白河倒虹吸河床段管身防护设计

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翻新时间：2023-08-07

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白河倒虹吸河床段管身防护设计

前言

按《南水北调中线一期工程总干渠渠道倒虹吸初步设计技术规定》的要求，将白河倒虹吸水平管段埋置于白河三百年一遇冲刷线以下0.5m。2010年10月施工单位进场时，当地正在工程区所在河段进行大规模河沙开采，工程区地形测量复核成果表明河道地形已经发生了较大变化，工程区河道深泓主流线较初步设计已偏离近30m，深泓点高程最大下降达6m，导致主河床部位倒虹吸管顶出露达3m。结合工程实际情况研究决定倒虹吸管布置仍维持初步设计批复方案，但倒虹吸管顶及上下游增设防护工程、两岸原设计岸坡防护工程需要结合河道地形变化最终情况重新布置。

1水文地质条件

白河天然洪水特性表

白河交叉断面附近主河道宽约450m，河段较顺直，为沙质河床，夹有少量卵石；滩地为粘土质。

白河河床与漫滩地层从上至下由全新统上部、全新统下部、上第三系软岩和震旦系下统基岩组成。全新统上部主要由细砂、含砾中砂、含砾中粗砂和砾砂等组成，全新统下部主要由含砾中砂和砂砾组成。上第三系以砂砾岩为主，粘土岩和含砾砂岩呈透镜体状，震旦系下统大理岩，勘探揭露厚度大于5.0m。

2 管身段防护设计范围

为防止管身两侧填土的局部冲刷，水平管段两侧采用50cm厚干砌石防护，下部设20cm厚碎石垫层，具体防护布置见下图。

初设阶段倒虹吸管身防护方案

根据白河交叉断面现状河道地形确定防护涉及范围为白河倒虹吸桩号0+280～0+824之间，12～48#管节的管身防护变更设计。

防护变更设计内容为：根据白河倒虹吸交叉断面附近河道现状地形，对主河道范围倒虹吸管的防护进行重新设计，确定管身防护范围及防护方案等。

3管身防护方案选择

本着保证水头损失满足原设计预留水头损失要求考虑，同时鉴于倒虹吸管埋深加大的变更方案（方案1～方案3）技术风险较大。经技术经济综合分析比较后，研究决定采用方案4，即倒虹吸管布置仍维持初步设计批复方案，而管身上下游防护工程、两岸岸坡防护工程需要结合河道地形变化最终情况进行变更设计。

4管身河床段防护方案设计

4.1水力设计

根据白河交叉断面现状河道地形，对白河倒虹吸管身河床段防护方案进行水力学计算，其中下游消能设计及整个变更范围的下游河床冲刷计算尤为重要。

白河为沙质河床，倒虹吸管身下游河床冲刷深度按以下公式计算：

式中：dm ―下游河床冲刷深度（m）；

[v0]―河床土质允许不冲流速（m/s），原河床取0.5 m/s；

hm―下游河床水深（m），为5.79m。

经计算冲刷深度dm=36.5m。

由于下游河床冲刷深度较大，管身下游河床采用格宾网石笼和抛石护底。石笼和抛石护底的方量按考虑下游河床冲刷后，块石可对冲刷坑上游边坡形成自然护砌，通过以下公式计算：

式中： V―护底方量（m3）；

―冲刷坑深度（m），为36.5m；

m―冲刷坑上游边坡系数，取m=3；

d―冲刷坑上游铺砌厚度，取d=0.5m；

K―考虑块石在水流作用下的铺砌不均匀安全系数，取1.1。

经计算V=63.5 m3，以此可确定管身河床段下游石笼和抛石防护的厚度。

4.2防护方案

1）管顶出露段

2）已临时防护段

为节省工程投资并缩短该段防护施工工期，该段管身永久防护方案考虑尽量结合已施工的临时防护，保留管顶及上游C20混凝土防护，在原混凝土防护上增设一层C20混凝土防护，使防护总厚度达到0.5m，同时在上游设置格宾网石笼护脚，上游格宾网石笼防冲槽底宽3m，深1.6m，上游侧开挖边坡1：1.75，顶高程与管顶防护顶高程一致。下游消力池、格宾网石笼防冲槽防冲槽及混凝土防冲墙布置与管顶出露段一致。

3）加强防护段

该段已进入白河左岸滩地，为保证汛期行洪时该段倒虹吸管的防冲安全，在倒虹吸管顶设置0.5m后C20砼防护。同时在上下游设置格宾网石笼防冲槽，格宾网石笼护脚底宽3m，深1.6m，上（下）游侧开挖边坡1：1.75。

5后记

目前防护工程已结束，经过2014年汛期洪水考验，但该河段现状河道尚未稳定，建管单位在工程建设后期管理中应关注主河道不会发生游荡迁移、上游河道以淤积为主、下游河道在现状条件下不再冲刷下切。在运行期间，加强白河到虹吸河段河流、水文条件的监视。