算典型斷面可能出現(xiàn)的最不利工況的滲流坡降及穩(wěn)定性，計算成果見表4。

表4 滲透穩(wěn)定計算成果

由表4計算結(jié)果可知，典型斷面在天然條件下能夠滿足滲透穩(wěn)定要求。

5.7 護(hù)腳埋深設(shè)計

根據(jù)工程段內(nèi)河道走勢，共選取11處典型斷面進(jìn)行沖刷計算，計算公式如下：

式中hs——局部沖刷深度,m；

H0——沖刷處水深,m；

Ucp——近岸垂線平均流速,m/s；

Uc——泥沙起動流速,m/s；

n——指數(shù)與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=1/4～1/6；

η——水流流速不均勻系數(shù)。

其中卵石河床泥沙起動流速Uc按下式確定：

式中d50——河床沙的中值粒徑，0.0055m；

H0——沖刷處水深,m；

rs，r——泥沙與水的重度,kN/m3。

表5 沖刷深度計算成果

經(jīng)現(xiàn)場實際勘測，結(jié)合沖刷計算結(jié)果，本次設(shè)計生態(tài)格網(wǎng)格賓擋墻護(hù)岸埋深統(tǒng)一取1.50m。

6 結(jié) 論

護(hù)岸工程用來防止因河流側(cè)向侵蝕及河道局部沖刷而造成的河岸坍塌破壞，在實際工程設(shè)計中，通常結(jié)合清淤疏浚工程、建筑工程、生態(tài)綠化工程等，共同實現(xiàn)河道治理，有效提高河道兩岸抵抗災(zāi)害風(fēng)險的能力，維持河勢穩(wěn)定，保障沿岸人民生命和財產(chǎn)安全。