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某河道景觀設(shè)計工程岸坡整治方案探析

2022-01-12 08:47
山西水利 2021年10期
關(guān)鍵詞:石籠清淤護岸

趙 鵬

(山西澤城西安水電有限公司,山西 太原 030002)

1 河道概況

某河道干流上游河床較陡,下游平緩,河道彎曲,且受潮水影響。多年來,河道未經(jīng)清淤治理,河道邊灘淤積,局部河段河槽內(nèi)已形成沙洲或淺灘,影響行洪。河道生態(tài)、協(xié)調(diào)性差,過去幾十年當?shù)刂蛔⒅貍鹘y(tǒng)水利、工程水利建設(shè),現(xiàn)代治水理念淡薄,基本上側(cè)重于依靠工程措施,偏重于防洪排澇,未能體系性地實施防洪、環(huán)保、生態(tài)、文化、旅游等多種功能的有機結(jié)合。隨著經(jīng)濟快速發(fā)展,水資源、生態(tài)環(huán)境、洪澇災(zāi)害等問題也日益突出。水利工程設(shè)施建設(shè)統(tǒng)籌性差、非工程措施建設(shè)滯后,人水和諧的矛盾沒有得到根本解決,且日益凸顯。迫切需要對河道進行清淤疏浚整治,建設(shè)人水和諧的生態(tài)河岸?,F(xiàn)狀河道典型斷面見圖1。

圖1 清淤疏浚典型斷面

2 清淤疏浚斷面設(shè)計

2.1 清淤斷面整治

本次設(shè)計對治理河段進行全面疏浚清淤,治理總長度6.5km,對于很急的轉(zhuǎn)彎,河槽向凸岸一側(cè)灘地擴挖,擴大河道轉(zhuǎn)彎半徑;河道上、下游要平順連接,不同斷面之間要平緩過渡并現(xiàn)狀河槽平順連接。

經(jīng)過現(xiàn)場勘查,結(jié)合實測河道地形和橫斷面,以及設(shè)計水面線推算,確定疏浚深度為0.26~0.49m,疏浚底寬16~32m,河槽疏浚斷面為復(fù)合式斷面。淤積斷面見圖2。

圖2 清淤疏浚淤積斷面

一般情況下,疏浚后的河道,應(yīng)有足夠的行洪斷面。根據(jù)現(xiàn)狀河道實測斷面,推求現(xiàn)狀水面線,以滿足防洪要求為原則,結(jié)合現(xiàn)狀測量地形,分析河道阻水的地方,初步擬定設(shè)計斷面,然后推求設(shè)計水面線。擬定的斷面既要滿足過流需要,又要滿足堤防穩(wěn)定、節(jié)省投資的要求。

2.2 工程布置原則

(1)不改變原河道走勢,維持河道天然形態(tài),保留現(xiàn)有橋梁和水陂,充分體現(xiàn)自然、生態(tài)的河道治理理念,宜彎則彎,宜灘則灘,不進行裁彎取直。

(2)堤(岸)線走向布置,原則上盡量利用已有堤防(護岸),堤(岸)線應(yīng)平順連接,不得采用折線或急彎。

(3)現(xiàn)有單薄堤防段培厚加固,不降低其防洪標準。

根據(jù)確定的工程范圍,總治理河長6.5km,其中全線清淤長6.5km,護岸長度3.429km,堤防加固1.253km。河道淤積,局部河道主河槽在縱坡上形成凸起。

3 岸坡整治設(shè)計

3.1 岸坡設(shè)計

護岸一般分為坡式護岸、墻式護岸以及斜坡+擋墻護岸,在能滿足邊坡開挖的情況下,優(yōu)先選用坡式護岸;斜坡式護岸一般包括植物措施護岸和工程措施護岸,墻式護岸均為工程措施護岸。植物措施護岸包括草皮護坡和植生毯護坡。草皮護坡抗沖流速較低,草皮護坡生態(tài)環(huán)保、費用低,在能滿足工程防護要求的情況下優(yōu)先選用。植生毯護坡生態(tài)性能好,植生毯采用椰絲纖維為基材,純天然植物原料,環(huán)保性好,植生毯鋪設(shè)邊坡后,能有效地防風(fēng)、保溫、保濕和防沖刷,起到對土壤和植物的物理保護作用,但缺點是造價較高。

斜坡工程措施護岸可采用無砂混凝土、水泥砂漿嵌鵝卵石、植草磚和雷諾護墊護坡。無砂混凝土、水泥砂漿嵌鵝卵石護坡抗沖刷能力強,但是造價較高,生態(tài)效果一般;雷諾護墊護坡生態(tài)效果好、抗沖刷能力較強,適應(yīng)變形能力強,缺點是造價較高。植草磚護坡抗沖能力較強,利于生物生長,具有凈化及生態(tài)護岸的優(yōu)勢,充分保證河岸與河流水體之間的水份交換和調(diào)節(jié)功能,具有滯洪、調(diào)節(jié)水位、生態(tài)修復(fù)、蓄洪等優(yōu)點,缺點造價較高,在水流的反復(fù)作用下容易引起失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞等。斜坡式護岸大樣見圖3。

