CN101824809A - 大比降卵砾石河流河岸防护结构及河流抗冲治理方法 - Google Patents

Abstract

大比降卵砾石河流河岸防护结构及河流抗冲治理方法，先按照规划线形并依据河流特征确定河宽，根据防洪标准确定护岸防护形式，根据流速大小、河床组成确定护坦埋深及铺设宽度，根据填土性质和高度设计护岸结构尺寸，再在河床上从竖直方向和水平方向共同开挖；然后在河床两侧分别修筑垂直的护岸结构，并在护岸结构上设置预置孔，在河床底部两端修筑水平方向的护坦，护坦的一端插入对应一侧护岸结构的预置孔内并固定连接；最后在护坦上回填至原河道高度，在护岸结构两侧回填至设定的高度。本发明达到了河道冲淤基本平衡、快速泄洪的效果，而且对水流有归顺作用，既减小了水流对河堤的冲击力度，又使得泥沙能被水流带走，避免了河沙沉积堵塞河道。

Description

大比降卵砾石河流河岸防护结构及河流抗冲治理方法

技术领域

本发明涉及一种大比降季节性卵砾石河流河岸防护结构及河流抗冲的疏浚治理方法，属于河道疏浚治理水利工程领域。

背景技术

随着流域经济社会的发展，特别是在西部大开发过程中，水上交通的重要性不可忽视。到目前为止，水上运输任然是最经济、最环保的交通运输方式。特别是在中国中西部地区，铁路公路运输成本大，又有长江黄金水道，所以对长江上游的开发越来越受到政府的重视。

但是长江上游流域河道大都具有山区河流的特点，比降大、洪水暴涨暴落、流速大、卵砾石运动剧烈等。在整治这些大比降卵砾石山区河流时，传统的设计理念受到了冲击，必须提出新的设计思路来对满足河道治理工程的需要。

现目前的多种治理河道的方法效果均不理想，如专利号为02119495.5的“下沉式阶梯型调蓄河床与河道治理方法”，其方法是在河道与河床上修造成下沉式阶梯型的蓄水河水域，在河道流向的横截面上修筑下沉式阶梯河坝，使得在两个下沉式阶梯型河坝之间形成下沉式阶梯河床，并在河道的原河床位置修筑下沉式阶梯河堤，使之形成层次分明的蓄水河区域。这种河床的治理方法主要适用于河水中泥沙较多的情况，但对于大比降河流，特别是河水冲击力很强，并带有大量卵砾石的情况下，水流受到的阻力仍然较大，泄洪能力有限，泥沙容易堆积造成河床升高，水流中的卵砾石对阶梯型的河堤冲击较强，河堤容易被破坏，其治理效果仍不理想。又如专利号为200410023130.3的“多河沙河道疏浚治理的方法”，其方法是用筑堤单元沿河道顺流构筑人工临时长堤，在该人工临时长堤的上游处，用筑堤单元构筑与河道横斜的人工临时长堤，并在人工临时长堤的上游端部水下安置有防止河水冲刷的软体沉排。这种治理方法也存在以下不足：1)由于长堤是人工临时搭建，因此是沿着河道原有的坡度修筑，通常都为倾斜的倒八字型，这使得河道的宽度变化较大，在局部容易造成河沙堆积，河床被堵塞；2)在季节性洪水来临并带有大量卵砾石的情况下，由于河床下端相对较窄，其受到的冲击更为严重，长时间的冲刷使两岸的河堤容易发生坍塌；3)利用软体沉排作为底部防冲刷的构件，它能在水流不太大时随着水流的运动而波动，减小水流对河床底部的冲击力，从而在一定程度上缓解水流对河床底部的掏空作用，但由于软体沉排是采用许多小的构件连接而成，相互间是环环相扣的连接方式，在大比降河流中，水流的冲击力超过了软体沉排间的拉力，经过一段时间的冲刷后，软体沉排很可能会被破坏，并随河水一起向下游冲击，造成更大的隐患。现目前还没有专门针对大比降卵砾石河流的有效治理办法，这也是水利部门急待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种适合对比降较大、河床宽浅、流速大、卵砾石较多的河道进行疏浚和治理，具有防止泥沙淤积、稳固河床作用，能够保护生态环境、安全泄洪的河流河岸防护结构及河流抗冲治理方法。

本发明的技术方案是：大比降卵砾石河流河岸防护结构，其特征在于，包括护岸结构和护坦，所述护岸结构竖向设置，护坦水平设置，护岸结构与护坦垂直连接；所述护岸结构为直角梯形，在护岸结构的下部设有用于连接护坦的预置孔，护坦的一端卡接在预置孔内。

大比降卵砾石河流河岸防护结构的河流抗冲治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)先按照河道走势规划线形并依据河流的水文特征、河床物质组成确定最佳河宽，根据防洪标准确定护岸防护形式，根据流速大小、河床组成确定护坦埋深及铺设宽度，根据填土性质和高度按规范设计护岸结构尺寸；

