CN104005367B - 一种山区河流丁坝航道整治防护方法 - Google Patents

一种山区河流丁坝航道整治防护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种山区河流丁坝航道整治防护方法，包括以下步骤：(1)先按照航道走势、规划线形并依据河流的水文特征、河床物质组成、冲淤演变特征确定航道整治水位及航道整治线宽度；(2)根据滩险的碍航特征，整治线宽度确定丁坝的位置及长度；其特征在于，还包括以下步骤：(3)铺设坝体结构；在坝体背水坡铺一层扭王字块；(4)进行坝头护底；(5)进行坝根护底；(6)设置护岸结构。本发明特别适合山区河流丁坝航道整治防护方法，能提高丁坝坝根和坝头的自身强度，能抵抗更强的水流冲击力，延长整体寿命，并具有防止泥沙淤积、稳固河床作用，保护生态环境、安全泄洪的特点。

Description

一种山区河流丁坝航道整治防护方法
技术领域
本发明属于河流治理领域，具体涉及一种山区河流丁坝航道整治防护方法。
背景技术
丁坝是用于河流治理的水工建筑，因为它一端与河(海)岸相接，另一端伸到水域中，与堤岸构成“丁”字形，因此叫丁坝。丁坝的主要功能为保护河岸不受来流直接冲蚀而产生掏刷破坏，同时它也在改善航道、维护河相以及保护水生态多样化方面发挥着作用。它能够阻碍和削弱斜向波和沿岸流对海岸的侵蚀作用，促进坝田淤积，形成新的海滩，达到保护海岸的目的。丁坝的坝体截面呈上窄下宽的梯形，一般由坝头、坝身和坝根三个部分组成。
随着流域经济社会的发展，特别是在西部大开发过程中，水上交通的重要性不可忽视。到目前为止，水上运输任然是最经济、最环保的交通运输方式。特别是在中国中西部地区，铁路公路运输成本大，又有长江黄金水道，所以对长江上游的开发越来越受到政府的重视。2014年4月，***总理在重庆主持召开座谈会，研究依托黄金水道建设长江经济带，为中国经济持续发展提供重要支撑。会上指出“长江货运量已位居全球内河第一，但还有很大潜力。要更加注重发挥水运成本低、能耗少的竞争优势，加强航道疏浚治理，提高通航标准，推广标准化船型，增强长江运能。”
但是长江上游流域河道大都具有山区河流的特点，即比降大、洪水暴涨暴落、流速大、流态紊乱，卵砾石运动剧烈，滩险众多等特点。在治理滩险过程中，势必会普遍使用丁坝这种航道整治建筑物，但是丁坝易水毁,坝头和坝根是重点水毁部位。在做丁坝的防护结构时，为延长丁坝的使用寿命，传统的设计理念受到了冲击，必须提出新的设计思路来满足工程建设的需要。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种适合山区河流丁坝航道整治防护方法，使得这种方法能提高丁坝坝根和坝头的自身强度，能抵抗更强的水流冲击力，延长整体寿命，并具有防止泥沙淤积、稳固河床作用，保护生态环境、安全泄洪的特点。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种山区河流丁坝航道整治防护方法，包括以下步骤：
(1)先按照航道走势、规划线形并依据河流的水文特征、河床物质组成、冲淤演变特征确定航道整治水位及航道整治线宽度；
(2)根据滩险的碍航特征，整治线宽度确定丁坝的位置及长度；
其特征在于，还包括以下步骤：
(3)铺设坝体结构；即确定丁坝的位置和长度后，在枯水季节时，先在该位置铺设若干300kg左右大小的块石堆积形成坝体，坝体迎水坡坡度为1：2左右，背水坡坡度为1：3左右；坝顶宽度为3m左右，在距离坝头14m左右处逐渐变宽为5m左右，渐变距离为4m，坝头以1：4左右的坡度放坡至河床；坝体表面高出水面，然后在坝体顶面现浇一层0.3m左右厚的混凝土；混凝土中向下***设置若干钢筋，钢筋伸入块石不小于0.5m左右，钢筋直径为16mm左右，钢筋之间间距为0.25m左右；然后在坝体背水坡铺一层扭王字块；
