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摘要：堤防工程冲刷深度是堤防工程设计所涉及的重要参数，其与堤顶超高、水面线推算、堤身护坡稳定计算共同构成堤防工程断面设计的计算要素，合理选择计算公式确定不同冲刷形势下的冲刷深度计算是堤防工程防护及防洪的关键。本文对堤防工程基础冲刷深度的计算与应用进行探讨。
关键词：堤防工程；基础冲刷深度；计算
一、工程概况
某工程，全长155.23km，主要根据防御长江1954年型洪水设计，沿皖河流域堤段则按皖河50年一遇洪水防洪标准设计加固。同马大堤当前穿堤建筑物19座，其中包括杨湾闸、华阳闸和皖河闸等3座中型水闸，同马大堤对应外滩圩15个，圩堤长度78.8km。
二、堤防冲刷深度计算
堤防工程冲刷计算包括水流平行于岸坡和水流斜冲岸坡两种不同工况，由于堤防工程建设的特殊性，在其堤防冲刷深度计算过程中两种工况均有所涉及。同马大堤堤防工程堤身型式为碾压砂砾石梯形断面，迎水面1∶1.5且采用C15砼防护，厚度0.25m~0.50m，堤顶宽3.5m，背水面边坡1∶1.25，堤脚防护采用宽×高为1.0m×0.7m的C15砼。堤防冲刷深度计算沿用《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）所给出的堤岸冲刷深度公式，并选择工程15个断面计算冲刷深度。
2.1水流平行岸坡冲刷深度计算
2.1.1依据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）计算这种冲刷工况通常发生在两个弯道过渡段或半径较大的微弯曲河段。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）附录中D.2.2-1公式，河段水流平行岸坡的冲刷深度按下式计算：
这一公式物理意义不明确，量纲不统一，规范引用错误，如若公式中各变量的物理意义不变，则应表示如下：
式中：hB表示局部冲刷深度，应从水面线算起，m；hP表示冲刷位置水流深度，m，取设计水位最大深度；Vcp表示流速均值，m/s；V允表示河床所允许不冲流流速，m/s；n表示防护岸坡平面形状，取n=1/4。
同马大堤工程实测河道断面15个，冲刷深度计算结果见表2。
表2 依据《堤防工程设计规范》的冲刷深度计算结果（50年一遇洪水）
2.1.2依据一般冲刷深度生产试用公式计算
一般冲刷深度生产试用公式如下：
式中：hP表示水流平行岸坡最大冲刷深度，m；Q表示设计流量，m3/s；L表示河段宽，m；hmax表示河道最大水深，m；h表示河道水深均值，m；A表示单宽流量集中系数，取A=1.39；E表示流域汛期月最大含沙量均值相关参数，取E=0.59；d表示流域河床土壤粒径均值，mm；μ则为水流压缩系数，取μ=0.987。
水流平行岸坡冲刷深度计算结果见表3。
通过采用上述两种计算方式计算同马大堤工程堤防冲刷深度及计算结果的对比可知，依据《堤防工程设计规范》的冲刷深度计算结果偏小，主要原因在于该公式对于平原和山区稳定河段水位大、流速小的流域更为适用，而对于本工程河段水深小、流速大的情况则结果偏小，存在一定误差。工程所在皖河流域呈变迁性河流态势，河道水量小，河床在长期造床流量的影响下引发河相的变化，使河流蜿蜒曲折，主流摇摆变动，水流斜冲频繁，淘蚀护岸。而采用一般冲刷深度生产试用公式对于平原、山区稳定河流，变迁游荡型河流不同水位和流速均适用，所得基础冲刷深度计算结果和流域历年河堤治理基础埋深完全吻合。根据一般冲刷深度生产试用公式计算结果，从水面起算的基础冲刷深度hP=3.16m~3.95m，河滩以下冲刷深度为2.23m~2.73m。为确保计算结果的合理性与适用性，依据《安徽省怀宁长江河道堤防工程初步设计报告》，本堤防工程设计复核基础冲刷深度选用一般冲刷深度生产试用公式计算结果，即河滩以下冲刷深度设计值2.73m。
表3 一般冲刷深度生产试用公式计算结果（50年一遇洪水）
2、水流斜冲岸坡冲刷深度计算
此种冲刷工况一般出现在河流弯道凹岸，淘蚀严重河段。本堤防工程水流斜冲岸坡冲刷深度按照《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）中公式D.2.2-2进行计算，具体如下：
式中：ΔhP表示由河堤起算的局部冲刷深度，m；α表示水流流向与岸坡夹角，°；m表示堤防工程建筑物迎水面边坡系数；d表示坡脚位置土壤计算粒径，m，对于非粘性土而言，重量＞15%的筛孔直径取0.02m；Vj表示局部冲刷水流流速，m/s。
水流斜冲岸坡冲刷深度值比水流平行岸坡冲刷深度值大，而且斜冲岸坡冲刷深度与斜冲角度存在直接关系，皖河河流富有变迁游荡型特征，主流迁徙变换，摆动幅度很大，堤防工程恰恰位于河段弯曲性河道位置，水流冲刷主要表现为斜冲。借鉴皖河流域现有堤防冲刷深度并考虑一定的堤防安全值，其实际基础埋深应为深泓线以下4.0m。
结束语
本文分析所提出的冲刷深度运行实施效果良好，但是为了有效解决河堤基础冲刷所显现出的外露现象及其对河堤运行安全可能造成的不利影响，必须在各断面平斜冲值及冲刷深度计算值选取的基础上以斜冲结果为依据，根据主河槽的分析确定夹角α的取值，而非根据设计堤线平顺度进行水流斜冲岸坡冲刷深度计算，同时必须充分参考近似河段已建堤防工程运行现状综合考虑原基础埋深设计值是否满足堤防运行要求。
参考文献
[1]唐科屹.堤防工程基础冲刷深度计算与护坦抗冲运用[J].工程技术研究，2018（16）：221-222.
[2]胥东.莎车县先巴扎防洪工程堤防设计与复核计算[J].陕西水利，2017（03）：81-83+88.
论文作者:苏世霞,赵栋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/6
标签：堤防论文; 深度论文; 工程论文; 水流论文; 河段论文; 公式论文; 基础论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;