其中，在规划设计时，进行了如下分析：

1)最优河宽的确定

在河道治理过程中，都会遇到同样的问题，即河宽的选取。如果河道较窄，水流切应力大，流速大，容易冲刷河床；如果河道较宽，河流水深较小，河床易于淤积，易造成河道流荡，也不利于河道为民所用。

传统河宽B的计算表达式一般是根据某条河流某段的多年水力参数建立与河道流量Q的单因数关系，即表达为：

B＝βQ^α

式中：参数α、β是拟合常数。

这个公式由于分析数据较少，容易造成公式的失真。经过试验研究以及河道整治模型试验后发现，河宽的大小主要取决于河道的河型、来水来沙量及河床物质组成等，具体公式为：

B＝2.184Q^0.54D₅₀ ^-0.35J^0.15(Q为P＝50％流量)

式中：Q是河道流量，J是河道比降，D₅₀为河床组成中值粒径，B为河道宽度。

通过带入各个参数数值，即可计算出较为准确的河道宽度。

2)采用的防护形式

护岸样式一般分为斜坡式和直立式两种。斜坡式造成河床断面面积增大，水流分散，以致泥沙淤积，当淤积达到一定规模，就形成了股流，水流会集中冲刷防护结构，易造成水毁事故。当河宽满足最优河宽后，直立式防护结构水流归槽且平顺，泥沙基本全断面输移，难以造成河床大规模淤积，股流难于形成，应用效果较好。故对大比降卵砾石河流的护岸结构形式采用直立式效果较佳。

3)采用护坦方式(即埋深和宽度的确定)

由于大比降卵砾石河流流速较大，水流结构紊乱，对护岸工程破坏能力极强，故对护岸结构采取护坦进行防护。

经过河道整治物理模型试验及大比降卵砾石河流河道整治成功案例分析，对于大比降卵砾石河流，护坦埋深一般为3m以上。其护坦的宽度可由下面公式进行计算：

$B_c=0.082\tan (\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{\mathrm{\α}}{4})\frac{{(V-V_c)}^2}{g}\left(\frac{H_{\max }}{D_{50}}\right)$

式中：B_c为护坦设置宽度；α为水流方向与防护建筑物迎水面切线的夹角；V为断面有效平均流速(即过水面积内平均流速)；Vc为起动流速，采用沙莫夫公式计算，

D为河床物质组成，H为河道水深；g为重力加速度，一般取9.8m/s²；H_max为断面最大水深；D₅₀为河床组成中值粒径。

(2)在规划线形基础上，根据所设计的护岸结构和护坦的尺寸，在河床上从竖直方向和水平方向共同开挖；

(3)在河床两侧分别修筑垂直的护岸结构，并在护岸结构上设置用于连接护坦的预置孔；

(4)在河床底部两端修筑水平方向的护坦，护坦的一端插入对应一侧护岸结构的预置孔内并固定连接；

(5)在护坦上回填至原河道高度，在护岸结构两侧回填至设定的高度，让其自然密实。

在护岸结构和护坦沿河道水流方向上分别间隔设置伸缩沉降缝，所述伸缩沉降缝内用防水物质进行填充。

进一步，在河床竖直方向上的开挖深度为3～5m，开挖坡度为1∶4～1∶2。

进一步，所述预置孔下端到护岸结构底部的距离占护岸结构高度的1/5～1/4。

再进一步，所述护岸结构和护坦每间隔10～15m设置一段，相邻两段之间的伸缩沉降缝宽度为2～5cm。

相对于现有技术，本发明具有以下显著优点：

1、通过采用直立式的河床结构，归顺了水流，减少了大比降河流中水流对河床两侧的淘刷，使河床的稳固性得到加强。

2、能有效防止防洪标准的逐年提高，泥沙淤积后，河床高度抬高，不少河道的淤积高度远大于防洪堤增长的高度，本发明能够使河道基本冲淤基本平衡，防止泥沙淤积，能够避免河道防洪标准的提高。

3、能有效防止股流的形成，由于大比降河流通常的特征为比降大、水位暴涨暴落、河道宽、流速快，水位急剧下跌后，若在较宽河道中，大颗粒泥沙就会沉积，随着流量的继续减小，泥沙堆积的体积就会增大，当达到一定程度就会形成滩，造成水流分汊，形成股流，股流对水工建筑物的破坏是极大的，本发明具有归顺水流的作用，能够防止泥沙淤积，避免股流形成。

4、在河床底部修筑钢筋混凝土结构的整体型防冲构造物，减小了水流对河床底部的冲刷，能避免高速的水流将河床底部掏空，进一步加强了河床的稳固性，同时还保护了生态环境，并能安全泄洪。

附图说明

图1为施工改造前河床的横截面剖视图；

图2为采用本发明的治理方法后的河床横截面剖视图。

图中，1-护岸结构，2-护坦，3-预置孔，4-河床。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1：如图2所示，一种大比降卵砾石河流抗冲治理方法，主要适用于河道落差较大，河床内卵砾石较多，水流的流速大，输沙强烈，容易产生突发性洪水的河段，其施工步骤如下：

