淺談渾河右岸王家灣橡膠壩下游段岸坡治理思路

趙 珊

(沈陽市水利建筑勘測設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110015)

1 工程區(qū)概況

1.1 地理位置

渾河的發(fā)源地位于撫順市清源縣長白山余脈龍崗山脈的滾馬嶺，自東北向西南流經(jīng)撫順、沈陽、遼陽、鞍山、盤錦、營口等地區(qū)，沿途有太子河、細河、蒲河、外遼河等匯入，經(jīng)營口入海。渾河干流河道長度是495 km，流域面積為28 260 km2。

沈陽市渾河王家灣橡膠壩位于干河子攔河壩下游6.86 km，始建于2004年11月。設(shè)計洪水標準為50 a一遇。總長401 m，共分7孔，其中前5孔為充氣橡膠壩，壩底板高程43 m，每孔壩袋長66 m，中敦厚1.0 m，第6、7孔為充水式橡膠壩，每孔泄流凈寬32.5 m，壩底板高程43.8 m，壩頂高程為45.8 m，王家灣橡膠壩壩頂設(shè)計溢流量247 m3/s。

項目區(qū)位置處渾河城市段長青橋～新立堡橋段(王家灣橡膠壩下游)，為平原區(qū)，本區(qū)地勢平坦、開闊，是沈陽市重點經(jīng)濟開發(fā)區(qū)域?，F(xiàn)狀河道主河槽寬約300 m，位于渾河主河道，河道兩岸建有堤防，堤距約650 m，灘地上為生態(tài)林。

為了滿足該段河道的防洪要求，同時完善渾河沈陽城市段河道的生態(tài)景觀建設(shè)，提供安全舒適的宜居環(huán)境，亟需對缺少防護段岸坡進行治理，完善防洪體系，提高防洪能力，消除安全隱患。本工程的建設(shè)，不但能為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供安全保障，而且工程建成后，能使渾河沈陽城市段的防洪體系得到完善，確保防洪安全，對沈陽市今后社經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.2 水文資料

項目區(qū)位于長青橋與新立堡橋之間，300 a一遇以內(nèi)設(shè)計洪水成果采用沈陽站成果，與修編規(guī)劃中洪水成果保持一致，即采用修建關(guān)山1水庫后沈陽站的組合設(shè)計流量成果，見表1。

圖1 工程平面位置圖

表1 擬建工程所在河段處設(shè)計洪水成果表

項目區(qū)安排在非汛期施工。施工期洪水采用沈陽站實測資料計算，本次統(tǒng)計沈陽站非汛期歷年實測3-5月逐月最大流量，統(tǒng)計年份為上游大伙房水庫建成后的1959-2015年。根據(jù)統(tǒng)計流量數(shù)據(jù)，對3-5月逐月最大流量按經(jīng)驗頻率進行頻率計算，得到施工期設(shè)計洪水317.60 m3/s，計算成果見表2。

表2 施工期設(shè)計洪水計算成果表 m3/s

1.3 地形地質(zhì)概況

(1)工程區(qū)地震動峰值加速度為0.10 g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。

(2)根據(jù)地質(zhì)資料分析，工程區(qū)地表為第四系覆蓋。下部為耕植土、粉質(zhì)粘土層、中粗砂、圓礫，適宜修建水工建筑物。

(3)工程區(qū)內(nèi)勘察期間地下水位埋深-1.6～1.90 m，與河水聯(lián)系密切，在河床與河水處匯為一體。

(4)根據(jù)水分析的腐蝕性試驗結(jié)果，該場區(qū)地下水對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。

(5)工程區(qū)標準凍結(jié)深度為1.2 m。

(6)河道地質(zhì)巖性為耕植土、粉質(zhì)粘土層、中粗砂、圓礫，抗沖能力較弱，洪水期，局部河段易受水流沖刷，須采取措施進行防護。

2 渾河右岸王家灣橡膠壩下游段岸坡治理

設(shè)計

2.1 整治原則

2.1.1 安全性原則

整治工程在防沖滿足要求的基礎(chǔ)上，有利于控制水流流向，減輕河水對岸坡的沖刷，確保河岸安全。針對洪水沖涮嚴重，容易發(fā)生險情的工程位置，要提高工程標準，保證岸坡安全穩(wěn)定。工程段河道已建護岸應(yīng)對其完好程度及穩(wěn)定性進行校核，對不滿足防沖要求或已年久失修、局部損毀的護岸段應(yīng)進行維修加固，提高標準，使其達到設(shè)計要求，確保安全。

