抛石护岸防冲的几个问题.docxVIP

α抛石护岸防冲的几个问题毛佩郁毛昶熙(南京水利科学研究院水工研究所)(南京水利科学研究院河港研究所)摘要根据河湾迎流顶冲位置和河床冲深,确定护岸范围和优选护岸护底方案。对于抛石护岸所应用的土工织物滤层的规格和国外典型实例作了介绍,并分析试验资料,给出了抛石大小和抛石落距的计算公式。关键词:护岸防冲抛石河湾土工织物计算公式引言1在河湾水流冲刷和弯道模型抛石试验1的基础上(文献1中式(14)左侧hd指数应为-16),继续对抛石护岸的几个问题综述分析讨论如下。抛石护岸范围布局河道冲刷一般都出现在河湾地段,洪水每涨落一次,就会引起弯曲河道凹岸的淘刷甚至崩岸滑坡。例如:长江中下游堤防在1995年汛期就发生崩岸808处,长121km,1996年汛期未过(截至8月15日),报载江苏省长江沿岸坍江崩岸已有25处,长35km。崩岸损失严重,同时这也是江河泥沙来源之一。因此,应根据弯道河势的水流特征,预测淘刷岸坡的发展趋势,早日加以防范,避免发生危害严重的崩岸事故。下面笔者结合峰山切岭弯道试验的冲刷地形(见图1)及其相应凹岸抛石护岸护脚的冲刷断面(见图2),讨论抛石护岸的范围问题。2图1峰山切岭弯道模型试验护岸布置河床冲刷地形Fig.1Bedscourtopographyofcurvedchannelmodeltestunderbankprotectionα收稿日期:1998208205,水利部重点科技项目“堤防渗流与防冲”研究成果之一,负责人毛昶熙。第2期毛佩郁等:抛石护岸防冲的几个问题147图2峰山切岭弯道试验护岸护底冲刷断面流速分布VelocitydistributionafterscouringofcurvedchannelmodeltestunderbankprotectionwithbedriprapnearbankFig.2在峰山切岭弯道边坡为1∶3的护坡、护底形式上曾比较了多组试验,说明抛石体局部升高凸起会阻碍水流增加紊动是很不利的,需要采取平整的抛石体表面,而且考虑到岸坡的抗滑稳定性,应使冲刷坑底与岸坡连线保持较缓的坡度,这样就必须防护坡脚附近不被冲刷,使抛石防护层深入河床并扩展延伸河底一段,如图3所示的护坡护底布局。抛石末端的防冲槽堆石,在河床冲深后自然滑落在冲刷坑坡面及坑底起到减小冲深的作用。至于护底的宽度,还应考虑主流逼近凹岸的河势和冲刷最深的位置,即护底宽度应越过这些最有危害的水力紊动区间,使防护成效最大。由流速分布及冲刷地形(见图1和图2)可知采用护底宽度10～20m的方案(见图3中的上、下二图)是适宜的护底范围,约为河底宽的110～15或2倍水深的距离。该方案的冲深已不影响岸坡。图3峰山切岭弯道护岸护底方案优选比较Fig.3Schemecomparisonofbankandbedprotectionincurvedchannel水利水运科学研究1999年6月148护岸护底的河湾水流边界加以固定也将改变其冲刷深度和位置,比较图3的护底宽窄的冲刷试验可知:愈宽冲刷愈浅,冲深点愈向上游推移,而且冲坑位置内移也反过来影响弯道主流远离岸边。同时显示:防冲槽愈伸入河床,抛石覆盖河底所需的宽度愈小,抛石覆盖冲坑前坡和坑底愈均匀,一般情况下下落石块在最深部位的覆盖面可达河底表面的12,对减小冲深和保障岸坡稳定成效显著。抛石大小计算公式与试验比较3抛石护岸护底范围确定以后,因部位和水流条件的不同,所需抛石大小也应有所不同。从抗冲稳定性考虑,可引用笔者公式计算石块的大小2。3qv]3h(1)d==0.75g(s-1)cosΗ]3h720.75g(s-1)cosΗ上式尺度和谐,式中v为垂线平均流速,v=qh;d为块石的代表直径;h为抛石处水深;Η为边坡坡角。当块石比重s=2.65,g=9.8ms2时,代入式(1)简化可得33qvd==(2)27.4h72(cosΗ)32h(cosΗ)3227.4由式(2)可知:在相同水力条件下1∶3～1∶2的边坡护石所需石块尺寸约为平底(Η=0)上的1.1～1.2倍。对于峰山切岭护岸护底方案,以坡角处最大q=20m2s或v=208=2.5ms,h=8m,边坡1∶3或Η=18.4°计算,边坡和坡脚的稳定抛石尺寸d=0.22m,护底抛石尺寸d=0.2m。在各组试验中护岸的块石尺寸为d=0.28m,重50kg,抗冲均能平衡稳定,说明计算公式较符合实际。在文献2中也曾引用天然局部冲刷资料与伊斯巴什、哈通等人的公式作过比较,论证是可靠的。再引用三峡工程长江截流试验资料3说明上式的可靠性,立堵进占试验先以粒径d10cm砂砾石垫底平抛3m厚,渐上部抛d=0.3～0.5m石块,并比较了大中小三级石混合料截流试验,都没有冲动流失现象。龙口最后宽度40m出现最大流速,龙口戗堤头部有坍塌现象,混合料留在坡面上的大中石块稳定边坡