徐曉冬

(江門(mén)市科禹水利規(guī)劃設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司，廣東 江門(mén) 529000)

1 概 述

河道綜合治理工程旨在改善河道行洪現(xiàn)狀，提升河道水質(zhì)，具有十分重要的意義。為了解決河道水質(zhì)較差的現(xiàn)狀，我國(guó)有較多的城市采取河道綜合治理工程，取得良好的效果[1-3]。在河道治理工程中，常用的措施包括清淤、護(hù)坡建設(shè)等。恩平市錦江河在城市多年發(fā)展過(guò)程中，水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，亟需采取綜合治理工程。

2 工程概況

潭江是珠江三角洲水系的一級(jí)支流，其中潭江恩平段又名為錦江河。潭江流域面積6 026 km2，在江門(mén)市境內(nèi)流域面積5 882 km2，主流全長(zhǎng)248 km，平均坡降0.45‰。治理河段為錦江河水占陂至高速公路橋段，起點(diǎn)為水占陂，終點(diǎn)為G15公路橋下游200 m，治理河道長(zhǎng)度共計(jì)15.19 km，工程設(shè)計(jì)包括護(hù)岸工程、清淤工程等。本次治理范圍河道設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為10～20年一遇。治理工程大田圩鎮(zhèn)段防洪標(biāo)準(zhǔn)取10年一遇，其余村莊和農(nóng)田段(樁號(hào)G0+000至G7+120段)防洪標(biāo)準(zhǔn)取5年一遇。工程為中小河流治理工程，主要任務(wù)為清淤疏浚、穩(wěn)固堤岸，改善河流生態(tài)環(huán)境，并結(jié)合鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)、新農(nóng)村建設(shè)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮河道綜合功能，實(shí)現(xiàn)人水和諧。

3 河道現(xiàn)狀

錦江河治理河段堤防工程修建于上世紀(jì)六七十年代，受設(shè)計(jì)、材料、施工等條件限制，多為就地取材的土堤，工程質(zhì)量差，加上年久失修，堤坡已被雨水沖刷嚴(yán)重，其防洪能力較差；同時(shí)河岸土質(zhì)松散，岸坡較陡，岸腳受洪水沖刷，防沖能力低，抗?jié)B性能差，迎流頂沖位置河岸沖毀嚴(yán)重，主河槽內(nèi)切，岸坡坡腳被淘空，影響堤防安全；河道淤積嚴(yán)重，部分河道被擠占，導(dǎo)致排水不暢，汛期行洪時(shí)，存在較多安全隱患。

4 主要建筑物加固設(shè)計(jì)

4.1 河道護(hù)岸斷面設(shè)計(jì)

河道的斷面形狀一般有矩形斷面、梯形斷面和復(fù)式斷面。治理河道的斷面選擇應(yīng)根據(jù)河道兩岸土地用地情況、沿線河岸地形地貌特征、水環(huán)境及景觀設(shè)計(jì)要求，選擇不同類(lèi)型的斷面形式。經(jīng)綜合考慮，治理段分別采用生態(tài)砌塊擋墻、C25砼自救式擋墻、疊大石擋墻、漿砌石生態(tài)擋墻等生態(tài)護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式。

4.1.1 生態(tài)砌塊擋墻

針對(duì)水土流失嚴(yán)重河岸，采用生態(tài)砌塊擋墻，總長(zhǎng)0.196 km，墻高2 m，墻后設(shè)厚50 mm的AC-13C改性瀝青砼路面的人行道，高程為35.10 m；臨水側(cè)設(shè)人行道仿木紋欄桿，墻下設(shè)厚0.6 m干砌石護(hù)腳；堤身采用清淤砂石料土回填夯實(shí)。生態(tài)砌塊擋墻采用天然地基。斷面型式見(jiàn)圖1。

圖1 生態(tài)砌塊擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.1.2 C20砼重力式擋土墻

針對(duì)河道邊坡較陡，坡降大，局部迎流頂沖位置河岸沖毀嚴(yán)重的河段采取新建C20砼重力式擋土墻護(hù)岸，斷面型式為C20砼擋土墻。

1) 樁號(hào)GH0+000～GH0+393，總長(zhǎng)0.393 km，墻高3.50 m，墻頂寬0.50 m，面坡為1∶0.1，背坡為1∶0.5。

