大旱河河道治理工程设计探讨_张艳.pdf

2023.No.4收稿日期：20221020作者简介：张艳（1971），女，高级工程师，主要从事农村饮水安全工作。摘要：大旱河流域大石桥市河道治理工程与生态景观建设相结合，在主河道上修建橡胶坝等挡水建筑物，在河道内形成水域景观。对橡胶坝工程设计、重力式浆砌石挡土墙设计、滚水坝设计等进行了分析，对城市河道防洪及生态景观建设具有十分重要的参考价值。关键词：橡胶坝；重力式浆砌石挡土墙；滚水坝；设计；大旱河中图分类号：TV222；TV86文献标识码：A文章编号：1004-7328（2023）04-0045-03DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2023.04.012大旱河河道治理工程设计探讨张艳（铁岭县现代农业发展服务中心，辽宁铁岭112608）1概况大旱河是辽宁省大石桥市西部的一条较大河流，在大石桥境内的流域面积为187.26 km2，河长为25.09 km，其支流主要有淤泥河、永安河、二道河。结合大旱河流域大石桥市河道综合治理工程等级，大旱河流域大石桥市河道治理工程基本按原堤防线进行规划布置，治理的原则是首先保证防洪安全，其次是城市段河道生态景观建设。2橡胶坝工程设计橡胶坝具有结构简单、施工方便、造价低、节省三材、抗震性能好且操作灵活、汛期可快速放空坝袋、不影响河道行洪等特点，适用于低水头大跨度的拦河工程。2.1坝型选择本工程将橡胶坝修建在主河道上，在原河道内形成水域1。在汛期不影响河道行洪能力的前提下遵循运用管理方便、经济实用的建设原则。根据以上要求，选用充水式橡胶坝。充水式橡胶坝不仅在坝顶溢流时坝袋比较稳定、过水均匀、对下游冲刷小，而且橡胶坝气密性要求低，可以降低施工难度，提高运行的可靠性。2.2工程布置根据现场勘查并结合工程现场实际情况，橡胶坝坝址选在水流流态平顺、岸坡相对稳定、坝址地质条件较好、易于管理且对防洪没有影响的位置。橡胶坝坝高1.8 m，水面超高0.5 m。坝底板为厚1.0 m的钢筋混凝土板，上游设钢筋混凝土铺盖、抛石防冲槽，下游设钢筋混凝土消力池、双绞格宾网石笼海漫、抛石防冲槽。橡胶坝两岸设置直立式混凝土边墙。2.3坝基设计橡胶坝基础由上游抛石、上游铺盖、底板、消力池、海漫及下游抛石抗冲槽组成2-5。上游抛石采用厚0.8 m干砌石；上游铺盖由防渗齿墙和铺盖底板构成，为钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C25，连接上游抛石侧的防渗齿墙深1.1 m、宽0.5 m，连接底板侧的防渗齿墙深0.5 m、宽0.5 m，上游铺盖底板厚0.5 m，顺水流方向长5 m，底板下基础为厚0.1 m的素混凝土垫层；底板厚0.8 m，顺水流方向长7.5 m，两端均设齿墙，墙深1.0 m、厚0.5 m，用止水带分别与铺盖、溢流消能段和边墙相连接，坐落在深34 m的回填砂基土上；消力池由溢流段和消力池段组成，下游溢流消能段以1 4陡坡至消力池底，池深0.8 m，底板厚0.5 m，齿墙厚0.5 m，为降低压力，在消力池段设置减压排水孔，其排距、行距均为2.0 m，呈梅花形排列，排水孔直径50 mm，排水孔下面设置反滤层，反滤层由厚20 cm砂砾垫层组成；海漫板厚0.6 m。2.4坝前防渗工程设计橡胶坝上游采用500 g/m2复合土工膜（两布一膜）进行防渗处理，膜上回填砂砾料厚80 cm，砂砾料相对密度不小于0.60。防渗膜与橡胶坝上游铺盖混凝土连接，采用木条和橡皮胶条压复合土工膜，以钢钉固定。两侧垂直浆砌石挡土墙部分的复合土工膜顺挡土墙壁垂直铺至河底表面，亦采用木条和橡皮胶条压复合土工膜，以钢钉固定。2.5充排水系统设计地下为泵房，安装机组为充水泵、排水泵各 1台；地上为控制室、配电室和办公室，设检修间及值海河水利452023年4月班室，为砖混结构。充排水系统管道采用无缝钢管并共用1套管路，出水口设置水帽。为防止坝袋内压力超过设计值，在坝袋边墩内设溢流钢管。