天然河道由于自然屬性有深潭淺灘，有沖有淤，尤其是感潮河段，更為明顯，如何在堤防設(shè)計(jì)中解決堤腳沖刷問(wèn)題，成為設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，本文采用u型板樁很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

1、河段基本情況

奉化江屬高沖刷河道，據(jù)志書(shū)記載：“此段江曲岸回，潮勢(shì)沖激特甚，而內(nèi)河有河漕插入，無(wú)塘則江河通咸，害及田禾，其塘為堵?lián)跸坛眱?nèi)灌而設(shè)，關(guān)系重大”。本工程范圍內(nèi)共有8個(gè)河道轉(zhuǎn)彎段，其中包括史書(shū)記載“屢筑屢圮（注：pǐ，塌壞，倒塌）”的狗頸塘，近年來(lái)常有險(xiǎn)情出現(xiàn)的聯(lián)豐村段、黃隘村段、翻石渡、14#砂廠碼頭及電鍍城段。根據(jù)最新測(cè)量地形圖，現(xiàn)狀河道凹岸沖刷深度約為14m左右，部分轉(zhuǎn)彎半徑相對(duì)較小的河段，沖坑深度達(dá)18m以上，沖刷現(xiàn)象較為嚴(yán)重。奉化江上游主支流洪水全面歸槽后，奉化江干流沖刷現(xiàn)象將進(jìn)一步加劇，為保障工程的安全運(yùn)行，需根據(jù)規(guī)劃條件下奉化江干流水流特點(diǎn)，合理確定“沖刷段”。然而由于奉化江尚未建立沖刷模型進(jìn)行分析計(jì)算，因此本階段工程沖刷段主要根據(jù)水流特點(diǎn)、現(xiàn)狀河床情況以及我院在其他工程項(xiàng)目評(píng)估中的基本結(jié)論進(jìn)行判斷，并歸納出本段奉化江的流速分布特點(diǎn)和范圍作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。

2、沖刷初步計(jì)算

所謂“沖刷”是指水流對(duì)河床的沖蝕淘刷過(guò)程。河床泥沙在水流作用下，向下游搬移而引起河床降低或岸線后退。凡水流的挾沙能力大于上游的來(lái)沙量時(shí)，河床都發(fā)生沖刷。沖刷又分為在河床上較普遍發(fā)生的一般沖刷和受工程影響而發(fā)生的局部沖刷。受工程影響的沖刷多見(jiàn)于橋墩、丁壩等段，河道彎曲的凹岸也是沖刷比較嚴(yán)重段。在地球偏向力作用下，河道一岸發(fā)生侵蝕作用，另一岸發(fā)生堆積作用，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)生會(huì)使河道逐漸偏向侵蝕岸（凹岸）一邊，從而形成自由河渠。

根據(jù)奉化江現(xiàn)狀河床情況、岸坡沖—淤情況、歷年拋石護(hù)腳情況以及規(guī)劃情況下水流變化情況，以及我院在其他工程項(xiàng)目評(píng)估中的基本結(jié)論，確定“沖刷段”，局部最大流速為斷面平均流速的1.55~2.0倍。

左岸KL0+000~KL0+300，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為133m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-13.8m，規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2498m3/s，河道平均流速為2.08m/s，局部最大流速可能達(dá)到3.74m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.8）；

右岸KR2+000~KR3+580，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為416m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-11.58m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2460m3/s，河道平均流速為1.9m/s，局部最大流速可能達(dá)到3.04m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.6）

左岸KL3+250~KL3+900，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為211m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-14.10m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2445m3/s，河道平均流速為1.6m/s，局部最大流速可能達(dá)到2.72m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.7）

右岸KR5+750~KR6+550，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為274m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-10.89m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2432m3/s，河道平均流速為1.8m/s，局部最大流速可能達(dá)到3.06m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.7）

左岸KL5+780~KL6+400，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為164m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-14.58m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2430m3/s，河道平均流速為1.5m/s，局部最大流速可能達(dá)到2.55m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.7）

右岸KR7+450~KR8+200，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為116m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-17.7m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2422m3/s，河道平均流速為1.6m/s，局部最大流速可能達(dá)到3.04m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.9）

左岸KL7+200~KL8+000，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為248m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-12.3m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2417m3/s，河道平均流速為1.9m/s，局部最大流速可能達(dá)到3.23m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.7）