2) 樁號(hào)GB0+000～GB0+150、樁號(hào)GD0+000～GD0+100、樁號(hào)GE0+000～GE0+040，總長(zhǎng)0.290 km。墻高4.30 m，墻頂寬0.50 m，面坡為1∶0.1，背坡為1∶0.5。

3) 樁號(hào)GA0+000～GA0+354、樁號(hào)GF0+000～GF0+278，總長(zhǎng)0.632 km。墻高1.90 m，墻頂寬0.40 m，面坡垂直，背水坡為1∶0.4。

4) 樁號(hào)GJ0+000～GJ1+086，總長(zhǎng)1.080 km。新建擋土墻采用C20砼重力式擋土墻，墻高1.90 m，墻頂寬0.40 m，面坡垂直，背水坡為1∶0.4，墻后設(shè)C20砼路面寬2.4 m，路面厚20 cm，下設(shè)碎石墊層厚10 cm，斷面型式見(jiàn)圖2。

圖2 C20砼擋土墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.1.3 C25砼自救式擋墻

樁號(hào)GJ1+086～GJ2+542，總長(zhǎng)1.456 km。該段采用C25砼自救式擋墻。擋墻總高3.40 m，迎水坡階梯狀，每級(jí)尺寸為0.5 m×0.8 m，平臺(tái)處回填種植土并種植黃金葉和勒杜鵑，背水坡坡比為1∶0.75。墻身設(shè)兩條Φ50PVC排水管@2 m布置。C25砼自救式擋土墻采用天然地基。斷面型式見(jiàn)圖3。

圖3 C25砼自救式擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.1.4 C20砼仰斜式擋墻

樁號(hào)ZA0+000～ZA0+243，總長(zhǎng)0.243 km。新建擋土墻采用C20砼仰斜式擋土墻，墻高3.50 m，墻頂寬0.50 m，面坡為1∶0.75，背水坡為1∶0.5。墻身設(shè)一條Φ50PVC排水管@2 m布置。墻腳采用干砌石護(hù)腳，干砌石厚1.0 m。C20砼重力式擋土墻采用天然地基。斷面型式見(jiàn)圖4。

圖4 仰斜式擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.1.5 采用疊石擋墻

樁號(hào)GJ3+029～GJ3+517、樁號(hào)GK+000～GK0+240，總長(zhǎng)0.728 km。采用疊石擋墻。疊石擋墻基礎(chǔ)為C20砼厚300。疊石擋墻基礎(chǔ)采用天然地基。斷面型式見(jiàn)圖5。

圖5 疊石擋墻標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.1.6 護(hù)坡斷面設(shè)計(jì)

在樁號(hào)GJ0+000～GJ1+086，總長(zhǎng)1.080 km。新建擋土墻采用C20砼重力式擋土墻，墻高1.90 m，墻頂寬0.40 m，面坡垂直，背水坡為1∶0.4。墻身設(shè)一條Φ50PVC排水管@2 m布置。墻后設(shè)C20砼路面寬2.4 m，路面厚20 cm，下設(shè)碎石墊層厚10 cm。齒墻后設(shè)C20砼預(yù)制聯(lián)鎖塊護(hù)坡，坡比為1∶2。墻腳采用干砌石護(hù)腳，干砌石厚1.0 m。C20砼重力式擋土墻采用天然地基。斷面型式見(jiàn)圖6。

圖6 聯(lián)鎖塊護(hù)坡標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

4.2 護(hù)岸工程設(shè)計(jì)計(jì)算

4.2.1 護(hù)岸沖刷深度計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)，斷面沖刷深度計(jì)算成果見(jiàn)表1。

表1 斷面沖刷深度計(jì)算表

根據(jù)表1計(jì)算成果，河道的沖刷深度為0.23～0.95 m，本次埋深取1.00 m。

4.2.2 邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

選擇堤身典型斷面進(jìn)行堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算。

1) 計(jì)算方法。施工期采用總應(yīng)力法，穩(wěn)定滲流期采用有效應(yīng)力法，水位驟降期同時(shí)采用總應(yīng)力法，并以較小的安全系數(shù)為準(zhǔn)。采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：W為土條重量，kN；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kN/m2；α為條塊的重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角，(°)；b為土條寬度，m；c′、φ′分別為土條底面的有效凝聚力(kN/m2)和有效內(nèi)摩擦角(°)。

