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摘要：東遼河五號跌水工程設計是基于實際工程問題進行的設計和計算。文章以《水工設計手冊》、《堤防工程設計規范》為標準，基于工程水文地質條件，對跌水拆除重建后的跌水布置、消能形式以及岸坡穩定等進行設計和計算，并對跌水的安全穩定性進行了計算分析。文章研究成果旨在為類似工程設計提供方法參考。
關鍵詞：跌水；岸坡穩定；計算；消能形式
1工程概況
五號跌水位于梨樹縣東河鎮王平房村境內，河道大橫斷CS39～CS40上。該跌水建于1976年，1986年進行過一次加固維修，原設計跌水形式為一級跌水，堰形為干砌石寬頂堰。2010年，東遼河遭遇洪水襲擊，造成五號跌水徹底毀壞，堰頂塊石沖至下游150m范圍內。堤岸遭受沖刷，兩岸模袋砼護坡已嚴重損毀，堤坡坍塌，河床下切嚴重，上下游均有沖坑出現，沖坑最深處可達2m，對東遼河兩岸造成嚴重威脅。因此五號跌水的拆除并重建是十分有必要的。
2工程任務及規模
本次設計在汲水河與興開河之間，水毀修復重建五號跌水。設計標準為10年一遇洪水，相應流量為338m3/s；相應跌水建筑物工程級別為5級，護岸工程級別為5級。
3工程總布置
跌水修建由主體消能建筑物、上游護岸段和下游護岸段三個部分組成。主體消能建筑物由進口護砌段、漸變段、跌水缺口段、消力池段、海漫段組成，總長為131m，下部為鋼筋砼結構，上部采用格賓石籠護岸；上游護岸段采用格賓石籠護底和護坡，護底長6m，護坡坡比為1：2.5，總長543m，其中左岸護岸長423m，右岸護岸長120m；下游護岸段采用格賓石籠護底和護坡，護底長6m，護坡坡比為1：2.5，總長146m，其中左岸護岸長74m，右岸護岸長72m。
3.1進口護砌段。進口護砌段長20m，在進口護砌段首部設干砌石防沖槽。進口護砌段采用格賓石籠護底和護坡，護底頂高程為170.00m，護岸設計頂高程為175.33m。若原地面高程高于175.33m，則護砌至原地面高程。格賓石籠護底底寬從56m收縮到50m，護坡坡比為1：2.5，護坡頂部設格賓石籠封頂。
3.2漸變段。漸變段長18m，采用格賓石籠護底，護底頂高程為170.00m，底寬從50m收縮到45m。漸變段兩側采用八字墻結構，下部為懸臂式鋼筋砼擋土墻，墻頂高程為172.00m。擋土墻后接水平段護坡與岸坡護坡相接，水平段護坡及岸坡護坡采用格賓石籠護砌，岸坡護坡坡比為1：2.5。岸坡護坡頂部設格賓石籠封頂，護砌頂高程為175.70m。3.3跌水缺口段跌水缺口段采用復合式跌水，跌差為3m。跌水下部采用鋼筋砼結構，上部采用格賓石籠護砌。護砌頂高程為175.70m。跌水鋼筋砼結構采用矩形斷面，堰頂高程170.00m。跌水底板采用鋼筋砼，兩側為懸臂式鋼筋砼擋土墻，墻頂高程為172.00m。跌水建筑物是采用階梯型鋼筋砼結構，臺階寬2.5m，高0.5m。擋土墻后接水平段護坡與岸坡護坡相接，水平段護坡及岸坡護坡采用格賓石籠護砌，岸坡護坡坡比為1：2.5。岸坡護坡頂部設格賓石籠封頂，護砌頂高程為175.70m。
3.4消力池段。消力池段池長15.5m，寬45m，深1m，底板頂高程為167.00m。消力池段底板采用鋼筋砼，底板上梅花形布置排水孔；兩側為懸臂式鋼筋砼擋土墻，墻頂高程為172.00m，擋土墻上設有一排排水孔。擋土墻后接水平段護坡與岸坡護坡相接，水平段護坡及岸坡護坡采用格賓石籠護砌，岸坡護坡坡比為1：2.5。岸坡護坡頂部設格賓石籠封頂，護砌頂高程為175.70m。
3.5海漫段。海漫段長60m，采用格賓石籠護底和護坡，護底頂高程為168.00m，護岸設計頂高程為174.47m，若原地面高程高于174.47m，則護砌至原地面高程。格賓石籠護底底寬從45m擴散到47.5m，護坡坡比為1：2.5，護坡頂部設格賓石籠封頂。在海漫段尾部設干砌石防沖槽。
4水力計算
4.1消能計算。跌水消能防沖形式設計為底流消能，消力池長度、深度計算及海漫長度、沖刷坑深度計算按《水力計算手冊》中公式計算。消力池深度d按下列公式計算：經計算躍后水深小于下游水深，不需修建消力池，本次按構造要求設置1.0m深消力池。消力池長度上Lsj計算：消力池長度計算成果見表2。經計算消力池長度為15.69m，本次選取18m。消力池底板厚度按如下計算公式：經計算消力池底板厚度t=0.60m，本次選取0.8m。經計算，海漫段長度Lp=54m，本次選取60m，沖刷坑深度選取2.5m。
4.2海漫長度Lp計算經計算，海漫段長度Lp=54m，本次選取60m，沖刷坑深度選取2.5m。
4.3擋土墻計算。根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）及地質報告，土基上防洪墻的穩定安全系數及基底應力最大值見表3。五號跌水選取消力池最高擋土墻高度最大的斷面進行穩定計算?？够€定計算公式如下：經計算本次跌水擋墻設計抗滑穩定安全系數Kc=1.42，抗傾穩定安全系數K0=5.1，地基承載力為151kPa，從計算結果可以看出，本次設計擋墻滿足規范規定的抗滑、抗傾和地基承載力穩定要求。
5結束語
本設計跌水消能防沖形式設計為底流消能，通過水力計算、結構計算，確定其消力池長度、深度，海漫長度及沖刷坑深度的選取。根據《堤防工程設計規范》，對擋墻的抗滑、抗傾和地基承載力的安全穩定性及格賓石籠護砌岸坡的抗滑穩定和沖刷深度進行計算。通過多方面計算分析以保證五號跌水拆除重建的穩定性和合理性。
參考文獻：
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作者:王碩 單位:吉林省水利水電勘測設計研究院
