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河道综合治理工程设计探讨

[摘要]通过对旧河道的生态综合治理,在保证河道防洪的前提下,减少河道水土流失,还可以使原河道形成层次分明、错落有致景观。以某小型河道生态综合治理为例,河道设计断面形式为梯形,底宽16m,边坡高3m,设计水深2m,采用1∶3土质边坡。河道两岸防洪水位以下采用宾格石笼边坡护砌,河道冲刷深度总深度0.63m;拦河坝坝宽10m,坝高1.5m,坝体抗滑稳定安全系数均满足要求。

[关键词]河道治理;河堤设计;宾格石笼;抗滑

1工程概况

某河道全长15.1km,其中部分段河道内淤积严重,边坡为土质边坡,水土流失严重,河道不满足行洪要求。为进一步加大水土流失严重地区生态综合治理力度,保护生态环境,拟对该河道进行生态综合治理[1]。该河道生态综合治理主要包含河道清淤防渗,河道两岸防洪水位以下采用宾格石笼边坡护砌,防洪水位以上采用草皮护坡。宾格石笼边坡护砌1260m、草皮护坡5670m2、栽植绿化树木500株;新建拦水坝5座,20年一遇的河道防洪设计标准,工程抗震设防烈度为Ⅶ度。

2河堤设计

河道治理长度630m,河道断面形式为梯形断面,边坡比1∶3,河道两岸防洪水位以下采用宾格石笼边坡护砌,防洪水位以上采用草皮护坡,河道上河口种植垂柳绿化,垂柳种植株距3m,拟种植垂柳500株,垂柳胸径7cm。

2.1河道参数计算

式中:Rp为累计频率为p的波浪爬高;KΔ为斜坡的糙率及渗透性系数,砌石护面取0.8,草皮护面取0.9;Kv为经验系数,根据风速v、堤前水深d及重力加速度g来确定;Kp为爬高累积频率换算系数;m为边坡系数;H-为平均波高;L为波长。将各值代入式(1),计算结果见表1。河道设计底宽16m,边坡高3m,设计水深2m,设计边坡采用1∶3土质边坡。

2.2宾格石笼边坡护砌

格宾笼又叫格宾网,是由低碳镀锌覆塑钢丝使用机械编织而成的六角形网箱结构。网箱钢丝主要由边端和网面钢丝组成,其类型和要求见表2。所用钢丝要求重镀锌覆塑,镀锌量要大于245g/m2,覆塑的厚度也应大于0.5mm,其抗拉强度要求在350~500MPa之间,延伸率应高于10%[4];格宾石笼内填料重度应满足18~19kN/m3,填石为大于MU30的卵石或者硬质岩质块石,粒径在100~250mm较为合适。为确保回填的砂砾不会流失,应在其格宾挡墙后设置无纺土工布,克重250~300g/m2,施工折边大于0.3m[5]。见图1。组装格宾的原则:形状应规则,绞合相对牢固,所有竖直面板上边缘要在同一水平面上,且确保面板上端水平边缘与盖板边缘能够绞合。石料填充务必均匀地向同一层各箱格内放入填充料,单格网箱不能一次性投满。填料施工时,应将每层的投料厚度控制在33cm上下,正常情况下1m高网箱应分3到4层投料。可根据土壤和气候以及景观的要求,选择植被灌木或草种,网箱封盖后,应将壤土在空隙处填满,顶部填满高约5cm壤土[6]。

3边坡稳定与河道冲刷分析

边坡稳定分析包括施工完建期迎水面边坡稳定、稳定渗流期形成稳定渗流时的迎水面边坡稳定、水位降落期迎水面边坡稳定。采用《北京理正边坡稳定分析软件5.11版》瑞典圆弧法计算,对边坡稳定进行分析。根据《水工建筑抗震设计规范》(SL203-1997),工程抗震设防类别为丙级,稳定分析时地震烈度为7度,地震动峰值加速度为0.10g。边坡抗滑稳定计算选用两种典型断面进行边坡稳定分析,需要的堤体土料物理力学指标按地质报告提供数据[5]。

3.1抗滑稳定计算

采用理正边坡稳定分析软件,对边坡的抗滑稳定性进行计算。在计算过程中,根据不同的条件,可分别采用有效应力法或总应力法:总应力法应用于施工期是上游死水位工况;有效应力法和总应力法同时用于水位降落期;有效应力法均用于稳定渗流期。由表3稳定计算成果可知,河道边坡满足稳定要求[5]。

3.2河道冲刷深度

冲刷深度:(4)式中:n为与防护岸坡在平面上的形状有关系数,n=14;vH为河道允许的不冲流速;vp为河道平均流速;hp为冲刷后水深。其中:hp=ph(5)式中:h为冲刷前水深;p为系数。

4拦河坝设计

为拦截泥沙,增加河道景观,形成景观水面,在该河道新建拦水坝5座。拦河坝坝体采用M10浆砌石驼峰堰,坝高1.5m,坝体采用1∶3水泥砂浆砌筑毛石基础,坝体基础采用厚100mm的C15混凝土垫层。

4.1拦河坝宽

根据《溢洪道设计规范》(SL253-2000)和《水力计算手册》,拦河坝宽[6]:(6)式中:Q为流量,m3/s,Q=135m3/s;H0为计入总流速水头的堰上水头,H0=2.6m;ε为闸墩侧收缩系数,ε=1;m为流量系数。P1/H0>0.34,m=0.452(P1/H0)-0.032经计算,拦河坝宽B=10m。

4.2坝体稳定分析

采用《浆砌石坝设计规范》(SL25-1991)中所提供计算公式:新砌M10浆砌石,f1取0.6,C1取50×104Pa。应用《水利水电工程PC—1500程序集》计算:在正常情况下:K=1.81>[1.15];在非常情况下:K=1.55>[1.00],表明坝体抗滑稳定安全系数均满足规范要求。5结论1)河道设计底宽16m,边坡高3m,设计水深2m,断面形式为梯形,采用1∶3土质边坡。河道两岸防洪水位以下采用宾格石笼边坡护砌,防洪水位以上采用草皮护坡,河道上河口种植垂柳绿化,垂柳种植株距3m,拟种植垂柳500株,垂柳胸径7cm。2)施工完工期、水位降落期、稳定渗流期的计算边坡滑动安全系数均满足河道边坡的稳定性要求,河道冲刷深度总深度0.63m3)河坝坝高1.5m,坝宽10m,坝体采用1∶3水泥砂浆砌筑毛石基础,坝体基础采用厚100mm的C15混凝土垫层。在正常情况与非常情况下,坝体抗滑稳定安全系数均满足要求。

[参考文献]

[1]廖平安.北京市中小河流治理技术探讨[J].中国水土保持,2014(1):11-13.

[2]孙飞云,林鲁生,董紫君,等.龙岗河干流综合治理工程生态修复设计与应用[J].水利水电技术,2012,43(8):103-106.

[3]赖永辉.龙潭河陂下段河道生态整治水力计算[J].水利水运工程学报,2011(1):92-96.

[4]刘向荣,彭艺艺,余润生,等.柳州竹鹅溪河道综合整治工程设计[J].中国给水排水,2010,26(4):38-41.

[5]王增亮.龙口市小流域生态综合治理研究[J].中国水利,2008(13):35-36.

[6]李朝方,赖炳秀.浅谈观澜河青湖段生态治理工程设计[J].中国农村水利水电,2007(6):112-114.

 

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