2) 計(jì)算工況。邊坡穩(wěn)定計(jì)算按以下3種工況考慮:①施工期的臨水側(cè)堤坡。②設(shè)計(jì)洪水位穩(wěn)定滲流期的臨水側(cè)堤坡。③水位降落期臨水側(cè)堤坡。

以上第一種工況屬于非常情況，第二、三種工況屬于正常情況。

3) 計(jì)算參數(shù)選取。本次計(jì)算考慮地形、地質(zhì)、填土高度等條件，選擇9+201斷面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。各斷面計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)

4) 計(jì)算結(jié)果分析。計(jì)算采用河海大學(xué)編制的“土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)”進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)3級(jí)土堤的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)正常運(yùn)用時(shí)不小于1.20，非常運(yùn)行時(shí)不小于1.10。由表3中可見(jiàn)，穩(wěn)定滲流期和水位驟降期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均不小于1.20，施工期抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.10，滿足規(guī)范要求，堤身抗滑穩(wěn)定滿足要求。見(jiàn)圖7。

表3 加固后左堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖7 水位降落期臨水側(cè)左堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果圖

4.2.3 擋土墻計(jì)算

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286-2013)、《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL 379-2007)的荷載組合規(guī)定，結(jié)合該堤防可能遇見(jiàn)的水位，各擋土墻分別按基本組合和特殊組合進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。本工程擋土墻按以下幾種工況計(jì)算：

1) 完建期：墻前墻后無(wú)水，屬基本組合。

2) 水閘正常蓄水期：墻前水位為正常蓄水位，墻后水位考慮降雨及滲流滯后的影響加0.3 m水位差，屬基本組合。

3) 施工期：墻前墻后無(wú)水，墻后填土面考慮10 kPa均布施工荷載，屬特殊組合。

采用理正擋土墻軟件進(jìn)行計(jì)算，各擋土墻地基承載力、不均勻系數(shù)和抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足要求。

4.3 清淤設(shè)計(jì)

錦江河整治范圍內(nèi)的河道淤積較多，主要存在兩岸邊灘及河床心灘，局部河段兩岸有高桿植物擠占河道，洪水來(lái)時(shí)影響河道的行洪能力。此次設(shè)計(jì)為保證河道順暢，提高河道的行洪能力，需對(duì)全段河道進(jìn)行清淤疏浚治理。

河道疏浚設(shè)計(jì)比降的確定與河道所經(jīng)過(guò)的地形、土質(zhì)、水流流量及含沙量等條件有關(guān)，并應(yīng)滿足不沖不淤的要求。天然情況下，河床演變具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用，即從輸沙不平衡向輸沙平衡的方向發(fā)展。河道現(xiàn)狀縱比降是河道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月運(yùn)行的結(jié)果，是河道自動(dòng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。因此，設(shè)計(jì)河道縱比降取值與每段河道實(shí)測(cè)平均縱比降基本擬合。

確定河道設(shè)計(jì)縱比降后，按照以下公式，確定河道疏浚底高程：

Zi=Z0-JLi

(2)

式中：Zi為計(jì)算點(diǎn)處河道疏浚的底高程；Z0為河道疏浚起點(diǎn)高程；J為河道設(shè)計(jì)縱比降；Li為河道疏浚的起點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)處距離。

疏浚后的河道，留有足夠的行洪斷面，可確保河道排水通暢與行洪安全。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)錦江河(水占陂至高速公路橋段)河段護(hù)岸、清淤工程設(shè)計(jì)，不僅可以解決河道淤積嚴(yán)重、行洪不暢、岸坡存在安全隱患等問(wèn)題，還能改善河道生態(tài)環(huán)境，效益顯著。通過(guò)對(duì)本河段的治理，能充分發(fā)揮河道綜合功能，實(shí)現(xiàn)人水和諧，基本形成“山水相映、水網(wǎng)相通、城水相融、人水相親”中小河流新格局。