(4)设置护岸结构。
上述技术方案中，对于现有技术做出突出贡献的地方，主要在于坝体结构的独特设置，其中，先采用300kg左右大小的块石堆积形成坝体，这样，可以方便坝体的设置，同时使得坝体具有足够的强度和水流冲击抵抗力，保证坝体稳定可靠，坝体的数据为根据经验和水力实验获取，适应山区河流的水力条件，能够提高坝体稳定性并延长坝体寿命，坝体顶部现浇一层0.3m左右厚的混凝土，并***钢筋提高了坝体整体性，进一步加强了坝体抗冲击能力。特别是坝体背水坡铺了一层扭王字块，扭王字块是海堤中经常应用作为护堤的一种构件，用于此处，可以极大地提高坝体背水坡的抗冲刷性能，这样当坝体处于被淹没状态时，水流从坝体顶部翻越冲刷而下后，在坝体背水坡上形成跌水后，跌水冲刷到扭王字块上，防止了背水坡被跌水冲刷破坏后进而使得坝体被冲垮，极大地提高了坝体整体强度，并延长了使用寿命。
作为优化，所述步骤3和步骤6之间还依次设置有步骤4和5，具体为：
(4)进行坝头护底；即在坝头位置底部的河床上向外延伸铺设一层扭王字块形成坝头防护结构，所述坝头防护结构俯视方向为上游端长度小于下游端长度的矩形；
(5)进行坝根护底；即在坝根位置底部的河床上向两侧外部延伸铺设一层扭王字块形成坝根防护结构，所述坝根防护结构俯视方向为迎水侧边长小于背水侧边长的三角形。
这样优化后，能够更好地提高丁坝抗冲击能力，经申请人经验总结和探索发现，对于山区河流，丁坝的坝头和坝根处为受冲击力最大的位置，此两处位置最容易受河流冲击而损坏，一般采用抛筑块石进行护底，但在山区河流大流速条件下很快就被冲走，故丁坝坝头和坝根的护底范围和护底材料的选择困扰了几十年。通过实验研究，采用扭王字块构进行护底是较为合适的，可以避免坝体底部被淘刷，能提高其底部抗冲刷能力，避免被冲毁，延长了丁坝整体寿命。
再进一步地，步骤4中，丁坝坝头防护结构的宽度(沿垂直于河岸方向的距离尺寸)可由下面公式进行计算：
Bp/D50＝18.14q* 0.6J0.05(sinθ)
式中：Bp为防护宽度，单位为m；D50为河床床砂中值粒径，单位为m；q*为单宽流量无量纲数，J为丁坝刚淹没时水面比降；g为重力加速度，一般取9.8m/s2；q为单宽流量，单位m2/s；θ为水流冲刷角度，单位度；
丁坝坝头防护结构的长度(顺水流方向的距离尺寸)可由下面公式进行计算：
Lp/D50＝14.3q* 1.0J0.15(sinθ)
式中：Lp为防护长度，单位为m；D50为河床床砂中值粒径，单位为m；q*为单宽流量无量纲数，J为丁坝刚淹没时水面比降；g为重力加速度，一般取9.8m/s2；q为单宽流量，单位m2/s；θ为水流冲刷角度，单位度；其中以坝中轴线为界，坝下游防护长度为0.6Lp；坝上游防护长度为0.4Lp。
这样优化后，充分考虑了主要影响因素流量Q、河道比降J、河床床沙组成D、水流冲刷角度θ的影响，且为无量纲计算方法，能反映河床冲刷的实际情况。
进一步地，步骤5中，坝根防护结构宽度(沿垂直于河岸方向的距离尺寸)应为坝头防护结构宽度的0.8倍；坝根防护结构长度(沿水流方向的距离尺寸)应为坝头防护结构长度的0.6倍；以坝中轴线为界，坝下游防护长度为0.6倍坝根防护结构长度；坝上游防护长度为0.4倍坝根防护结构长度；上下游均形成防护三角区。
这样优化后，充分考虑了坝上游和坝下游的实际冲刷范围，避免了工程材料的浪费，节约工程投资。
作为另一优化，所述步骤6中，护岸结构由干砌块石护坡和现浇混凝土平台所组成；设置护岸结构时首先对护岸范围内的土体进行削坡，坡度为1：3；然后进一步对坡面进行平整，夯实；再进一步铺设300g/m2的土工布；再铺设10cm厚的碎石垫层；最后干砌50cm厚的块石并在上方浇筑形成现浇混凝土平台。
这样优化后，减少了水流对河岸的淘刷，有利于岸坡稳定，且可以种上景观植物，既可以保护生态环境，又可以给予船舶驾驶人员视觉享受。
