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U型板桩在天然河道抗冲中的应用

发布时间:2019-03-28  浏览量:1731

天然河道由于自然属性有深潭浅滩,有冲有淤,尤其是感潮河段,更为明显,如何在堤防设计中解决堤脚冲刷问题,成为设计成败的关键,本文采用u型板桩很好地解决了这个问题。

1、河段基本情况

奉化江属高冲刷河道,据志书记载:此段江曲岸回,潮势冲激特甚,而内河有河漕插入,无塘则江河通咸,害及田禾,其塘为堵挡咸潮内灌而设,关系重大。本工程范围内共有8个河道转弯段,其中包括史书记载屡筑屡圮(注:,塌坏,倒塌)的狗颈塘,近年来常有险情出现的联丰村段、黄隘村段、翻石渡、14#砂厂码头及电镀城段。根据最新测量地形图,现状河道凹岸冲刷深度约为14m左右,部分转弯半径相对较小的河段,冲坑深度达18m以上,冲刷现象较为严重。奉化江上游主支流洪水全面归槽后,奉化江干流冲刷现象将进一步加剧,为保障工程的安全运行,需根据规划条件下奉化江干流水流特点,合理确定冲刷段。然而由于奉化江尚未建立冲刷模型进行分析计算,因此本阶段工程冲刷段主要根据水流特点、现状河床情况以及我院在其他工程项目评估中的基本结论进行判断,并归纳出本段奉化江的流速分布特点和范围作为结构设计的依据。

2、冲刷初步计算

所谓冲刷是指水流对河床的冲蚀淘刷过程。河床泥沙在水流作用下,向下游搬移而引起河床降低或岸线后退。凡水流的挟沙能力大于上游的来沙量时,河床都发生冲刷。冲刷又分为在河床上较普遍发生的一般冲刷和受工程影响而发生的局部冲刷。受工程影响的冲刷多见于桥墩、丁坝等段,河道弯曲的凹岸也是冲刷比较严重段。在地球偏向力作用下,河道一岸发生侵蚀作用,另一岸发生堆积作用,长时间发生会使河道逐渐偏向侵蚀岸(凹岸)一边,从而形成自由河渠。

根据奉化江现状河床情况、岸坡冲淤情况、历年抛石护脚情况以及规划情况下水流变化情况,以及我院在其他工程项目评估中的基本结论,确定冲刷段,局部最大流速为断面平均流速的1.55~2.0倍。

左岸KL0+000~KL0+300,该段河道最小转弯半径为133m,现状冲坑最深高程为-13.8m,规划50年一遇该段设计流量为2498m3/s,河道平均流速为2.08m/s,局部最大流速可能达到3.74m/s(按照经验系数1.8);

右岸KR2+000~KR3+580,该段河道最小转弯半径为416m,现状冲坑最深高程为-11.58m;规划50年一遇该段设计流量为2460m3/s,河道平均流速为1.9m/s,局部最大流速可能达到3.04m/s(按照经验系数1.6

左岸KL3+250~KL3+900,该段河道最小转弯半径为211m,现状冲坑最深高程为-14.10m;规划50年一遇该段设计流量为2445m3/s,河道平均流速为1.6m/s,局部最大流速可能达到2.72m/s(按照经验系数1.7

右岸KR5+750~KR6+550,该段河道最小转弯半径为274m,现状冲坑最深高程为-10.89m;规划50年一遇该段设计流量为2432m3/s,河道平均流速为1.8m/s,局部最大流速可能达到3.06m/s(按照经验系数1.7

左岸KL5+780~KL6+400,该段河道最小转弯半径为164m,现状冲坑最深高程为-14.58m;规划50年一遇该段设计流量为2430m3/s,河道平均流速为1.5m/s,局部最大流速可能达到2.55m/s(按照经验系数1.7

右岸KR7+450~KR8+200,该段河道最小转弯半径为116m,现状冲坑最深高程为-17.7m;规划50年一遇该段设计流量为2422m3/s,河道平均流速为1.6m/s,局部最大流速可能达到3.04m/s(按照经验系数1.9

