1.河床穩(wěn)定計(jì)算及河相分析
1.1.河床穩(wěn)定計(jì)算
河床穩(wěn)定指標(biāo)可采用橫向穩(wěn)定指標(biāo)、縱向穩(wěn)定指標(biāo)及綜合穩(wěn)定指標(biāo)3種形式分析，以確定河道特性。
1.1.1.河道橫向穩(wěn)定分析
河道橫向穩(wěn)定系數(shù)按下式計(jì)算:
式中：
橫向穩(wěn)定系數(shù)；
Q造床流量，m3/s；
J河床比降；
B相當(dāng)于造床流量的平攤河寬，m。
1.1.2.河道縱向穩(wěn)定分析
水流對(duì)河床泥沙的拖曳力與床面泥沙抵抗運(yùn)動(dòng)的摩阻力之間的相互作用，決定河床的縱向穩(wěn)定性。根據(jù)黃河水利出版社出版《治河及泥沙工程》中河道縱向穩(wěn)定系數(shù)采用愛因斯坦水流強(qiáng)度函數(shù)按下式計(jì)算：
式中：
縱向穩(wěn)定系數(shù)；
D床沙平均粒徑，mm；
J河床縱比降；
H河流平攤水深，m。
1.1.3.綜合穩(wěn)定指標(biāo)
綜合穩(wěn)定指標(biāo)是綜合考慮河床的縱、橫向穩(wěn)定性。建議采用的公式為
1.2.河床演變分析與河相關(guān)系
調(diào)查工程區(qū)河道歷史主流及河道變遷，分析工程區(qū)河道形態(tài)。共分為蜿蜒型河道、游蕩型河道兩種形式。
蜿蜒型河段一般凹岸崩退，凸岸淤長，凹岸深槽和過渡段淺灘在年內(nèi)發(fā)生互相交替的沖淤變化。
游蕩型河道的河岸及河床抗沖性較差，從長距離來看河道往往呈藕節(jié)狀，其中窄段水流歸順，有控制河勢(shì)的作用，寬段則河床寬淺，洲灘密布，汊道交織，水流散亂，主流遷徙不定。河道的平面狀態(tài)可用“寬、淺、散、亂”四個(gè)字概括。
在水流長期作用下形成的河床，其形態(tài)有一定的規(guī)律，大量資料表明，表征河床形態(tài)的水
深、河寬、比降等，與來水來沙條件及河床地質(zhì)條件之間，有一定函數(shù)關(guān)系，這種關(guān)系便稱為河相關(guān)系。
根據(jù)俄羅斯國立水文所提出公式，河道橫斷面河相關(guān)系公式為:
式中:
ξ河相相關(guān)系數(shù)；
B造床流量下的水面寬（m）；
H造床流量下的平均水深（m）；
（蜿蜒型河道ζ約為2~4，較為順直的過渡性河段約為8~12，游蕩型河道ζ約為20~30）
2.護(hù)岸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1.護(hù)岸頂高程確定
根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）（以下簡稱《堤防規(guī)范》）要求，堤頂高程為設(shè)計(jì)洪水位加超高值確定。堤頂超高按下式計(jì)算：
式中：
Y堤頂超高(m)；
R設(shè)計(jì)波浪爬高(m)；
e設(shè)計(jì)風(fēng)壅水面高度(m)；
A安全加高(m)。
a)當(dāng)斜坡坡率時(shí)，設(shè)計(jì)波浪爬高R可按下式計(jì)算:
式中：
Rp——為累積頻率為P的波浪爬高(m)；
——為斜坡的糙率及滲透性系數(shù)，時(shí)，砌石護(hù)面取1.0；
Kv——為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可根據(jù)風(fēng)速V（m/s）、堤前水深d(m)、重力加速度g(m/s2)組成的無維量確定；
Kp——為爬高累積頻率換算系數(shù)，對(duì)不允許越浪的堤防，爬高累積頻率取2%；
m——斜坡坡率；
——堤前波浪的平均波高(m)；
L——堤前波浪的平均波長（m）；
a——斜坡坡腳。
有關(guān)風(fēng)浪的要素按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定計(jì)算；
b)設(shè)計(jì)風(fēng)雍增水高度e按下式計(jì)算:
式中：
e——計(jì)算點(diǎn)的風(fēng)壅水面高度(m)；
K——綜合摩阻系數(shù)，取K=3.6×10-6；
