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摘要：东辽河五号跌水工程设计是基于实际工程问题进行的设计和计算。文章以《水工设计手册》、《堤防工程设计规范》为标准，基于工程水文地质条件，对跌水拆除重建后的跌水布置、消能形式以及岸坡稳定等进行设计和计算，并对跌水的安全稳定性进行了计算分析。文章研究成果旨在为类似工程设计提供方法参考。
关键词：跌水；岸坡稳定；计算；消能形式
1工程概况
五号跌水位于梨树县东河镇王平房村境内，河道大横断CS39～CS40上。该跌水建于1976年，1986年进行过一次加固维修，原设计跌水形式为一级跌水，堰形为干砌石宽顶堰。2010年，东辽河遭遇洪水袭击，造成五号跌水彻底毁坏，堰顶块石冲至下游150m范围内。堤岸遭受冲刷，两岸模袋砼护坡已严重损毁，堤坡坍塌，河床下切严重，上下游均有冲坑出现，冲坑最深处可达2m，对东辽河两岸造成严重威胁。因此五号跌水的拆除并重建是十分有必要的。
2工程任务及规模
本次设计在汲水河与兴开河之间，水毁修复重建五号跌水。设计标准为10年一遇洪水，相应流量为338m3/s；相应跌水建筑物工程级别为5级，护岸工程级别为5级。
3工程总布置
跌水修建由主体消能建筑物、上游护岸段和下游护岸段三个部分组成。主体消能建筑物由进口护砌段、渐变段、跌水缺口段、消力池段、海漫段组成，总长为131m，下部为钢筋砼结构，上部采用格宾石笼护岸；上游护岸段采用格宾石笼护底和护坡，护底长6m，护坡坡比为1：2.5，总长543m，其中左岸护岸长423m，右岸护岸长120m；下游护岸段采用格宾石笼护底和护坡，护底长6m，护坡坡比为1：2.5，总长146m，其中左岸护岸长74m，右岸护岸长72m。
3.1进口护砌段。进口护砌段长20m，在进口护砌段首部设干砌石防冲槽。进口护砌段采用格宾石笼护底和护坡，护底顶高程为170.00m，护岸设计顶高程为175.33m。若原地面高程高于175.33m，则护砌至原地面高程。格宾石笼护底底宽从56m收缩到50m，护坡坡比为1：2.5，护坡顶部设格宾石笼封顶。
3.2渐变段。渐变段长18m，采用格宾石笼护底，护底顶高程为170.00m，底宽从50m收缩到45m。渐变段两侧采用八字墙结构，下部为悬臂式钢筋砼挡土墙，墙顶高程为172.00m。挡土墙后接水平段护坡与岸坡护坡相接，水平段护坡及岸坡护坡采用格宾石笼护砌，岸坡护坡坡比为1：2.5。岸坡护坡顶部设格宾石笼封顶，护砌顶高程为175.70m。3.3跌水缺口段跌水缺口段采用复合式跌水，跌差为3m。跌水下部采用钢筋砼结构，上部采用格宾石笼护砌。护砌顶高程为175.70m。跌水钢筋砼结构采用矩形断面，堰顶高程170.00m。跌水底板采用钢筋砼，两侧为悬臂式钢筋砼挡土墙，墙顶高程为172.00m。跌水建筑物是采用阶梯型钢筋砼结构，台阶宽2.5m，高0.5m。挡土墙后接水平段护坡与岸坡护坡相接，水平段护坡及岸坡护坡采用格宾石笼护砌，岸坡护坡坡比为1：2.5。岸坡护坡顶部设格宾石笼封顶，护砌顶高程为175.70m。
3.4消力池段。消力池段池长15.5m，宽45m，深1m，底板顶高程为167.00m。消力池段底板采用钢筋砼，底板上梅花形布置排水孔；两侧为悬臂式钢筋砼挡土墙，墙顶高程为172.00m，挡土墙上设有一排排水孔。挡土墙后接水平段护坡与岸坡护坡相接，水平段护坡及岸坡护坡采用格宾石笼护砌，岸坡护坡坡比为1：2.5。岸坡护坡顶部设格宾石笼封顶，护砌顶高程为175.70m。
3.5海漫段。海漫段长60m，采用格宾石笼护底和护坡，护底顶高程为168.00m，护岸设计顶高程为174.47m，若原地面高程高于174.47m，则护砌至原地面高程。格宾石笼护底底宽从45m扩散到47.5m，护坡坡比为1：2.5，护坡顶部设格宾石笼封顶。在海漫段尾部设干砌石防冲槽。
4水力计算
4.1消能计算。跌水消能防冲形式设计为底流消能，消力池长度、深度计算及海漫长度、冲刷坑深度计算按《水力计算手册》中公式计算。消力池深度d按下列公式计算：经计算跃后水深小于下游水深，不需修建消力池，本次按构造要求设置1.0m深消力池。消力池长度上Lsj计算：消力池长度计算成果见表2。经计算消力池长度为15.69m，本次选取18m。消力池底板厚度按如下计算公式：经计算消力池底板厚度t=0.60m，本次选取0.8m。经计算，海漫段长度Lp=54m，本次选取60m，冲刷坑深度选取2.5m。
4.2海漫长度Lp计算经计算，海漫段长度Lp=54m，本次选取60m，冲刷坑深度选取2.5m。
4.3挡土墙计算。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）及地质报告，土基上防洪墙的稳定安全系数及基底应力最大值见表3。五号跌水选取消力池最高挡土墙高度最大的断面进行稳定计算。抗滑稳定计算公式如下：经计算本次跌水挡墙设计抗滑稳定安全系数Kc=1.42，抗倾稳定安全系数K0=5.1，地基承载力为151kPa，从计算结果可以看出，本次设计挡墙满足规范规定的抗滑、抗倾和地基承载力稳定要求。
5结束语
本设计跌水消能防冲形式设计为底流消能，通过水力计算、结构计算，确定其消力池长度、深度，海漫长度及冲刷坑深度的选取。根据《堤防工程设计规范》，对挡墙的抗滑、抗倾和地基承载力的安全稳定性及格宾石笼护砌岸坡的抗滑稳定和冲刷深度进行计算。通过多方面计算分析以保证五号跌水拆除重建的稳定性和合理性。
参考文献：
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[2]高玉菊，等.东辽河洪水特性及防御对策[J].东北水利水电，1998（08）：3-5.
[3]曹延明.东辽河7号跌水复核设计与实践[J].吉林水利，2015（12）：12-14.
作者:王硕 单位:吉林省水利水电勘测设计研究院
