武宁水古桥段防洪工程护岸设计

黄 涛

(江西省铜鼓县大塅水库服务中心，江西 宜春 336200)

1 工程概况

铜鼓县武宁水古桥段防洪工程位于铜鼓县大塅镇境内武宁水干流和武宁水一级支流古桥水上。治理河段长度约为11.9 km。

本工程项目涉及范围为交山村、古桥村、隘口村等，工程区耕地面积1133.3 hm2，人口0.93万人。

2 河道岸坡险情现状

根据现场查勘，古桥水河道两岸杂草丛生，观感较差，且占用河道行洪断面，阻碍行洪。本次古桥水拟治理河段为山区性河流，河宽较窄，山区河流汛期河水流速较大，岸坡土体抗冲性较差，汛期河水对岸坡冲刷破坏作用较强。在山洪作用下岸坡易发生坍塌，由于缺少资金维护，河岸坍塌有逐年加剧趋势，已威胁两岸村民的安全。

武宁水部分迎流顶冲段，岸坡坍塌严重，有逐年加大趋势，造成较大水土流失，且影响两岸农田耕种。

3 护岸设计

3.1 护岸范围选择

对于迎流顶冲、急流傍岸等原因形成的陡岸、塌岸段，需采取防护措施。按照不影响上下游、左右岸地区和有利于行洪原则，结合其他工程处理经验，主要采取平顺护岸固脚型式进行处理，以稳定岸坡[1-3]。

根据实测资料，结合地形地质、河势、水流条件，以及新农村建设等，参照类似工程经验，本次设计对古桥水交山村至隘口村曾家坝段部分岸坡进行衬砌支护。

3.2 护岸型式选择

目前，河流护岸设计中按所用主要材料的不同，可分为刚性护岸、柔性护岸和刚柔结合型护岸。刚性护岸一般为传统的刚性材料组成，如水下抛石固脚、水上护坡，防洪墙结构，沉排固脚、模袋混凝土方案等。

刚性护岸可以抵抗较强的流水冲刷，能在短期内发挥作用，且相对占地面积小。

柔性护岸适于用地充足、岸坡较缓、侵蚀不严重的河流，是最接近自然状态下的河岸，生态效益最好。其中，植物选择是关键性的问题，其次是河岸地形，可顺应原地形，也可做适当的改造。

刚柔结合型护岸综合了以上两种方法的优点，具有人工结构的稳定性和自然的外貌，见效快，生态效益好。

因河道坡降较陡，水流流速较大，本次护岸下部主要采用刚性护岸，刚性护岸目前主要有两种型式，一种是混凝土护岸，另一种是浆砌石护岸， 二者断面型式接近，经计算C15 混凝土挡墙单价约700 元/m3，而浆砌石挡墙单价约为500元/m3，为减少工程投资，充分利用当地材料，维持乡村河道的乡土气息，增加农民就业机会，本次护岸下部推荐采用浆砌石护岸。

根据现状地形情况，为保持自然原貌、与现状周围环境相协调，尽量减少占地范围，本次设计岸坡加固主要采用M7.5 浆砌石仰斜式挡墙+雷诺护垫护坡、石笼固脚+雷诺护垫护坡、抛石护岸三种加固方式。

格宾石笼护脚，一层石笼采用0.8 m×0.8 m埋于河床之下，二层石笼采用0.6 m×0.6 m 叠在一层石笼之上顶住雷诺护垫护坡；雷诺护垫护坡根据现状坡比采用1∶2.0。格宾网由特殊防腐处理的低碳钢丝经机器编织而成的六边形双绞合钢丝网制作，网格内填筑本地山石或较大粒径的河卵石，保证护岸与当地环境相融合。常水位以上挡墙台阶表面采用客土喷播植草护绿，常水位以下挡墙内石头间空隙可为动植物提供生长发育的场所。 护岸设计情况见表1～表3。

表1 M7.5 浆砌石仰斜式挡墙+雷诺护垫护坡设计

表2 石笼固脚+雷诺护垫护坡设计

表3 抛石护岸设计

3.3 护岸顶高程确定

根据河道现状，本次古桥水段主要采用M7.5 浆砌石仰斜式挡墙+雷诺护垫进行护岸，因现状河岸高矮不一，且多数河岸岸顶位于设计洪水位之下，为保证河岸稳定，方便施工，结合河道两岸现状情况，护岸顶高程根据以下考虑选取。