V——設(shè)計(jì)風(fēng)速，按計(jì)算波浪的風(fēng)速確定；
F——由計(jì)算點(diǎn)逆風(fēng)向量到對(duì)岸的距離（m）；
D——水域的平均水深（m）；
β——風(fēng)向與垂直于堤軸線的法線的夾角（°）。
c)安全加高的選取
安全加高A查《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—2013)表3.2.1，5級(jí)堤防按不允許越浪考慮安全加高為0.5m。
2.2.護(hù)坡厚度的確定
C20混凝土護(hù)面的防護(hù)厚度采用下面公式計(jì)算:
式中：
t——混凝土護(hù)面厚度（m）
η——系數(shù)，對(duì)開縫混凝土板可取0. 075，（現(xiàn)澆混凝土板每10m設(shè)一道伸縮縫）；對(duì)上部為開縫板、下部為閉縫板可取0.10。
H——計(jì)算波浪高（m），取H1%。查表并計(jì)算得H1%=0.25m；
rb——混凝土板的重度（kN/m3），取24kN/m3；
r——水的重度，取10kN/m3；
L——波長（m），L平均=3.46m；
B——沿斜坡方向的護(hù)面板長度（m）；
m——斜坡坡率，m=2.0。
經(jīng)計(jì)算，t=0.12m。
工程區(qū)治理河段護(hù)岸考慮了磨損年限、凍融循環(huán)、抗腐蝕耐久性等綜合因素，并參考當(dāng)?shù)匾呀ㄗo(hù)岸工程經(jīng)驗(yàn)，采用C20砼預(yù)制鉸接式生態(tài)護(hù)坡厚度采用0.12m。
2.3.坡腳確定
通過計(jì)算局部沖刷深度來確定具體的防沖護(hù)砌范圍，除河床基巖出露的河段外，其它河段護(hù)岸的護(hù)腳局部沖刷深度計(jì)算采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）中平順護(hù)岸沖刷深度計(jì)算公式，按設(shè)計(jì)洪水位進(jìn)行局部沖刷深度計(jì)算。
2.3.1.沖刷深度
式中：
hs——局部沖刷深度（m）；
H0——沖刷處的水深（m）；
Ucp——近岸垂線平均流速（m/s）；
Uc——泥沙的啟動(dòng)流速（m/s）；粘性與沙質(zhì)河床采用張瑞瑾公式計(jì)算，卵石河床采用長江科學(xué)院公式計(jì)算；
n——與防護(hù)岸坡在平面上的形狀有關(guān)，本次取n=1/4。
張瑞瑾公式:
長江科學(xué)院公式: 長江科學(xué)院的起動(dòng)公式計(jì)算
式中：
d50——河床的中值粒徑（m）；
H0——行進(jìn)水流水深（m）；
rs，r——分別為泥沙與水的重度（KN/m3），g為重力加速度（ m/s2），
Ucp——的計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：
式中：
U——行近流速（m/s ）；
η——水流流速分配不均勻系數(shù)，根據(jù)水流流向與岸坡交角α角查表。
表 水流流速不均勻系數(shù)表
a | ≤15° | 20° | 30° | 40° | 50° | 60° | 70° | 80° | 90° |
η | 1 | 1.25 | 1.5 | 1.75 | 2 | 2.25 | 2.5 | 2.75 | 3 |
| | | | | | | | | |
根據(jù)設(shè)計(jì)洪水與護(hù)岸的關(guān)系、洪峰流速及河床質(zhì)等因素，選用張瑞瑾公式最終確定各段護(hù)岸的沖刷深度
2.3.2.基礎(chǔ)埋深確定
根據(jù)規(guī)定，防洪墻基礎(chǔ)砌置深度，應(yīng)根據(jù)地基土質(zhì)和沖刷計(jì)算確定，要求在沖刷線以下0.5～1.0m。在季節(jié)性凍土地區(qū)，還應(yīng)滿足凍結(jié)深度的要求。結(jié)合工程區(qū)抗沖刷及抗凍、地基情況要求及河道河勢(shì)變遷情況，考慮該河段無明顯灘槽、河道渠槽化、主河槽擺動(dòng)明顯等特征，本次堤基沖刷深按深泓點(diǎn)作為地面高程，滿足沖刷線以下計(jì)算深度。綜合考慮，確定護(hù)岸堤基埋置深度按以下要求確定:
