金星池

(遼寧遼東水務(wù)控股有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

河道是實(shí)現(xiàn)城市防洪排澇、景觀文化、生態(tài)環(huán)境、雨洪調(diào)蓄和生活游憩等功能的重要載體，河道治理是城市封閉防洪體系建設(shè)和水生態(tài)環(huán)境修復(fù)的重要途徑[1- 2]。隨著本溪市沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)的建設(shè)發(fā)展、沿河居民非法建筑侵占行洪空間以及工業(yè)廢水無序排放，導(dǎo)致三道河流域部分河段存在水資源枯竭、行洪能力下降、水污染嚴(yán)重、自凈功能退化等問題。十八大后生態(tài)文明建設(shè)新要求提出流域綜合治理要從單純防洪排澇向兼顧生態(tài)景觀建設(shè)方面轉(zhuǎn)變，確保新時(shí)代治水工作可持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[3- 4]。在充分分析三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)河道防洪現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，按照“水清、河暢、岸綠、景美、宜居、繁榮”的治理要求，通過“重建生態(tài)環(huán)境、重塑河堤岸線、重構(gòu)河堤護(hù)岸”，構(gòu)筑“水安全保證、水文化豐富、水生態(tài)良好、水景觀優(yōu)美”的生態(tài)景觀河道[5]，以確保河流功能的穩(wěn)定發(fā)揮和河流生態(tài)的健康持續(xù)。

1 工程概況

三道河發(fā)源于南芬區(qū)思山嶺鄉(xiāng)臺(tái)溝嶺，由東南向西北流經(jīng)思山嶺鄉(xiāng)甬子峪、三臺(tái)子、楊木溝、思山嶺、三道河村至平山區(qū)橋頭鎮(zhèn)河?xùn)|村匯入細(xì)河。三道河流域面積238km2，河長(zhǎng)35.5km，河道平均比降11.45‰。三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)治理工程設(shè)計(jì)工程起點(diǎn)以上集水面積234.92km2，河長(zhǎng)34.98km，河道平均比降11.88‰。河道治理范圍從連心橋至6#橋上245m處，治理河道長(zhǎng)度15.45km。按10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，通過在河道兩岸新建堤防、新建護(hù)岸與現(xiàn)有防護(hù)措施連接形成封閉的生態(tài)防洪堤，以完善思嶺鄉(xiāng)防洪體系。

2 防洪現(xiàn)狀及建設(shè)內(nèi)容

2.1 河段防洪現(xiàn)狀

根據(jù)三道河流域防洪現(xiàn)狀及相關(guān)規(guī)劃治理，三道河連心橋以下已全部治理，三道河連心橋以上河道多年來一直未得到有效治理，沿岸大部分河道沿岸無完整的堤防或護(hù)岸工程，已建防洪設(shè)施多為沿岸老百姓自行修筑，型式多為鐵絲石籠護(hù)岸。該河段防洪標(biāo)準(zhǔn)較低，極易導(dǎo)致汛期洪水泛濫，主要問題體現(xiàn)在：①防洪標(biāo)準(zhǔn)較低；②結(jié)構(gòu)型式不穩(wěn)定；③施工不完善，施工工藝粗糙，無法達(dá)到較好的防洪防沖效果；④受多年洪水沖擊影響，老化、損壞嚴(yán)重，部分設(shè)施已被洪水完全沖毀；⑤岸坎不連續(xù)、防洪能力不達(dá)標(biāo)、汛期存在漫堤可能。現(xiàn)狀典型情況如圖1所示。

2.2 治理河道分段

根據(jù)三道河現(xiàn)狀特點(diǎn)及保護(hù)對(duì)象重要性，結(jié)合近幾年三道河沿岸居民受水災(zāi)影響程度，以三道河現(xiàn)有攔、跨河建筑物為節(jié)點(diǎn)，將三道河流域治理工程分重點(diǎn)治理段和非重點(diǎn)治理段，由下游至上游共分為8個(gè)工程段，即：連心橋上游段、房家堡橋下游段、財(cái)神廟河口段、二道河子橋段、牛河淀大橋上游段、甬子峪橋段、南溝橋下游段、南溝橋上游段。其中連心橋上游段、房家堡橋下游段、二道河子橋段、甬子峪橋段、南溝橋上游段等5段為汛期水災(zāi)重災(zāi)區(qū)，為重點(diǎn)治理段，采用工程措施防護(hù)；其余3段為非重點(diǎn)治理段，以河道疏浚、修坡整形及種植生態(tài)植物為主。如圖2所示。