综上所述，本发明特别适合山区河流丁坝航道整治防护方法，能提高丁坝坝根和坝头的自身强度，能抵抗更强的水流冲击力，延长整体寿命，并具有防止泥沙淤积、稳固河床作用，保护生态环境、安全泄洪的特点。具体地说本发明还具有以下显著优点：
1、通过采用丁坝结构，对坝头、坝根等重点水毁部位进行了加强，能避免高速的水流将坝体底部掏空，抗冲性增大，使用寿命延长。
2、通过采用丁坝结构，有效缩窄了过水断面，避免航道内泥沙回淤，航道水深及航道宽度有所提高，增加船舶通过能力，提高货运量。
3、通过采用丁坝结构，归顺了水流，增加了断面输沙率，本发明能够使河道冲淤基本平衡，防止泥沙淤积，能够避免河道防洪标准的提高。
4、通过采用丁坝结构，减少了水流对河床两侧的淘刷，使河床的稳固性得到加强。
5、通过采用丁坝结构，在护坡上种植绿色植物，既可以保护生态环境，又可以给予船舶驾驶人员视觉享受。
附图说明
图1为本发明俯视方向的结构示意图。
图2为本发明坝体的横截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
具体实施时：如图1和图2所示，一种山区河流丁坝航道整治防护方法，包括以下步骤：
(1)先按照航道走势、规划线形并依据河流的水文特征、河床物质组成、冲淤演变特征确定航道整治水位及航道整治线宽度；
(2)根据滩险的碍航特征，整治线宽度确定丁坝的位置及长度；
上述步骤1和2为现有常规技术，不在此详述。
本发明对于现有技术做出创造性贡献的地方，在于还包括以下步骤：
(3)铺设坝体结构；即确定丁坝的位置和长度后，在枯水季节时，先在该位置铺设若干300kg大小的块石1堆积形成坝体，坝体迎水坡2坡度为1：2，背水坡3坡度为1：3；坝顶4宽度为3m，在距离坝头14m处逐渐变宽为5m，渐变距离为4m，坝头5以1：4的坡度放坡至河床；坝体表面高出水面，然后在坝体顶面现浇一层0.3m厚的混凝土6；混凝土6中向下***设置若干钢筋7，钢筋7伸入块石1不小于0.5m，钢筋7直径为16mm，钢筋7之间间距为0.25m；然后在坝体背水坡3铺一层扭王字块8；
(4)进行坝头护底；即在坝头位置底部的河床上向外延伸铺设一层扭王字块形成坝头防护结构9，所述坝头防护结构9俯视方向为上游端长度小于下游端长度的矩形；
(5)进行坝根护底；即在坝根位置底部的河床上向两侧外部延伸铺设一层扭王字块形成坝根防护结构10，所述坝根防护结构10俯视方向为迎水侧边长小于背水侧边长的三角形；
(6)设置护岸结构，护岸结构由干砌块石护坡和现浇混凝土平台所组成；设置护岸结构时首先对护岸范围内的土体进行削坡，坡度为1：3；然后进一步对坡面进行平整，夯实；再进一步铺设300g/m2的土工布；再铺设10cm厚的碎石垫层；最后干砌50cm厚的块石并在上方浇筑形成现浇混凝土平台11。
其中，步骤4中，丁坝坝头防护结构的宽度(沿垂直于河岸方向的距离尺寸)可由下面公式进行计算：
Bp/D50＝18.14q* 0.6J0.05(sinθ)
式中：Bp为防护宽度，单位为m；D50为河床床砂中值粒径，单位为m；q*为单宽流量无量纲数，J为丁坝刚淹没时水面比降；g为重力加速度，一般取9.8m/s2；q为单宽流量，单位m2/s；θ为水流冲刷角度，单位度；
丁坝坝头防护结构的长度(顺水流方向的距离尺寸)可由下面公式进行计算：
Lp/D50＝14.3q* 1.0J0.15(sinθ)
式中：Lp为防护长度，单位为m；D50为河床床砂中值粒径，单位为m；q*为单宽流量无量纲数，J为丁坝刚淹没时水面比降；g为重力加速度，一般取9.8m/s2；q为单宽流量，单位m2/s；θ为水流冲刷角度，单位度；其中以坝中轴线为界，坝下游防护长度为0.6Lp；坝上游防护长度为0.4Lp。