左岸KL7+200~KL8+000,该段河道最小转弯半径为248m,现状冲坑最深高程为-12.3m;规划50年一遇该段设计流量为2417m3/s,河道平均流速为1.9m/s,局部最大流速可能达到3.23m/s(按照经验系数1.7

右岸KR9+380~KR9+887.61,该段河道最小转弯半径为195m,现状冲坑最深高程为-12.05m;规划50年一遇该段设计流量为2413m3/s,河道平均流速为1.7m/s,局部最大流速可能达到2.89m/s(按照经验系数1.7)。以上冲刷严重堤段,堤线布置中尽可能退堤,在退堤困难的地方,应加大河岸、堤脚的防护措施。

3、冲刷段抗冲设计

3.1、基本原则

由于对奉化江规划状况下河势变化了解的有限性,堤防整治不可能一劳永逸,因此本次堤防整治设计中,考虑到可能出现的深弘线摆动和下切、冲刷段范围扩大,冲淤平衡不稳定等情况,同时结合工程总投资问题,确定本次堤防结构设计以岁修为基础,即每年汛期加强日常检查并有计划地对各种建筑工程进行的维修和养护工作,堤防管护与堤防整治相结合,合理控制投资的情况下,做到堤防的长治久安

3.2、冲刷深度计算

根据奉化江现状河床情况、岸坡冲刷情况、历年抛石护脚情况以及规划情况水流变化情况,本章5.2.2.2节及表5-1已确定现状冲坑深至-10.0m以下、规划局部流速超过2.5m/s严重冲刷段共计8处,局部最大流速超过3.7m/s

根据《堤防工程设计规范》对这些严重冲刷堤段进行堤岸冲刷深度计算,其中:

顺坝及平顺护岸冲刷深度计算公式为:

 5-2

式中:hB——局部冲刷深度(m),从水面算起;

hp——冲刷处的水深(m),以近似设计水位最大深度代替;

Vcp——平均流速(m/s);

V——河床面上允许不冲流速(m/s);

n——与防护岸坡在平面上的形状有关,一般取n=1/4

水流斜冲防护岸坡产生的冲刷计算公式为:

5-3

式中:Δhp——从河底算起的局部冲深(m);

α——水流流向与岸坡交角(度);

m——防护建筑物迎水面边坡系数;

d——坡脚处土壤计算粒径(cm);

Vj——水流的局部冲刷流速(m/s);

根据以上公式,结合奉化江8段冲刷段的实际情况,对堤岸冲刷深度进行计算,计算成果详见表3-1

3-1   冲刷段堤岸冲刷深度计算成果表

注:冲刷深度起算点均为0.00m

3.3、冲刷段堤岸抗冲设计

据志书记载:奉化江江曲岸回,潮势冲激特甚,而内河有河漕插入,无塘则江河通咸,害及田禾,其塘为堵挡咸潮内灌而设,关系重大。其中北岸有一段名曰狗颈塘其地置乌金、积渎两碶之下,行春碶之上外江内河,中限以塘,御咸蓄淡,恃为巨防。该处地势险要,当地百姓深受其害,以前亦曾筑过土塘,但屡筑屡圮。狗颈塘上游有风棚碶,下有水菱池碶,从整条河流地势来看,狗颈塘又处于低洼地段,因此外遭江潮冲激,内受洪水泄排之患,《鄞县通志》称该处是最为紧要地带。

从测量断面上看,狗颈塘(KL7+200~KL8+000段)外不过3米即是深漕,横断面坡比陡过1:1,非常险要(参见测量断面),表5-9中所述8段岸线外10m内为深槽的还有3处,分别为KR2+000~KR3+580KR5+750~KR6+550KR7+450~KR8+200,其余4段均为退堤段,但新岸线位置距离深槽也不超过20m。由于奉化江凹岸冲刷严重,虽每年抛石防护堤脚,但每逢较大洪水过后都有局部堤防出现较深冲坑,虽堤防未垮塌,但险情频出,若

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