(1)按照河道走势规划线形并确定最佳河宽，根据防洪标准确定护岸防护形式，根据流速大小、河床组成确定护坦埋深及铺设宽度，根据填土性质和高度按规范设计护岸结构尺寸；

(2)在规划线形基础上，根据所设计的护岸结构和护坦的尺寸，在河床上从竖直方向和水平方向共同开挖，其中，竖直方向的开挖深度为3.5m，开挖的坡度为1∶3；

(3)在河床两侧分别修筑垂直的钢筋混凝土结构的护岸结构，并在护岸结构上预先设置用于连接护坦的预置孔，所述预置孔位于护岸结构下端的1/4高度处；

(4)在河床底部两端修筑水平方向的钢筋混凝土结构的护坦，所述护坦厚度为10cm，将护坦的一端插入对应一侧护岸结构的预置孔内并用水泥进行填充或用混凝土现浇固定连接；

(5)在护坦上回填至原河道高度，在护岸结构两侧回填至设定的高度，让其自然密实。

河道宽度以及护坦之间的间距需根据所在区域季节性最大水流量而定，在河床底部修筑护坦的目的在于防止水流冲刷河床底部的沙石，避免造成河床两侧的底部被掏空。

护岸结构和护坦沿河道水流方向上分别间隔12m设置一段，在相邻两段护岸结构或护坦之间设置2cm宽的伸缩沉降缝，在伸缩沉降缝内用防水物质进行填充。

实施例2：又一种大比降卵砾石河流抗冲治理方法，是在实施例1的基础上，在开挖河床时，将竖直方向的开挖深度扩大为4m，开挖的坡度设置为1∶4；在设置护岸结构时，采用现浇的方式布置预置孔，且预置孔位于护岸结构下端的1/5高度处；在设置护岸结构和护坦的长度时，每一段的长度为15m，相邻两段护岸结构或护坦之间的伸缩沉降缝宽度为5cm，在伸缩沉降缝内用沥青进行填充。这样，可以适用于更大比降河流的治理，防护能力更强，稳定性更好。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.大比降卵砾石河流河岸防护结构，其特征在于，包括护岸结构(1)和护坦(2)，所述护岸结构(1)竖向设置，护坦(2)水平设置，护岸结构(1)与护坦(2)垂直连接；所述护岸结构(1)为直角梯形，在护岸结构(1)的下部设有用于连接护坦(2)的预置孔(3)，护坦(2)的一端卡接在预置孔(3)内。

2.根据权利要求1所述大比降卵砾石河流河岸防护结构的河流抗冲治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)先按照河道走势规划线形并依据河流的水文特征、河床物质组成确定最佳河宽，根据防洪标准确定护岸防护形式，根据河水流速大小、河床组成确定护坦埋深及铺设宽度，根据填土性质和高度按规范设计护岸结构尺寸；

其中，1)河宽的确定，采用如下公式：

B＝2.184Q^0.54D₅₀ ^-0.35J^0.15(Q为P＝50％流量)

式中：Q是河道流量，J是河道比降，D₅₀为河床组成中值粒径，B为河道宽度；

2)采用的护岸防护形式

大比降卵砾石河流的护岸结构采用直立式；

3)采用护坦方式

护坦的宽度由下面公式进行计算：

$B_c=0.082\tan (\frac{\mathrm{\π}}{4}+\frac{\mathrm{\α}}{4})\frac{{(V-V_c)}^2}{g}\left(\frac{H_{\max }}{D_{50}}\right)$

式中：B_c为护坦设置宽度；α为水流方向与防护建筑物迎水面切线的夹角；V为断面有效平均流速(即过水面积内平均流速)；Vc为起动流速，采用沙莫夫公式计算，

D为河床物质组成，H为河道水深；g为重力加速度，取9.8m/s²；H_max为断面最大水深；D₅₀为河床组成中值粒径；

(2)在规划线形基础上，根据所设计的护岸结构和护坦的尺寸，在河床上从竖直方向和水平方向共同开挖；

(3)在河床两侧分别修筑垂直的护岸结构，并在护岸结构上设置用于连接护坦的预置孔；

(4)在河床底部两端修筑水平方向的护坦，护坦的一端插入对应一侧护岸结构的预置孔内并固定连接；

(5)在护坦上回填至原河道高度，在护岸结构两侧回填至设定的高度，让其自然密实。

3.根据权利要求2所述的大比降卵砾石河流河岸防护结构的河流抗冲治理方法，其特征在于，在护岸结构和护坦沿河道水流方向上分别间隔设置伸缩沉降缝，所述伸缩沉降缝内用防水物质进行填充。

4.根据权利要求2所述的大比降卵砾石河流河岸防护结构的河流抗冲治理方法，其特征在于，在河床竖直方向上的开挖深度为3～5m，开挖坡度为1∶4～1∶2。

5.根据权利要求2所述的大比降卵砾石河流河岸防护结构的河流抗冲治理方法，其特征在于，所述预置孔下端到护岸结构底部的距离占护岸结构高度的1/5～1/4。

6.根据权利要求3所述的大比降卵砾石河流河岸防护结构的河流抗冲治理方法，其特征在于，所述护岸结构和护坦每间隔10～15m设置一段，相邻两段之间的伸缩沉降缝宽度为2～5cm。

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