2.1.2 經(jīng)濟性原則

整治工程在合理經(jīng)濟范圍內(nèi)，盡量實現(xiàn)風(fēng)效益最大化、風(fēng)險最小化，在確保防洪安全的基礎(chǔ)上，應(yīng)多考慮當(dāng)?shù)貙ι鷳B(tài)、景觀等方面的要求，充分發(fā)揮投資效益最大化。護岸盡量順應(yīng)地形修筑，坡比滿足設(shè)計要求的自然坡段盡量采用現(xiàn)狀土坡作為設(shè)計邊坡，盡量減少開挖和填筑，盡量避免占地及拆遷的情況，以降低因此而增加的費用。

2.1.3 景觀性及自然性原則

整治工程布置在遵循以上原則的同時，充分利用好現(xiàn)有的地形、現(xiàn)有的生態(tài)條件，做到規(guī)劃設(shè)計與自然景觀相結(jié)合，打造出一道既美觀又實用的環(huán)境工程，更好的為城市發(fā)展建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

2.2 治理工程典型設(shè)計

2.2.1 工程設(shè)計內(nèi)容

圖2 河道橫斷面典型設(shè)計圖

2.2.2 固濱籠計算

固濱籠設(shè)計計算采用《生態(tài)格網(wǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 353:2013)中計算公式，具體如下：

1)固濱籠中填石的平均粒徑Dm應(yīng)按式(3)計算：

(1)

經(jīng)計算并綜合分析得平順護岸填石平均粒徑Dm=0.22 m。

2)固濱籠厚度按計算

t=2.0Dm

(2)

式中：t為固濱籠的最小厚度。

按照公式(2)，經(jīng)計算固濱籠最小厚度為0.44 m，結(jié)合工程實際情況和工程經(jīng)驗，平順護岸固濱籠厚度取0.5 m。

2.2.3 岸坡穩(wěn)定計算

本工程岸坡穩(wěn)定計算采用工程段YA0+236樁號對應(yīng)斷面作為典型斷面。岸坡穩(wěn)定計算考慮以下兩種工況：一是設(shè)計洪水位下穩(wěn)定滲流期的臨水側(cè)堤坡抗滑穩(wěn)定；二是施工期的臨水側(cè)堤坡。

1)岸坡土料指標

岸坡土料主要以粉質(zhì)粘土為主，本次設(shè)計采用地勘建議物理力學(xué)指標如表3。

表3 岸坡土料物理力學(xué)指標表

2)抗滑穩(wěn)定計算

本次岸坡抗滑穩(wěn)定采用北京理正軟件設(shè)計研究院的巖土工程系列軟件5.11版進行計算，計算成果詳見表4。經(jīng)計算可知，岸坡設(shè)計斷面均能滿足抗滑穩(wěn)定要求。

表4 岸坡抗滑穩(wěn)定計算成果表

2.2.4 沖刷深度計算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286-2013)計算局部沖刷深度，公式及計算過程如下：

(3)

(4)

式中：hs為局部沖刷深度(m)；H0為沖刷處的水深(m)；Ucp為近岸垂線平均流速(m/s)；n為與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān)；η為水流流速不均勻系數(shù)。

對于砂礫及卵石的起動流速，采用長江科學(xué)院的起動公式(5)計算。

(5)

式中：Uc為泥沙起動流速(m/s)；d50為床沙的中值粒徑(m)；H0為行近水流水深(m)；γs、γ為泥沙與水的容重(kN/m3)，18.0kN/m3和9.81kN/m3；為重力加速度(m/s2)。

在現(xiàn)狀河道地形條件下，發(fā)生50 a一遇洪水時，擬建工程主河槽和灘地一般沖刷深度經(jīng)計算分別為3.7 m。本次工程設(shè)計采用混凝土樁基礎(chǔ)，地下埋深7 m，大于計算沖刷深度，且埋深≥4 m，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)語

(1)渾河右岸王家灣橡膠壩下游段岸坡治理工程的建設(shè)，不但能為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展提供安全保障，而且工程建成后能使渾河沈陽城市段的防洪體系得到完善，提高防洪能力，消除安全隱患，進一步保障人民的生命財產(chǎn)安全。對沈陽市今后社會、經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

(2)工程建成后可以使王家灣橡膠壩下游段的整體形象得到極大改善，將把渾河建設(shè)成一個既有濃厚生態(tài)氣息，又有怡人景觀的河道。項目實施后可以為該地區(qū)沿線的人民提供一個旅游、休閑、消暑納涼的好去處。使久居都市的人們有機會體驗回歸大自然的感覺。該工程的興建還提高了本地區(qū)對商家投資的吸引力，大大促進了本地區(qū)工業(yè)、貿(mào)易和旅游等部門的經(jīng)濟發(fā)展。