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U型闆樁在天然河道抗沖中的應用

發布時間:2019-03-28  浏覽量:2186

天然河道由于自然屬性有深潭淺灘,有沖有淤,尤其是感潮河段,更為明顯,如何在堤防設計中解決堤腳沖刷問題,成為設計成敗的關鍵,本文采用u型闆樁很好地解決了這個問題。

1、河段基本情況

奉化江屬高沖刷河道,據志書記載:此段江曲岸回,潮勢沖激特甚,而内河有河漕插入,無塘則江河通鹹,害及田禾,其塘為堵擋鹹潮内灌而設,關系重大。本工程範圍内共有8個河道轉彎段,其中包括史書記載屢築屢圮(注:,塌壞,倒塌)的狗頸塘,近年來常有險情出現的聯豐村段、黃隘村段、翻石渡、14#砂廠碼頭及電鍍城段。根據最新測量地形圖,現狀河道凹岸沖刷深度約為14m左右,部分轉彎半徑相對較小的河段,沖坑深度達18m以上,沖刷現象較為嚴重。奉化江上遊主支流洪水全面歸槽後,奉化江幹流沖刷現象将進一步加劇,為保障工程的安全運行,需根據規劃條件下奉化江幹流水流特點,合理确定沖刷段。然而由于奉化江尚未建立沖刷模型進行分析計算,因此本階段工程沖刷段主要根據水流特點、現狀河床情況以及我院在其他工程項目評估中的基本結論進行判斷,并歸納出本段奉化江的流速分布特點和範圍作為結構設計的依據。

2、沖刷初步計算

所謂沖刷是指水流對河床的沖蝕淘刷過程。河床泥沙在水流作用下,向下遊搬移而引起河床降低或岸線後退。凡水流的挾沙能力大于上遊的來沙量時,河床都發生沖刷。沖刷又分為在河床上較普遍發生的一般沖刷和受工程影響而發生的局部沖刷。受工程影響的沖刷多見于橋墩、丁壩等段,河道彎曲的凹岸也是沖刷比較嚴重段。在地球偏向力作用下,河道一岸發生侵蝕作用,另一岸發生堆積作用,長時間發生會使河道逐漸偏向侵蝕岸(凹岸)一邊,從而形成自由河渠。

根據奉化江現狀河床情況、岸坡沖淤情況、曆年抛石護腳情況以及規劃情況下水流變化情況,以及我院在其他工程項目評估中的基本結論,确定沖刷段,局部最大流速為斷面平均流速的1.55~2.0倍。

左岸KL0+000~KL0+300,該段河道最小轉彎半徑為133m,現狀沖坑最深高程為-13.8m,規劃50年一遇該段設計流量為2498m3/s,河道平均流速為2.08m/s,局部最大流速可能達到3.74m/s(按照經驗系數1.8);

右岸KR2+000~KR3+580,該段河道最小轉彎半徑為416m,現狀沖坑最深高程為-11.58m;規劃50年一遇該段設計流量為2460m3/s,河道平均流速為1.9m/s,局部最大流速可能達到3.04m/s(按照經驗系數1.6

左岸KL3+250~KL3+900,該段河道最小轉彎半徑為211m,現狀沖坑最深高程為-14.10m;規劃50年一遇該段設計流量為2445m3/s,河道平均流速為1.6m/s,局部最大流速可能達到2.72m/s(按照經驗系數1.7

右岸KR5+750~KR6+550,該段河道最小轉彎半徑為274m,現狀沖坑最深高程為-10.89m;規劃50年一遇該段設計流量為2432m3/s,河道平均流速為1.8m/s,局部最大流速可能達到3.06m/s(按照經驗系數1.7

左岸KL5+780~KL6+400,該段河道最小轉彎半徑為164m,現狀沖坑最深高程為-14.58m;規劃50年一遇該段設計流量為2430m3/s,河道平均流速為1.5m/s,局部最大流速可能達到2.55m/s(按照經驗系數1.7

右岸KR7+450~KR8+200,該段河道最小轉彎半徑為116m,現狀沖坑最深高程為-17.7m;規劃50年一遇該段設計流量為2422m3/s,河道平均流速為1.6m/s,局部最大流速可能達到3.04m/s(按照經驗系數1.9

