李 颖

(辽宁省铁岭县新台子镇水利工作站，辽宁 铁岭 112611)

1 庄河河道现状

庄河发源于庄河市蓉花山镇猴石岭，流经庄河市蓉花山、光明山、太平岭、徐岭、兴达街道，于城关街道龙王庙村南端注入黄海。流域面积618 km2，河长56.5 km，河道平均比降2.83‰。庄河分东西两大支流，西支发源于桂云花乡桂云花山南麓，流经桂云花、长岭，在太平岭乡注入庄河干流，流域面积267 km2，河流长31 km，河道平均比降2.89‰。庄河市境内河流属黄海水系，河网比较发育，除碧流河为庄河市与普兰店市界河外，有九条主要河流独立注入黄海。庄河市境内有50 km2以上的河流21条，大多河流坡降大、河床窄，流速大，河流洪、枯水位变差大，汛期洪水暴涨暴落，洪峰持续时间短。多支河道存在防洪标准低，洪涝灾害严重，缺乏全河道的防洪、生态、水质保护和全流域的水土保持规划。

2 拟维修养护河段问题分析

本次以庄河一段10 526 m的长河道研究对象，该段河道存在淤积较重，杂草从生，河道面貌不堪，行洪断面狭窄；现有部分段堤坝由于没有防护措施，受水流冲刷，已经形成陡坎、片坡[1]，已严重威胁到堤防安全，一旦遭遇大洪水，现状河道将形成很大的洪水灾害，沿岸大量民房、果树、粮田将会收到洪水冲击，给当地人民生活、生产带来灾害性的威胁，造成巨大的经济损失，为了保障两岸民房、耕地、人民群众生命财产安全，必须对河道进行清淤，对堤防进行防护，对坝炕进行修复及绿化，提高河道防洪能力，减少洪水灾害，为人民生活生产提供安全保障是当务之急[2]。

3 河段维修养护工程设计分析

3.1 堤防工程

根据《堤防工程设计规范》相关规定，堤顶设计高程按设计洪水位加堤顶超高确定，堤顶超高为安全超高加风浪爬高加风壅水面高[3]。堤顶超高由下式计算：

Y=R+e+A

(1)

式中：R为堤顶超高(m)；e为设计波浪爬高(m)；A为设计风壅增水高度，(m)(忽略不计)；为安全加高，不允许越浪取0.5m。

其中的风浪要素按下列公式计算确定：

(2)

(3)

按平均波周期计算波长L由下式确定：

安全加高根据堤防工程级别由规范查取[4]，安全加高A值按《堤防工程设计规范》，本设计堤防等级为5级，在不允许越浪的情况下，取A=0.5 m。波浪爬高计算如下：

(4)

在风的直接作用下，根据规范，正向波在单一斜坡上的波浪爬高按下列公式计算[5]：

当m=1.5～5.0时，按下式计算，

(5)

式中：RP为波浪爬高(m)；KΔ为斜坡的糙率及渗透性系数，枫杨与干砌块石护面K△=0.8。KV为经验系数；KP为爬高换算系数；m为斜坡坡率(m=1.5～5.0时)，m=ctgα，α为斜坡坡角(度)；为堤前波浪的平均波高(m)；L为堤前波浪的波长(m)。

河道堤顶高程设计成果见表1。

表1 各河道堤顶高程设计成果表 m

3.2 块石粒径选择及护砌厚度确定

3.2.1 护坡厚度计算

由于设计采用干砌石护坡，根据《堤防设计规范》计算干砌石护坡厚度如下：

(6)

m=cotα

式中：t为斜坡干砌块石护坡厚度(m)；K1为系数，干砌石取0.266；γb为块石的容重(kN/m3)，26.5kN/m3；为水的容重(kN/m3)，10kN/m3；H为计算波高(m)，当d/L≥0.125，取H4%，当d/L<0.125，取H13%，d为堤前或岸坡前水深(m)；L为波长(m)；m为斜坡坡率；

3.2.2 块石粒径计算

根据《堤防工程设计规范》，可按下式计算：

(7)

式中：d为折算直径，m，按球型折算；V为水流流速；g为重力加速度；C为石块运动的稳定系数；倾斜坡底取C=0.9；γs为石块的重率，可取γs=2.65 g/cm3；γ为水的重率，γ=1.0 g/cm3。

经计算，块石粒径d计算值为0.19～0.27 m，考虑当地块石粒径及护坡安全，本设计取护坡的厚度为0.30 m。

3.3 冲刷深度计算

1)河道冲刷计算采用《堤防工程设计规范》中公式计算水流平行于岸坡产生的冲刷深度：

(8)

(9)

(10)

式中：hs为局部冲刷深度(m)；H0为冲刷处的水深(m),以近似设计水位最大深度代替，Ucp为近岸垂线平均流速(m/s)；Uc为泥沙起动流速(m/s)；U为行进流速(m/s)；n为岸坡形状系数，n=1/4～1/6，取1/6；η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查得1.0；γs、γ为砾砂与水的容重(17 kN/m3)，取10 kN/m3；d50为床沙的中值粒径(m)。