右岸KR9+380~KR9+887.61，該段河道最小轉(zhuǎn)彎半徑為195m，現(xiàn)狀沖坑最深高程為-12.05m；規(guī)劃50年一遇該段設(shè)計(jì)流量為2413m3/s，河道平均流速為1.7m/s，局部最大流速可能達(dá)到2.89m/s（按照經(jīng)驗(yàn)系數(shù)1.7）。以上沖刷嚴(yán)重堤段，堤線布置中盡可能退堤，在退堤困難的地方，應(yīng)加大河岸、堤腳的防護(hù)措施。

3、沖刷段抗沖設(shè)計(jì)

3.1、基本原則

由于對(duì)奉化江規(guī)劃狀況下河勢(shì)變化了解的有限性，堤防整治不可能“一勞永逸”，因此本次堤防整治設(shè)計(jì)中，考慮到可能出現(xiàn)的深弘線擺動(dòng)和下切、沖刷段范圍擴(kuò)大，沖淤平衡不穩(wěn)定等情況，同時(shí)結(jié)合工程總投資問(wèn)題，確定本次堤防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以“歲修”為基礎(chǔ)，即每年汛期加強(qiáng)日常檢查并有計(jì)劃地對(duì)各種建筑工程進(jìn)行的維修和養(yǎng)護(hù)工作，堤防管護(hù)與堤防整治相結(jié)合，合理控制投資的情況下，做到堤防的“長(zhǎng)治久安”。

3.2、沖刷深度計(jì)算

根據(jù)奉化江現(xiàn)狀河床情況、岸坡沖刷情況、歷年拋石護(hù)腳情況以及規(guī)劃情況水流變化情況，本章5.2.2.2節(jié)及表5-1已確定現(xiàn)狀沖坑深至-10.0m以下、規(guī)劃局部流速超過(guò)2.5m/s的“嚴(yán)重沖刷段”共計(jì)8處，局部最大流速超過(guò)3.7m/s。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)這些“嚴(yán)重沖刷堤段”進(jìn)行堤岸沖刷深度計(jì)算，其中：

①順壩及平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式為：

 （5-2）

式中：hB——局部沖刷深度（m），從水面算起；

hp——沖刷處的水深（m），以近似設(shè)計(jì)水位最大深度代替；

Vcp——平均流速（m/s）；

V允——河床面上允許不沖流速（m/s）；

n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，一般取n=1/4；

②水流斜沖防護(hù)岸坡產(chǎn)生的沖刷計(jì)算公式為：

（5-3）

式中：Δhp——從河底算起的局部沖深（m）；

α——水流流向與岸坡交角（度）；

m——防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)；

d——坡腳處土壤計(jì)算粒徑（cm）；

Vj——水流的局部沖刷流速（m/s）；

根據(jù)以上公式，結(jié)合奉化江8段沖刷段的實(shí)際情況，對(duì)堤岸沖刷深度進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算成果詳見(jiàn)表3-1。

表3-1   沖刷段堤岸沖刷深度計(jì)算成果表

注：沖刷深度起算點(diǎn)均為0.00m

3.3、沖刷段堤岸抗沖設(shè)計(jì)

據(jù)志書(shū)記載：奉化江“江曲岸回，潮勢(shì)沖激特甚，而內(nèi)河有河漕插入，無(wú)塘則江河通咸，害及田禾，其塘為堵?lián)跸坛眱?nèi)灌而設(shè)，關(guān)系重大”。其中北岸有一段名曰“狗頸塘”，“其地置烏金、積瀆兩碶之下，行春碶之上”，“外江內(nèi)河，中限以塘，御咸蓄淡，恃為巨防。”該處地勢(shì)險(xiǎn)要，當(dāng)?shù)匕傩丈钍芷浜?，以前亦曾筑過(guò)土塘，但屢筑屢圮。狗頸塘上游有風(fēng)棚碶，下有水菱池碶，從整條河流地勢(shì)來(lái)看，狗頸塘又處于低洼地段，因此外遭江潮沖激，內(nèi)受洪水泄排之患，《鄞縣通志》稱(chēng)該處是最為緊要地帶。

從測(cè)量斷面上看，狗頸塘（KL7+200~KL8+000段）外不過(guò)3米即是深漕，橫斷面坡比陡過(guò)1:1，非常險(xiǎn)要（參見(jiàn)測(cè)量斷面），表5-9中所述8段岸線外10m內(nèi)為深槽的還有3處，分別為KR2+000~KR3+580、KR5+750~KR6+550、KR7+450~KR8+200，其余4段均為退堤段，但新岸線位置距離深槽也不超過(guò)20m。由于奉化江凹岸沖刷嚴(yán)重，雖每年拋石防護(hù)堤腳，但每逢較大洪水過(guò)后都有局部堤防出現(xiàn)較深沖坑，雖堤防未垮塌，但險(xiǎn)情頻出，若