(1)古桥水段。本次古桥水1+000以上段河道较窄，且多数河岸较陡的部分为河床以上1.0 m 左右高度范围，因此，本次古桥水0+000～1+000 以上范围段的护岸主要采用浆砌石护岸，为方便施工，护岸高度统一取1.2 m；古桥水1+000～4+250范围段，区间有较多小支流汇入，现状河岸高度一般为3.0～4.0 m，两岸农田、房屋较多，现状河岸较陡，为保护河岸稳定，在河道断面形态规划设计上，结合城镇发展规划布局，注重河流防洪排水的功能要求，又要体现城镇生活和环境的要求，尽可能采用复式断面生态护坡。本次设计为避免直立刚性护岸一坡到顶情况，在该范围段底部岸脚采用1.2 m高仰斜式浆砌石挡墙进行护岸，上部采用生态型雷诺护垫进行护坡护至岸顶；4+250～5+240段右岸应当地村民要求，新建巡查通道，新建巡查通道主要采用开挖的砂卵石料进行填筑，巡查通道顶高程为设计洪水位以上0.8 m，为保护新建的巡查通道岸坡，其岸脚采用两层格宾石笼进行护脚，上部采用雷诺护垫护至路顶；古桥水5+410处现设置有一陂坝，陂坝下游5+410～5+810桩号段河岸岸脚冲刷较严重，冲刷高度一般为1.0 m左右，为保护河岸，对该部分河岸岸脚采用仰斜式浆砌石挡墙进行护岸，河岸上部维持现状，为方便施工，护岸高度统一取1.2 m。

(2)武宁水段。武宁水段主要为部分河岸岸坡淘刷严重，对淘刷严重的局部岸坡进行护岸处理，因该范围段主要位于水库库尾，水位一般较深，护岸主要采用抛石护岸，护岸高程为常水位以上1.5 m。

3.4 岸坡冲刷深度计算

冲刷深度按式(1)、式(2)计算：

hB=hP×{(Vcp/V允)n-1}

(1)

Vcp=Q/W

(2)

式中：hB为从水面起算局部冲刷深度，m；hp为以近似设计水位最大深度代替冲刷处的水深，m；Vcp为平均流速,m/s；V允为河床面上允许不冲流速，取V允=1.0 m/s；n与防护岸坡在平面上的形状有关，取1/4；Q为流量，m3/s；W为断面面积，m2。

经计算从河床算起的冲刷深度一般为0.71 m，本次设计基础埋深为0.80 m。

3.5 仰斜式挡墙计算

(1) 挡墙断面。 仰斜式挡墙采用M7.5浆砌石结构，墙顶宽为0.5 m，迎水侧坡度为1∶0.7，背水侧为1∶0.5的反坡，设计墙高1.2 m。

(2) 稳定应力计算。 挡墙的稳定计算分完建期和墙前水位骤降两种工况。计算荷载主要有墙前墙后的水压力、浪压力、土压力、土重以及挡墙自重等。

抗滑稳定验算、抗倾稳定验算、墙底应力验算、基底应力不均匀系数计算如式(3)～式(6)：

Kc=f∑G/∑H

(3)

K0= ∑M1/∑M2

(4)

P(max，min)=∑G/A±∑M/W

(5)

η=Pmax/Pmin

(6)

式中：Kc为计算抗滑稳定安全系数；f为底面与地基卵砾石之间摩擦系数，取0.30；∑G为垂直荷载之和，kN；∑H为水平荷载之和，kN；K0为抗倾稳定安全系数；∑M1为抗倾力矩，kN·m；∑M2为倾覆力矩，kN·m；∑G为全部竖向荷载，kN；A为墙底基底面面积，m2；∑M为全部竖向水平向荷载对于基础底面垂直水流方向的形心轴的力矩，kN·m；W为墙底基底面对该底面垂直水流方向的形心轴的截面距，m3；η为基底应力不均匀系数；Pmax为基底应力最大值，kPa；Pmin为基底应力最小值，kPa。

经计算，不同工况下，挡墙稳定应力计算均满足要求，计算结果详见表4。

表4 挡墙稳定应力计算成果

4 结 语

铜鼓县武宁水古桥段防洪工程对武宁水及其一级支流古桥水护岸采用浆砌石仰斜式挡墙+雷诺护垫护坡、石笼固脚+雷诺护垫护坡、抛石护岸三种护岸型式进行岸坡整治，所选用的护岸型式兼具防洪、固土护坡以及生态景观功能，工程完建后，能安全度汛，可减少交通和通信设施以及沿河城市被冲毁所造成的经济损失，使居民安居乐业，对社会稳定，构建和谐社会将起到重要作用。工程防洪效益、社会效益及生态环境效益显著。