孟良河渠道倒虹吸进出口导流堤工程设计
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摘 要：以孟良河渠道倒虹吸为实例，详细介绍了渠道倒虹吸进出口导流堤结构布置型式，局部冲刷计算、防冲墙稳定计算等内容。
关键词：倒虹吸；导流堤；局部冲刷；防冲墙
中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：
1 导流堤设计
导流堤是平顺河道水流的制导建筑物。孟良河在本河段属平原河道，河床狭窄，河床宽约25m,遇较高标准洪水及出槽漫溢行洪。工程建成后使行洪断面大大缩窄，出槽水流被阻断后，形成沿总干渠的横向流，造成在行洪口门处水流流态不好。300年、100年洪水时壅水高度分别为0.3m、0.48m，为确保建筑物进出口安全并尽量使水流平顺，所以在倒虹吸进、出口设导流堤导流。进出口导流堤的结构形式相同，堤顶宽度3m，高程77.6m，内外边坡均为1：2，在转角出用半径15m圆弧相连。
2 防护设计
尽管本工程采用了圆弧导流堤，但由于孟良河倒虹吸阻断流量较大，洪水在归槽过程中产生的横向流亦较大，依然存在冲刷问题，必须采取防护措施。鉴于孟良河倒虹吸管身采用“深埋”方案，因此只需对导流堤进行防护。
2.1 导流堤局部冲刷深度确定
导流堤头部局部冲刷根据《公路桥位勘测设计规范》按照以下公式计算：
式中： — 导流堤头局部冲刷深度（m）；
—上游导流堤头部端点至岸边距离在垂直水流方向上的投影长度，取97.5m；
—导流堤头部的冲刷前水深（m），取2.11m；
—导流堤头部的冲刷前垂线平均流速（m/s）,2.36m/s；
—-河床泥沙起动流速（m/s）；
—-河床质平均粒径，根据钻孔资料取0.042mm；
—堤头泥沙始冲流速（m/s）；
—导流堤头部边坡对冲刷深度的折减系数，；
—导流堤头部边坡系数, 。
计算得300年一遇洪水导流堤头部局部冲刷深度为6.20m，相应冲刷线底高程66.80m。为确保行洪口门防冲要求，在建筑物进出口渐变段及闸室段范围内的导流堤表面护砌50cm厚浆砌石，且在坡脚采取了两种防护措施：水平铺设宽度10m，厚1.0m的钢筋石笼；打入桩径0.6 m的钻孔灌注桩墙垂直防冲墙。防冲墙混凝土强度等级为C25。墙顶高程70.5m，墙体最大挡土高度为3.7m。
3 防冲墙稳定计算
最不利计算工况为：洪水退去，冲坑形成。为满足防冲墙稳定要求，墙体应有一定的插入深度，其最小插入深度的确定依据力的平衡来求解，即墙前被动土压力与墙后主动土压力保持平衡。计算简图见图1。
图1防冲墙稳定计算简图
3.1 土压力计算
3.1.1 主动土压力
根据朗肯土压力理论进行计算，计算公式如下：
粘性土：
无粘性土：
式中：— 主动土压力（kPa）；
— 填土的重度（kN/m3）；
—主动土压力系数，；
—墙后填土的粘结力（kPa）；
—计算点深度（m）；
3.1.2 被动土压力计算
根据朗肯土压力理论进行计算，计算公式如下：
粘性土：
无粘性土：
式中：—被动土压力（kPa）；
—被动土压力系数，；
3.2 稳定计算
计算原则为所有外力均对C点取矩，被动土压力产生的力矩须大于主动土压力产生的力矩，即应满足下式：
式中：—主动土压力区第i层土压力之和；
—主动土压力区第i层土压力重心至取矩的的距离；
—被动土压力区第j层土压力之和；
—被动土压力区第j层土压力重心至取矩的的距离；
经计算，墙体插入深度为5.0m，考虑一定的安全储备，防冲墙墙高取为10m，墙底高程为60.5m。
4 结论
防冲墙稳定分析时采用悬臂式板桩计算理论，上部悬臂挡土，下部嵌入坑底下一定深度作为固定。虽然计算模型与实际情况之间存在一定差异，但计算方法简单，且又考虑了一定的安全储备，因此计算精度完全能保证工程安全运用。
参考文献 ：
JTJ 062-91，公路桥位勘测设计规范［S］
龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册［K］
陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学［K］
陈希哲.土力学地基基础［K］
[作者简介]赵文利（1969-），男（汉族），河北吴桥县人，高级工程师，主要从事水利水电设计工作。