步骤5中，坝根防护结构宽度(沿垂直于河岸方向的距离尺寸)应为坝头防护结构宽度的0.8倍；坝根防护结构长度(沿水流方向的距离尺寸)应为坝头防护结构长度的0.6倍；以坝中轴线为界，坝下游防护长度为0.6倍坝根防护结构长度；坝上游防护长度为0.4倍坝根防护结构长度；上下游均形成防护三角区。
本发明具有以下显著优点：1、通过采用丁坝结构，对坝头、坝根等重点水毁部位进行了加强，能避免高速的水流将坝体底部掏空，抗冲性增大，使用寿命延长。2、通过采用丁坝结构，有效缩窄了过水断面，避免航道内泥沙回淤，航道水深及航道宽度有所提高，增加船舶通过能力，提高货运量。3、通过采用丁坝结构，归顺了水流，增加了断面输沙率，本发明能够使河道冲淤基本平衡，防止泥沙淤积，能够避免河道防洪标准的提高。4、通过采用丁坝结构，减少了水流对河床两侧的淘刷，使河床的稳固性得到加强。5、通过采用丁坝结构，在护坡上种植绿色植物，既可以保护生态环境，又可以给予船舶驾驶人员视觉享受。

Claims (3)

1.一种山区河流丁坝航道整治防护方法，包括以下步骤：
(1)先按照航道走势、规划线形并依据河流的水文特征、河床物质组成、冲淤演变特征确定航道整治水位及航道整治线宽度；
(2)根据滩险的碍航特征，整治线宽度确定丁坝的位置及长度；
其特征在于，还包括以下步骤：
(3)铺设坝体结构；即确定丁坝的位置和长度后，在枯水季节时，先在该位置铺设若干300kg大小的块石堆积形成坝体，坝体迎水坡坡度为1：2，背水坡坡度为1：3；坝顶宽度为3m，在距离坝头14m处逐渐变宽为5m，渐变距离为4m，坝头以1：4的坡度放坡至河床；坝体表面高出水面，然后在坝体顶面现浇一层0.3m厚的混凝土；混凝土中向下***设置若干钢筋，钢筋伸入块石不小于0.5m，钢筋直径为16mm，钢筋之间间距为0.25m；然后在坝体背水坡铺一层扭王字块；
(4)进行坝头护底；即在坝头位置底部的河床上向外延伸铺设一层扭王字块形成坝头防护结构，所述坝头防护结构俯视方向为上游端长度小于下游端长度的矩形；
(5)进行坝根护底；即在坝根位置底部的河床上向两侧外部延伸铺设一层扭王字块形成坝根防护结构，所述坝根防护结构俯视方向为迎水侧边长小于背水侧边长的三角形；
步骤4中，丁坝坝头防护结构的宽度可由下面公式进行计算：
Bp/D50＝18.14q* 0.6J0.05(sinθ)
式中：Bp为防护宽度，单位为m；D50为河床床砂中值粒径，单位为m；q*为单宽流量无量纲数，J为丁坝刚淹没时水面比降；g为重力加速度，一般取9.8m/s2；q为单宽流量，单位m2/s；θ为水流冲刷角度，单位度；
丁坝坝头防护结构的长度可由下面公式进行计算：
Lp/D50＝14.3q* 1.0J0.15(sinθ)
式中：Lp为防护长度，单位为m；D50为河床床砂中值粒径，单位为m；q*为单宽流量无量纲数，J为丁坝刚淹没时水面比降；g为重力加速度，一般取9.8m/s2；q为单宽流量，单位m2/s；θ为水流冲刷角度，单位度；其中以坝中轴线为界，坝下游防护长度为0.6Lp；坝上游防护长度为0.4Lp。
2.如权利要求1所述的山区河流丁坝航道整治防护方法，其特征在于，步骤5中，坝根防护结构宽度应为坝头防护结构宽度的0.8倍；坝根防护结构长度应为坝头防护结构长度的0.6倍；以坝中轴线为界，坝下游防护长度为0.6倍坝根防护结构长度；坝上游防护长度为0.4倍坝根防护结构长度；上下游均形成防护三角区。
3.如权利要求1所述的山区河流丁坝航道整治防护方法，其特征在于，还包括步骤6设置护岸结构，所述步骤6中，护岸结构由干砌块石护坡和现浇混凝土平台所组成；设置护岸结构时首先对护岸范围内的土体进行削坡，坡度为1：3；然后进一步对坡面进行平整，夯实；再进一步铺设300g/m2的土工布；再铺设10cm厚的碎石垫层；最后干砌50cm厚的块石并在上方浇筑形成现浇混凝土平台。
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