关于堤防工程基础冲刷计算问题的探讨

关于堤防工程基础冲刷计算问题的探讨

摘要:随着经济的发展,我国的环境形势越来越严峻,对水利工程防洪减灾能力的要求越来越高。所以我国的堤防工程建设必须要科学、严谨,其中堤防工程的基础冲刷计算在工程建设中有着重要的作用。进行冲刷计算时一定要注意堤顶超高、水面线推算、堤身及护坡的稳定等因素,把握好他们之间的比例与关系,确保堤防建设的安全牢固。本文主要讨论堤防工程基础冲刷计算的相关问题。

关键词:堤防工程基础冲刷计算

在水利工程建设中,工程建筑基础埋设深度直接影响着工程安全的成败,科学、合理的进行冲刷深度计算是堤防工程设计的重要内容。传统的堤防工程冲刷计算没有的固定的计算公式,而河床的冲刷计算受冲刷影响因素比较大,准确计算的难度也比较大。必须提出一种合理、固定、相对准确的冲刷公式,来满足实际工程设计需求的堤身高度和安全埋深。

1 堤防工程基础冲刷计算现状

目前,在水利工程建设中关于河道治理、冲刷、防洪工造物的建设设计等计算公式很多,由于不同地段、不同河流差异性比较大,所以在计算公式上也各有不同。冲涮计算公式一般都是根据特定河段、特定边界条件建立的,所以应用起来局限性比较大。如果某一河段,河段特性千差万别,就很难找到合适的计算公式。所以在世纪的工程设计

中,公式的应用不能死搬硬套,要根据实际情况灵活运用,合理调整计算参数,掌握河流实际冲刷的大量数据,建立适合本工程的计算公式,确保工程建设的安全。

2 冲刷深计算

在实际工程计算中,堤防基础工程冲刷计算一般分为水流平行于岸坡和水流斜冲案坡两种工程状况。其中水流平行于岸坡的冲刷一般发生在两个弯道之间的过渡段,水流斜冲岸坡的冲刷一般发生在河流弯道的凹岸,这种冲刷一般冲刷情况比较严重。

2.1 水流平行于岸坡冲刷深度计算

这种冲刷的计算公式一般是依据《堤防工程设计规范》附录中的公式进行相关的计算。具体计算公式如下:

hB=hp+[(Vcp/V允)n-1]

这种冲刷公式物理意义比较模糊,量纲标准不一致,有很多的计算错误存在,比如公式中各项计算指标物理意义不变,正确的公式应该为:

hB=hp+hp[(Vcp/V允)n-1] (1)

此公式中hB表示工程的局部冲刷深度,生m来表示,从水面开始计算；如果从冲刷外滩面开始算起,则hB=hp+[(Vcp/V允)n-1]；hp表

示冲刷出的水深程度,单位用m来表示,以近似设计水位最大深度来代替；Vcp代表河流的平均流速,单位用(m／s)来表示；V允代表河床面上的允许不冲流速(m／s)；N与防护岸坡在平面上的形状有关,一般取n=l／4。然后根据工程河段的实际河道横断面以及工程区内河道大断面,进行冲刷深度的计算。

另外,还有一种公式为桥渡“64-1”公式计算:

hp={A(Q/μL)(hmax/h)5/3/E·d1/6}3/5(2)

这个公式中,hp为直段一般冲刷后的最大水深,单位用m来表示,从水面开始算起；Q为设计流量,单位为(m3／s)；L为河道治理平均宽度,单位也用m来表示；h为河道平均水深,单位为m；d为河床土壤平均粒径,单位为mm;μ为水流压缩系,μ=1- 0.375V/L,经过计算得μ=0.99；A为河道单宽流量集中系数,经过计算得A=1.41;E为往年汛期月最大平均值参数,E=0.66。

在水利工程的相关建设中,以上两种冲刷公式都可以利用,但是在计算中也存在一定的缺陷,公式（1）中的计算结果偏小,故此公式一般比较适合稳定河段的大水位、小流速河流,如果运用于浅水、流速大的河流,很存在比较大的误差；公式(2)对平原、山区稳定、游荡性河流各种水位、流速的计算都比较适合。依据此公式计算,确定的堤防基础工程基础埋深值与往年实际治理河堤基础埋深值相差不大。

2.2 水流斜冲岸坡冲刷深计算

水流斜冲岸坡产生的冲刷按照《堤防工程设计规范》(GB50286一98)附录D中的公式进行计算,计算公式为:

此公式中,hp为从河底算起的局部冲深,单位用m表示；t为水流流向与岸坡的交角,单位用度来表示；d为坡脚处土壤计算粒径,单位用cm来表示。对非粘性土,取大于15％(按重量计)的筛孔直径；Vj 为水流的局部冲刷流速。结合堤防基础工程平面布置图,经过合理的分析,选择适合的斜冲段河道横截面。进行水流斜冲防护岸坡产生的冲刷深度计算,冲刷深度计算见表1,本设计局部冲刷深度取1.76 m。

3 基础埋深复核

在堤防工程基础冲刷计算中,计算的准确性关系到堤防基础护脚埋深的选择,在设计时要根据堤防的实际情况,尽量满足最大河床冲刷深度要求。在工程运行过程中进行成果复核,观察工程建设对对整个河道的河势是否有影响。针对不同的工程选用不同的计算公式,结合实际需要,才能更加有利于工程设计的顺利完成。

4 结语

目前,对于堤防工程基础冲刷计算,一些文献或者书籍因为传抄等原因导致公式错误。不准确的现象时有发生,致使设计人员在工程设

计之初就是运用错误的公式进行计算,给实际工程建设带来很大的困难。鉴于此工程建设时要依据河道的实际情况,认真分析工程各项参数之间的关系,建立适宜的公式,进行相关计算。另外要加强工程冲刷深度的测量工作,多积累设计经验,为工程建设提供可靠的依据,使工程更加安全。

参考文献

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