为给橡胶坝袋充水，附近打井1眼。3重力式浆砌石挡土墙设计河道护岸采用重力式浆砌石挡土墙。根据地勘及测量成果，结合地形实际情况，重力式浆砌石挡土墙断面最大时筑挡土墙处处于不利位置，选择该处作为典型断面进行设计。3.1计算工况挡土墙为浆砌石结构，基础垫层为10 cm厚的C10混凝土和20 cm厚的砂砾料，墙后0.5 m范围内回填砂砾料防止冻胀，填土容重为17 kN/m3、实际摩擦角为24，墙背摩擦角为18。地基持力层为砂砾层，其承载力标准值为120 kPa，容许应力大小比为2.5，基底摩擦系数为0.40。抗滑稳定性安全系数为KcKc=1.25。3.2尺寸设计根据工程实际情况，挡土墙尺寸设计如下：高6.3 m，基础深1.2 m，顶宽0.5 m，背水侧放坡，坡比为1 0.5。3.3计算结果选取最不利断面，采用新浪潮水工设计软件，墙后土压力按库仑理论公式进行计算，基于正常运用有水的条件，计算结果如下：抗滑稳定性安全系数为KC=1.487/1.42/1.351.25，抗倾覆系数为 K0=2.592/1.89/1.841.50。以上计算结果均满足相关规范要求，故挡土墙稳定。挡土墙采用强度不低于MU30，粒径大于250 mm的块石，M10水泥砂浆砌筑。河道内侧浆砌石墙采用条石砌筑，砌筑长度为从墙顶向水面方向至墙底，条石厚度0.3 m。纵向每隔15 m设2 cm厚油浸沥青松木板分缝。4滚水坝设计4.1坝型选择本工程将拦河滚水坝修建在主河道上，并在原河道内形成水域。遵循运用管理方便、经济实用的原则，选用浆砌石重力式滚水坝，坝高 1.0 m，顶宽0.5 m，坝后坡面坡比为1 0.5。4.2工程布置根据现场勘查，滚水坝前水深1 m，水面壅高保证上游最浅水深为0.5 m，坝间距根据各段河道比降而定。4.3消力池水力计算建在河道上的滚水坝采用水跃消能，过坝水流为淹没流出，对河道基本无冲刷现象。根据上、下游水位差确定消力池的深度6，消力池长度根据水跃长度确定。消力池长度计算公式为：Lsj=Ls+Lj（1）Lj=6.9(hc-hc)（2）消力池深度计算公式为：d=hc-hs-Z（3）收缩水深计算公式为：h3c-T0h2c+q2/2g2=0（4）跃后水深计算公式为：hc=hc2()1+8q2ghc3-1（5）出池落差计算公式为：Z=q22g1(hs)2-1(hc)2（6）式中：Ls为消力池斜坡段水平投影（m）；为校正系数，取0.70.8；Lj为水跃长度（m）；为水跃淹没系数，取 1.051.10；hc为跃后水深（m）；hc为收缩水深（m）；hs为出池河床水深（m）；为水流动能校正系数，取1.01.05；q为单宽流量m2/（sm）；T0为消力池底板总势能（m）；为流速系数，取 0.95；为消力池出口流速系数；Z为消力池尾部出口水面跌落差（m）；g为重力加速度（m/s2）。经计算，滚水坝消力池长4.70 m，消力坎高0.4 m。消力池底板厚度计算公式为：t=K1()qH（7）式中：q为单宽流量m2/（sm）；H为上下游水位差（m）；K1为经验系数，取0.1750.20。经计算，t=0.42 m。根据经验，消力池底板厚度取0.5 m，则消力池以1 4的陡坡至消力池底，后接水平段。消力池陡坡段下方设置排水孔，孔径5 cm，孔距2.0 m，呈梅花形排列。4.4海漫设计过坝水流经消力池水跃消能后，为了避免剩余的水流能量回淘消力池底板和冲刷下游河床，在消力池以下应设置海漫工程。根据经验，海漫采用干砌石铁丝石笼，厚度为0.5 m，总长为6 m。4.5回水区防渗设计滚水坝回水区采用500 g/m2复合土工膜（两布一膜）进行防渗处理，膜上压回填土或砂砾料厚5070 cm，黏性土压实度不小于0.9，非黏性土相对密度不小于0.6。复合土工膜性能指标，详见表1。张艳：大旱河河道治理工程设计探讨462023.No.45特殊河段防护淤泥河跨河桥梁共有12座，永安河跨河桥梁共有12座，二道河跨河桥梁共有16座。本河道治理工程需对以上跨河桥梁段河底进行桥基防护处理。