高速水流條件下邊坡護(hù)腳防護(hù)型式研究

□孫德升（遼寧省大伙房水庫(kù)管理局）

□賴增科（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

□李 燕（遼寧省大伙房水庫(kù)管理局）

高速水流條件下邊坡護(hù)腳防護(hù)型式研究

□孫德升（遼寧省大伙房水庫(kù)管理局）

□賴增科（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

□李 燕（遼寧省大伙房水庫(kù)管理局）

渾河閘位于渾河中下游，坐落于沈陽(yáng)市鐵西區(qū)后謨家堡村。閘上下游落差較大，為了保證渾河閘工程的整體安全，文中對(duì)此處的防護(hù)型式進(jìn)行了研究，決定采用鋼筋混凝土防淘齒墻對(duì)坡腳進(jìn)行防護(hù)，并根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286-2013及樁基K法對(duì)防淘齒墻進(jìn)行沖刷深度和穩(wěn)定計(jì)算復(fù)核，各部位應(yīng)力應(yīng)變均滿足規(guī)范及實(shí)際使用要求。經(jīng)過(guò)2013年汛期考驗(yàn)，防淘齒墻防護(hù)效果良好，護(hù)坡未出現(xiàn)問(wèn)題。

防淘齒墻;防護(hù);水流;沖刷

1 工程概況

渾河閘位于渾河中下游，坐落于沈陽(yáng)市鐵西區(qū)后謨家堡村。工程主體由攔河閘、渾沙和渾蒲灌渠進(jìn)水閘三大部分組成。攔河閘共22孔，其中兩岸各有3孔沖砂閘。左右岸沖砂閘由于沒(méi)有消能設(shè)施，加上渾河閘下河段由于采砂造成的河道主槽變寬加深，天然河道比1982年最深河底下切了11.72m，閘上下游落差較大，因此導(dǎo)致沖砂閘末端水流流速很大，對(duì)護(hù)腳部位淘刷嚴(yán)重，沖刷深度大，一般的混凝土重力式護(hù)腳和石籠護(hù)腳容易被沖壞，無(wú)法保證護(hù)坡的安全。

2 技術(shù)特點(diǎn)

護(hù)腳工程的安全性直接影響到整個(gè)護(hù)坡工程的安全穩(wěn)定，常見(jiàn)的護(hù)腳形式有：素混凝土條形護(hù)腳、石籠護(hù)腳、拋石護(hù)腳、干砌石護(hù)腳、沉排和漿砌石并用護(hù)腳等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)護(hù)坡所處位置的地形、水流條件、護(hù)坡下部土料類型、護(hù)坡的材質(zhì)等因素綜合考慮確定護(hù)腳的型式。

針對(duì)渾河閘下游河道的水流特點(diǎn)，擬采用鋼筋混凝土防淘齒墻作為堤腳防護(hù)方案，護(hù)坡部分采用混凝土護(hù)坡。防淘齒墻具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是埋深大；二是自身穩(wěn)定性強(qiáng)；三是防滲能力強(qiáng)；四是整體性良好。

渾河閘下游護(hù)坡防護(hù)分成兩段，第一段長(zhǎng)150m，采用混凝土結(jié)構(gòu)，第二段長(zhǎng)300m，采用格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)。

3 計(jì)算與分析

第一段：樁號(hào)0+166.6m至樁號(hào)0+316.6m。此處水流流速很大，水流紊亂，因此文章重點(diǎn)考慮此處護(hù)坡的防護(hù)形式。護(hù)坡主要結(jié)構(gòu)為：27m高程平臺(tái)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，20～27m高程護(hù)坡坡比1:2.5，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，護(hù)腳為1m厚鋼筋混凝土防淘齒墻，深度在8m、10m、12m之間選取。

經(jīng)過(guò)計(jì)算比較，8m的防淘齒墻穩(wěn)定和應(yīng)力不滿足要求，12m的防淘齒墻穩(wěn)定和應(yīng)力滿足要求，但是埋深的富余度過(guò)大，浪費(fèi)材料，因此采用了既能滿足穩(wěn)定和應(yīng)力要求，又不浪費(fèi)材料的10m深度。

第二段由于距離沖砂閘較遠(yuǎn)，流速降低，水流已經(jīng)平穩(wěn)，因此采用格賓網(wǎng)墊結(jié)構(gòu)即可。

3.1 沖刷深度計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），順壩及平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式：

分別計(jì)算了50年一遇洪水、100年一遇設(shè)計(jì)洪水、300年一遇校核洪水，最大沖坑深度為3.56m。

3.2 鋼筋混凝土防淘齒墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算

防淘齒墻河道側(cè)放置10m寬石籠及大塊石，沖坑深度將大大減小，暫按2m沖坑計(jì)算防淘齒墻穩(wěn)定及應(yīng)力。

采用樁基K法對(duì)防淘齒墻進(jìn)行計(jì)算。樁頂受水平荷載的撓曲微分方程為：

通過(guò)數(shù)學(xué)求解，得到滑動(dòng)面以下樁身任一截面的變位和內(nèi)力的計(jì)算公式：

式中：φ1、φ2、φ3、φ4—K法的影響函數(shù)值（查表）

上式為K法的一般表達(dá)式，計(jì)算時(shí)要先求滑面處的xA和φA，才能求樁身任一截面的變位、內(nèi)力和地基土對(duì)該截面的側(cè)向應(yīng)力。

當(dāng)樁底為自由端時(shí)，MB=0、QB=0、φ3=0、xB≠0，解得：

將xA和φA代入變位和內(nèi)力計(jì)算公式，可求得滑動(dòng)面以下樁身任一截面的變位和內(nèi)力。

利用理正軟件樁基K法計(jì)算結(jié)果如下：

表1 樁基K法計(jì)算成果表

最大彎矩=512.229(kN-m) 距離樁頂4.969(m)

最大剪力=213.000(kN) 距離樁頂3.560(m)

最大位移=39(mm)

綜上所述，從20m高程向下至10m高程為100cm厚、深10m鋼筋混凝土防淘齒墻，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，完全滿足施工規(guī)范要求。

4 結(jié)論

深鋼筋混凝土防淘齒墻的應(yīng)力和穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求，可以滿足工程的需要。經(jīng)過(guò)一年左右的實(shí)際運(yùn)用，工程安全度汛，防淘齒墻防護(hù)效果良好，護(hù)坡沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題。

深鋼筋混凝土防淘齒墻施工過(guò)程中，采用施工器械龐大，占地多，更適用于平原河道且兩岸堤防為直線形式的施工環(huán)境。參考文獻(xiàn)

[1]徐俊.谷皮沖水閘除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2012(07).

[2]李海燕.葛洲壩水利樞紐三江航道護(hù)坡維護(hù)管理及修復(fù)的幾點(diǎn)設(shè)想[J].水運(yùn)工程,1990(9).

[3]王健,李麗江,李燕,李日芳.鋼板導(dǎo)墻在渾河閘鋼筋混凝土防淘齒墻中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2007(04).收稿日期：2014-01-23

TV697.3+9

A

1673-8853(2014)06-0030-02

孫德升（1964-），男，高級(jí)工程師，從事水利工程建設(shè)與管理。

左英勇）