2)河道冲刷计算采用《堤防工程设计规范》(GB50286-98)附录D.2中公式计算水流平行于岸坡产生的冲刷深度：

(11)

(12)

式中：hB为局部冲刷深度，m。hp为冲刷处水深，m，以近似设计水位最大深度代替。Vcp为近岸垂线平均流速，m/s； V为行进流速(m/s)；V允为允许不冲流速，m/s；n为系数，n=0.25。η为水流流速不均匀系数，根据水流流向与岸坡交角α查得η=1.0。

3)设计最大冲刷深度取值

以上分别采用《堤防工程设计规范》对冲刷深度进行计算，计算冲刷深度分别为0.7～1.13 m。经与庄河市河道管理处、各乡镇水利站、当地沿线村屯百姓沟通了解，本次治理段河道历年平均冲刷深度均未超过1.2 m。结合以上情况综合分析，本次设计冲刷深度取1.0 m、1.2 m，护脚绿格网箱地面以下埋深为1.0 m、1.2 m。

3.4 挡墙稳定计算

抗滑稳定计算：

以李洞河挡用北京理正水工挡土墙稳定计算得出：通过计算可知，抗滑稳定系数1.399大于1.20，满足规范规定要求，故横道河河道护岸浆砌石挡墙满足稳定安全要求[6]。

3.5 无纺布规格

无纺布作为干砌块石护坡的反滤层对护坡的稳定性和耐久性非常重要，必须选择质量较好的无纺布为护坡反滤层，根据工程经验，300 g/m2无纺布利用到本工程中较为合适，建议无纺布各项质量指标如表2所示。

表2 聚酯长丝纺粘针刺无纺布技术指标

3.6 护脚绿格网箱

3.6.1 绿格网箱材料

绿格网箱采用专业生产厂家的成品网箱，现场组合而成。矽胶涂塑钢丝为镀锌钢丝经深度防腐加工而成，在镀锌钢丝和涂塑层间用矽胶层紧密粘合，将金属与空气、水隔绝，从而防止其氧化生锈。

3.6.2 网箱规格

干砌石护脚网箱 长×宽×高=4 m×1 m×1.2 m(4 m×0.8 m×1.0 m)，护岸绿格网箱长×宽×高=4 m×(1～2.2)m×(0.7～1.0)m

3.6.3 网孔与网丝规格

网孔100×120 mm，网丝Φ2.5 mm矽胶涂塑后Φ3.5 mm，边丝Φ3.2 mm矽胶涂塑后Φ4.2 mm。

3.6.4 矽胶涂塑钢丝力学性能

拉强度>400Mpa；断裂延伸率>10%。

3.6.5 矽胶涂塑钢丝外覆聚酯膜力学性能

抗拉强度>215 mpa，断裂延伸率>180%。

3.7 桥涵维修工程

3.7.1 工程等别和标准

本工程为村级道路跨河建筑物，桥涵设计标准为：(1)设计荷载：公路Ⅱ级。(2)车桥设计洪水频率：十年一遇。(3)涵洞设计洪水频率：十年一遇。

3.7.2 结构设计

桥涵工程结构采用交通部《小桥涵标准图集》，结构验算从略。

3.7.3 主要材料

(1)砼标号：行车道板、防撞墙采用C30砼，墩、台帽均采用C25砼。

(2)浆砌石：墙体、护坡、护底采用M10水泥砂浆砌筑。

(3)钢筋：直径Φ≥10 mm者采用HRB335钢筋，直径Φ≤10 mm者采用HRB235钢筋。其技术符合GB13013、GB1499的规定。

3.7.4 桥涵过流能力验算

1)设计洪水

本工程新建桥涵7座，相应流域洪水主要由暴雨形成，本次设计采用交通部公路科学研究所提出的汇水面积小于10 km2的设计洪水计算经验公式：

Q=KFn(m3/s)，

式中：K为径流模数；n为地区指数；n=1(F<1.0 km2)，n=0.85(1.0≤F<10.0 km2)； F为汇水面积(km2)。

2)桥涵过流能力验算

按宽顶堰自由溢流公式计算：

式中： b为每孔净宽；H0为包括行近流速水头的堰前水头；v0为行近流速；m为自由溢流的流量系数；n为闸孔孔数；σc为侧收缩系数。

经计算桥涵过流能力均大于相应设计标准下洪峰流量，故满足过流要求。

4 结语

河道治理是一个系统工程，不仅关系到区域防洪安全，还涉及到生态环境保护和水资源可持续利用，在确保防洪安全的基础上，充分发挥河道治理的综合效益，为经济社会的可持续发展提供保障。本次维修养护段与农村的生产、生活环境，城镇、农村饮水环境建设息息相关，加强河道维修养护工程建设，对改善农村的生产、生活，保障城镇、农村饮水安全起到巨大的促进作用，加快了社会主义新农村建设进程。