圖3 斜坡式岸坡整治典型斷面

格賓石籠擋墻,是將抗腐蝕、耐磨損、高強度的低碳高鍍鋅鋼絲,用六角網(wǎng)捻網(wǎng)機,編織成平面網(wǎng)格狀,在施工現(xiàn)場組裝成不同尺寸規(guī)格的網(wǎng)箱或網(wǎng)墊,但鋼絲纏繞處和鋼絲籠連接處的強度很難保證,石籠的破裂通常不是由于金屬線的老化銹蝕造成的,而主要是由于石籠中的石頭在水流的作用下不斷摩擦金屬網(wǎng),從而導(dǎo)致石籠格網(wǎng)的破裂。石籠中填充石料形成柔性的、自透水的、整體性的防護結(jié)構(gòu),填充料需滿足抗風(fēng)化、不溶解、具有一定強度、粒徑大于網(wǎng)孔的要求,但在當?shù)睾茈y找到要求的填料,有一種破壞形式,石籠雖然完好無損,可里面的石頭卻沒了,這主要是由于水流流速過高,充填的塊石質(zhì)地不夠堅硬或體積較小,隨著水流的不斷沖蝕,塊石之間不斷摩擦,體積不斷減少,最終從石籠網(wǎng)孔中流出,所以填充的塊石必須達到一定的標準。另外,格賓石籠結(jié)構(gòu)中存在較多孔隙,水在孔隙中不斷滲流、沖刷,對結(jié)構(gòu)體本身及其周圍土壤的穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大的影響。

生態(tài)混凝土砌塊,其抗沖刷、透水性較強,但穩(wěn)定性相對較差,生物恢復(fù)較慢,目前市面上使用較多,產(chǎn)品質(zhì)量相對較差。

生態(tài)魚巢式砌塊擋墻,其抗沖刷、透水性強;施工速度快;空隙大利于生物棲息;穩(wěn)定性較好養(yǎng)護簡單;綠化效果較好;外形輪廓柔和,但砌塊內(nèi)填拋石需配合一定機械吊運。

對比之下,本工程岸坡整治位于支K0+000—支K0+461、K0+000—K2+706、K5+027—K5+289、K5+358—K5+511,該河段岸坡結(jié)合河道生態(tài)環(huán)境,分別建設(shè)草皮護坡式岸坡、拋石護腳+干砌石護岸、拋石壓石護腳+預(yù)制波浪樁護岸,本工程共計護岸長度3.429km。樁號支K0+000—支K0+461、K0+000—K2+706段河岸高程較低,做護岸處理同時為消除原低矮堤防安全隱患,對原有堤防進行加高加厚,該段長度為3.047km。波浪樁護岸大樣圖見圖4。

圖4 岸坡整治典型斷面

3.2 護岸沖刷深度計算

3.2.1 基本資料

根據(jù)工程實際情況選取2個斷面進行護岸沖刷深度計算。各斷面基本資料數(shù)據(jù)見表1。

誤同期仿真分析結(jié)果見圖5,當機端電壓低于電網(wǎng)電壓時,合閘電流由最初流向發(fā)電機過渡到穩(wěn)態(tài),幅值緩慢減小趨于穩(wěn)定;發(fā)電機頻率高于電網(wǎng)時,沖擊電流呈周期性波動,該種現(xiàn)象是因為發(fā)電機合閘后一定的時間內(nèi)處在異步運行中;當發(fā)電機與電網(wǎng)存在相位差時,合閘初期沖擊電流起伏較大,并且幅值呈周期性波動.同時,電壓在出現(xiàn)頻率與相位誤同期合閘時發(fā)生波動最劇烈,沖擊電流相對其他工況條件下更大.綜上可知,當發(fā)生頻率與相位誤同期合閘時的事故更為嚴重[10-11].

表1 護岸沖刷深度計算各斷面基本資料表

3.2.2 計算方法

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)河岸平順護岸的局部沖刷深度計算公式如下。

式中:hs——局部沖刷深度,m;

H0——沖刷處的水深,m;

Ucp——近岸垂線平均流速,m/s;

Uc——泥沙起動流速(m/s);

U——行近流速(m/s);

η——水流流速不均勻系數(shù);

n——與防護岸坡在平面上的形狀有關(guān),取n=1/6。

卵石的起動流速Uc,計算公式:

式中:d50——床沙的中值粒徑,m;

H0——行近水流水深,m;

γs、γ——泥沙與水的重量體積比,kN/m3。

3.2.3 計算過程及計算結(jié)果

d50為0.01m,γs取值為26.5kN/m3。所選斷面根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB50286-2013)護岸沖刷深度計算見表2。

表2 新橋水護岸沖刷深度成果表

由表2可知,本工程拋石基礎(chǔ)埋深均在設(shè)計洪水沖刷線以下,滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)語

河道清淤疏浚后,建議根據(jù)沿線河岸地形地貌特征,結(jié)合水環(huán)境及景觀設(shè)計要求,從人水和諧的理念出發(fā),對該河段進行建筑環(huán)境與景觀的設(shè)計。立足本整治河段及周邊人文自然景觀的特點,結(jié)合當?shù)匦罗r(nóng)村和美麗鄉(xiāng)村建設(shè)進行綜合設(shè)計,以滿足人民群眾對河流的安全性、生態(tài)性、美觀性、親水及休閑性的綜合需求。實現(xiàn)河流、生態(tài)與人文融為一體的綜合治理理念。部分河段應(yīng)結(jié)合河岸現(xiàn)狀特點建設(shè)生態(tài)園林、公園及休閑步道,充分利用河道水資源營造的景觀。

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