圖1 治理河段防洪現(xiàn)狀

2.3 工程建設(shè)內(nèi)容

三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)治理工程，上游始于6#橋上245m處，下游止于連心橋，治理河道長(zhǎng)度15.45km。主要建設(shè)內(nèi)容包括：新建防洪堤防總長(zhǎng)1741.77m，其中左岸475.91m，右岸1265.86m；新建生態(tài)護(hù)岸總長(zhǎng)4326.06m，其中左岸1722.19m，右岸2603.87m；河道疏浚8682m，岸坡修坡整形6768m，治理河道總長(zhǎng)15450m；穿堤建筑物9座。

3 生態(tài)防洪堤設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 工程地質(zhì)

治理河道位于低山區(qū)，地勢(shì)起伏較大。鉆孔勘探揭露工程區(qū)域內(nèi)地層屬華北地層區(qū)遼東分區(qū)遼南小區(qū)。出露地層主要為早侏羅世侵入巖、元古界混合巖、震旦系沉積巖及新生界第四系的全新統(tǒng)及地層。工程區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)北部、膠遼臺(tái)隆、太子河—渾江臺(tái)陷、遼陽(yáng)—本溪凹陷的四級(jí)構(gòu)造單元之上。地震動(dòng)峰值加速度分別為0.05g，相應(yīng)地震基本烈度Ⅵ度，屬區(qū)域構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。堤基土主要由卵石層及全風(fēng)化花崗巖組成。堤基各土層的承載能力可滿足穩(wěn)定性要求。堤基卵石層呈強(qiáng)透水性，滲透變形類型為流土管涌，允許坡降為0.10～0.20。工程區(qū)內(nèi)環(huán)境水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋微腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有微腐蝕性。標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度1.2m。

圖2 治理河道工程段劃分

3.2 護(hù)岸型式比選

三道河為典型山區(qū)性河流，坡降大，水流急，堤防護(hù)腳應(yīng)采取抗沖刷性強(qiáng)的處理方式。根據(jù)治理河段防洪現(xiàn)狀及地質(zhì)條件，擬定4種堤防型式進(jìn)行比選，見表1。

充分考慮現(xiàn)狀堤防情況，以生態(tài)主導(dǎo)、因地制宜為原則，確保選擇的堤型與現(xiàn)有堤防可以平順連接[6]。根據(jù)河道上下游防洪堤現(xiàn)狀，5段重點(diǎn)治理段的堤型選擇為：

(1)連心橋上游段左岸現(xiàn)狀為岸坎，采用土堤，右岸現(xiàn)狀上游為固土擋墻，為便于岸線平順連接，采用重力式擋土墻；

(2)房家堡橋下游段右岸現(xiàn)狀為岸坎與石籠擋墻連接，采用土堤結(jié)合重力式擋土墻；

(3)二道河子橋段右岸現(xiàn)狀為岸坎，采用土堤；

(4)甬子峪橋段左岸現(xiàn)狀為岸坎，采用土堤，右岸現(xiàn)狀為零散擋墻與岸坎連接，零散擋墻段之間采用重力式擋土墻，岸坎段采用土堤；

(5)南溝橋上游段左、右岸現(xiàn)狀為岸坎，采用土堤。

3.3 防洪堤選材

3.3.1堤坡選材

根據(jù)選定的防洪堤堤型，優(yōu)選格賓網(wǎng)石籠和聯(lián)鎖磚兩種護(hù)坡型式進(jìn)行比選，見表2。

從材料來源、施工難度、生態(tài)結(jié)合性、景觀性和綜合造價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面綜合對(duì)比，雖然聯(lián)鎖磚大規(guī)模鋪設(shè)景觀效果好，但由于需外購(gòu)成品且施工難度大、成本高。因此，堤坡選材優(yōu)選格賓網(wǎng)石籠。