左岸KL7+200~KL8+000,該段河道最小轉彎半徑為248m,現狀沖坑最深高程為-12.3m;規劃50年一遇該段設計流量為2417m3/s,河道平均流速為1.9m/s,局部最大流速可能達到3.23m/s(按照經驗系數1.7

右岸KR9+380~KR9+887.61,該段河道最小轉彎半徑為195m,現狀沖坑最深高程為-12.05m;規劃50年一遇該段設計流量為2413m3/s,河道平均流速為1.7m/s,局部最大流速可能達到2.89m/s(按照經驗系數1.7)。以上沖刷嚴重堤段,堤線布置中盡可能退堤,在退堤困難的地方,應加大河岸、堤腳的防護措施。

3、沖刷段抗沖設計

3.1、基本原則

由于對奉化江規劃狀況下河勢變化了解的有限性,堤防整治不可能一勞永逸,因此本次堤防整治設計中,考慮到可能出現的深弘線擺動和下切、沖刷段範圍擴大,沖淤平衡不穩定等情況,同時結合工程總投資問題,确定本次堤防結構設計以歲修為基礎,即每年汛期加強日常檢查并有計劃地對各種建築工程進行的維修和養護工作,堤防管護與堤防整治相結合,合理控制投資的情況下,做到堤防的長治久安

3.2、沖刷深度計算

根據奉化江現狀河床情況、岸坡沖刷情況、曆年抛石護腳情況以及規劃情況水流變化情況,本章5.2.2.2節及表5-1已确定現狀沖坑深至-10.0m以下、規劃局部流速超過2.5m/s嚴重沖刷段共計8處,局部最大流速超過3.7m/s

根據《堤防工程設計規範》對這些嚴重沖刷堤段進行堤岸沖刷深度計算,其中:

順壩及平順護岸沖刷深度計算公式為:

 5-2

式中:hB——局部沖刷深度(m),從水面算起;

hp——沖刷處的水深(m),以近似設計水位最大深度代替;

Vcp——平均流速(m/s);

V——河床面上允許不沖流速(m/s);

n——與防護岸坡在平面上的形狀有關,一般取n=1/4

水流斜沖防護岸坡産生的沖刷計算公式為:

5-3

式中:Δhp——從河底算起的局部沖深(m);

α——水流流向與岸坡交角(度);

m——防護建築物迎水面邊坡系數;

d——坡腳處土壤計算粒徑(cm);

Vj——水流的局部沖刷流速(m/s);

根據以上公式,結合奉化江8段沖刷段的實際情況,對堤岸沖刷深度進行計算,計算成果詳見表3-1

3-1   沖刷段堤岸沖刷深度計算成果表

注:沖刷深度起算點均為0.00m

3.3、沖刷段堤岸抗沖設計

據志書記載:奉化江江曲岸回,潮勢沖激特甚,而内河有河漕插入,無塘則江河通鹹,害及田禾,其塘為堵擋鹹潮内灌而設,關系重大。其中北岸有一段名曰狗頸塘其地置烏金、積渎兩碶之下,行春碶之上外江内河,中限以塘,禦鹹蓄淡,恃為巨防。該處地勢險要,當地百姓深受其害,以前亦曾築過土塘,但屢築屢圮。狗頸塘上遊有風棚碶,下有水菱池碶,從整條河流地勢來看,狗頸塘又處于低窪地段,因此外遭江潮沖激,内受洪水洩排之患,《鄞縣通志》稱該處是最為緊要地帶。

從測量斷面上看,狗頸塘(KL7+200~KL8+000段)外不過3米即是深漕,橫斷面坡比陡過1:1,非常險要(參見測量斷面),表5-9中所述8段岸線外10m内為深槽的還有3處,分别為KR2+000~KR3+580KR5+750~KR6+550KR7+450~KR8+200,其餘4段均為退堤段,但新岸線位置距離深槽也不超過20m。由于奉化江凹岸沖刷嚴重,雖每年抛石防護堤腳,但每逢較大洪水過後都有局部堤防出現較深沖坑,雖堤防未垮塌,但險情頻出,若

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