河底桥基防护采用厚50 cm双绞格宾网石笼，下设厚20 cm 砂砾石垫层，防护长度为桥上下游各 30 m。橡胶坝中心线至下游100 m内堤防护坡采用内空混凝土砌块植草或联锁混凝土砖护坡措施，滚水坝上下游各50 m段堤防护坡采用内空混凝土砌块植草或联锁混凝土砖护坡措施。双绞格宾网规格为：网材GPZ838-55，网孔80 mm115 mm，网丝2.7 涂塑后3.8，边丝3.4涂塑后4.5，网片拉伸强度38 kN/m2，钢丝拉伸强度400MPa（符合GBT2973-1991标准规定）7。钢丝与PE聚酯膜必须紧密结合，用力扭转不得位移松动。PE聚酯膜符合GBT1040-1992标准规定8，具体指标详见表2。6结语大旱河流域大石桥市河道治理工程设计理念是在保证防洪安全的前提下兼顾河流生态景观建设。此工程的实施，不仅可以完善水利基础设施，提升大石桥市抗洪能力，保障人民群众生命财产安全，而且还进一步改善优化大石桥市的生态环境，为大石桥市旅游事业的发展提供水利保障。参考文献1 刘红文.代县滹沱河河道治理工程土方填筑施工技术探讨J.黑龙江水利科技，2021（12）：158-160.2 邓新超.麻磡河流域综合治理工程对下游河道防洪影响分析J.水利技术监督，2021（12）：212-215.3 谢生亮.白沙河河道治理的必要性和工程布置J.河南水利与南水北调，2021（11）：63-64，67.4 张海波.生态护岸在大四家子河治理工程的应用研究J.黑龙江水利科技，2021（10）：137-140.5 刘兴强.秦安县葫芦河郑川段河道治理方案设计J.陕西水利，2021（8）：83-85.6 李世龙，张建兴.晋城市柿庄河河道治理工程设计J.山西水利，2021（5）：33-34，47.7 刘文娟.上海崇明地区河道生态治理工程建设探讨J.水利技术监督，2021（4）：85-88.8 李俊青.清漳西源左权段河道综合整治工程建设J.山西水利科技，2021（1）：68-70.表1复合土工膜性能指标参数单位面积重量/（gm-2）膜材厚度（2 kPa下）/mm抗拉强度（5 cm）/kN抗拉伸长率/梯形撕裂/kNCBR顶破强度/kN垂直渗透系数/（cms-1）抗渗强度纵向横向纵向横向纵向横向指标值5000.250.350.250.2560600.150.151.1010111.05 MPa水压下48 h不渗水表2PE聚酯膜设计指标参数老化后拉伸强度/MPa老化后伸长率/%老化后拉伸强度变化率/%老化后伸长变化率/%指标值151601025为我、我为人人的爱护水环境的良好氛围。5结语根据目前城市河湖水环境状况，通惠河水环境问题将长期并持续存在。近年通过不断探索与分析，针对不同水环境问题总结出多手段、多渠道的应对措施。相关部门按不同时间节点，在产生问题之前或问题出现之初进行预判或及时地干预、处理，以避免或降低水环境问题的出现10。参考文献1 郑国军.城市水环境治理问题及对策探讨J.清洗世界，2022（1）：91-93.2 马艳华.再论城市水环境的治理探析J.清洗世界，2021（6）：85-86.3 孙威，孙源.浅析城市水环境修复技术J.低碳世界，2020（1）：9-11.4 朱文辉.城市水环境治理及污染防治措施J.工程技术研究，2020（16）：252-253.5 杨臻.城市水环境的修复与综合治理措施研究J.环境与发展，2019（3）：37.6 仇成旺.再论城市水环境的治理运用J.中国标准化，2019（16）：118-119.7 陈美杉.城市水环境的修复与综合治理分析J.中国资源综合利用，2019（10）：111-113.8 何洁.上海市奉贤区城市水环境治理的相关问题与建议J.环境与发展，2019（8）：243-244.9 王静，胡雪，邵霞.3AMBR工艺在污水资源化和城市水环境治理中的应用J.化工设计通讯，2016（10）：63.10 段丙政，汪萌，王龙涛.城市水环境治理相关理论研究及实践特点分析J.工程技术研究，2017（4）：250.（上接第27页）海河水利47