3.3.2護(hù)腳選材

根據(jù)選定的防洪堤堤型，優(yōu)選素混凝土、漿砌石和格賓網(wǎng)石籠三種護(hù)腳型式進(jìn)行比選，見表3。

表1 防洪堤堤型比較

表2 堤坡選材比較

表3 堤腳選材比較

從占地面積、施工難度、基槽排水、護(hù)腳抗沖耐腐能力和綜合造價(jià)等技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面綜合對(duì)比，雖然素混凝土綜合造價(jià)較漿砌石高，但占用土地少，開挖量少，排水要求低，護(hù)腳抗沖耐腐能力較好，因此優(yōu)選素混凝土護(hù)腳。

3.4 生態(tài)堤結(jié)構(gòu)

防洪堤采用格賓網(wǎng)石籠生態(tài)護(hù)坡和素混凝土護(hù)腳，其標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖3所示。

生態(tài)防洪堤護(hù)坡坡比為1∶2.5，采用格賓網(wǎng)石籠護(hù)坡，厚0.4m，單個(gè)籠箱尺寸：3m×2m×0.3m，下端與素混凝土護(hù)腳擋墻銜接，擋墻頂寬0.6m，底寬1.8m；背水側(cè)坡比1∶0.4，墻趾長(zhǎng)0.3m。擋墻每隔10.0m設(shè)置分縫，擋墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，抗凍等級(jí)為F200。

3.5 河道沖刷深度計(jì)算

河道沖刷深度按GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合該地區(qū)類似水利工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，考慮當(dāng)?shù)貎鐾辽疃?，綜合確定素混凝土護(hù)腳基礎(chǔ)埋深為1.5m。

3.6 岸坡抗滑穩(wěn)定分析

選擇最不利斷面Z12+600作為護(hù)岸典型斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，護(hù)岸及岸坡地基土的滑動(dòng)分析采用不考慮條塊側(cè)面作用力的瑞典圓弧法，計(jì)算程序?yàn)楸本├碚龓r土軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊。計(jì)算工況選取設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)邊坡。堤壩填筑土料特性指標(biāo)為：天然容重19kN/m3；飽和容重20.8kN/m3；內(nèi)摩擦角Φ=42°；滲透系數(shù)1.27×10-1cm/s。根據(jù)GB 50286—2013，計(jì)算生態(tài)防洪堤整體安全系數(shù)，見表5。

從表5可知，在洪水驟降期和施工期防洪堤整體安全系數(shù)均大于允許安全系數(shù)，符合抗滑穩(wěn)定要求，確定的生態(tài)防洪堤護(hù)坡坡比1∶2.5合理、安全。

圖3 生態(tài)防洪堤標(biāo)準(zhǔn)斷面

表4 沖刷深度計(jì)算成果表

表5 防洪堤整體穩(wěn)定分析成果

4 結(jié)語(yǔ)

三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)是流域中唯一尚未進(jìn)行完全整治的河段，通過綜合治理工程的實(shí)施，可以提高河道防洪標(biāo)準(zhǔn)，確保汛期沿河居民生命財(cái)產(chǎn)安全。治理河段屬典型山區(qū)性河流，針對(duì)河道坡降大、水流急、漫灘阻水、土質(zhì)岸坡沖刷塌岸等問題，通過新建堤防、新建護(hù)岸，采用“素混凝土護(hù)腳+格賓網(wǎng)石籠護(hù)坡”生態(tài)堤型與上下游防護(hù)措施有機(jī)連接形成封閉防洪體系，并有效修復(fù)河道生態(tài)屬性。

在類似工程設(shè)計(jì)實(shí)踐中，要綜合考慮河道已建成防洪堤結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)選工程適宜性高、銜接有效的防洪堤堤型、護(hù)岸和護(hù)腳型式及選材，確保河道治理工程既具有較好的安全穩(wěn)定性，又具有良好的生態(tài)景觀效果。