龐立強(qiáng)

(湛江市雷州青年運(yùn)河管理局廉江市廣鶴水利白蟻防治工程公司，廣東 湛江，524000)

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)自然災(zāi)害頻發(fā)，特別是洪澇災(zāi)害嚴(yán)重影響了人民的生活，威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。河道具有排灌、泄洪、防澇及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用，但近年來(lái)大部分河道淤積現(xiàn)象嚴(yán)重，從而抬高河床和水位上升，造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害[1－3]。因此，河流疏浚治理對(duì)防治洪澇災(zāi)害意義重大。

由于河流疏浚過(guò)程會(huì)形成許多不穩(wěn)定岸坡，河流疏浚治理過(guò)程需同步進(jìn)行岸坡防護(hù)等措施，保證堤防河岸穩(wěn)固，通過(guò)采取這樣的措施可以使洪水到來(lái)時(shí)的提防區(qū)域避免洪水災(zāi)害，規(guī)避掉因?yàn)楹樗疄?zāi)害造成的絕頂、漫頂、潰壩、潰堤等險(xiǎn)情[4－6]。常見的護(hù)岸施工技術(shù)有坡式護(hù)岸、墻式護(hù)岸、土工布、播種草籽等，其中坡式護(hù)岸包括拋石護(hù)腳和沉枕護(hù)腳等[7，8]。然而，現(xiàn)有研究在河流疏浚治理時(shí)，往往只采用單一的護(hù)岸技術(shù)，無(wú)法有效地整合不同護(hù)岸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[9]。此外，河流疏浚治理在滿足防洪減災(zāi)要求的同時(shí)，也要保證對(duì)沿河人居環(huán)境的改善，服務(wù)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。綜合多種植物措施的生態(tài)護(hù)岸技術(shù)可同時(shí)滿足上述要求。

本文以某工程河流疏浚治理為例，采取護(hù)岸加固、河道清淤等工程措施及生態(tài)措施，基于10年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，打造河道沿線村莊，減少農(nóng)田遇暴雨受淹的頻率，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)的目標(biāo)。本文綜合了生態(tài)護(hù)岸技術(shù)和傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)了防洪減災(zāi)要求和改善環(huán)境的同步目標(biāo)，可為后續(xù)類似工程實(shí)施提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 工程概況

1.1 工程背景

該工程治理河道流域受海洋性氣候影響，臺(tái)風(fēng)活動(dòng)極為頻繁，一般發(fā)生在7－10月間，臺(tái)風(fēng)烈作之時(shí)往往帶來(lái)暴雨引起暴潮，一年中常出現(xiàn)3～6次。造成該河道流域洪(潮)澇災(zāi)害的主要原因有以下兩點(diǎn):(1)自然條件先天不足，風(fēng)暴潮、洪澇災(zāi)害頻繁。暴雨集中強(qiáng)度大:地處沿海地區(qū)，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，每年4－10月為汛期，氣溫高，降雨量大，隨時(shí)可能遇上臺(tái)風(fēng)天氣，夏季常受臺(tái)風(fēng)侵襲，極易形成臺(tái)風(fēng)、暴雨和洪澇災(zāi)害；(2)其他客觀原因，導(dǎo)致該河道從未進(jìn)行整治，河道彎曲、局部坍塌。該河道全長(zhǎng)35km，河道流經(jīng)、丘陵臺(tái)地區(qū)域，河道蜿蜒曲折。歷史上，未進(jìn)行過(guò)全面整治規(guī)劃，局部河段坍塌。

1.2 河道現(xiàn)狀與問(wèn)題

該工程共整治河道8.241km，根據(jù)該河道的河流走勢(shì)和水系關(guān)系，把該河道分為以下三段進(jìn)行描述。

1.2.1 河道I段(樁號(hào)K0＋000～K1＋150段)

河道治理上游，河道沿線為丘陵臺(tái)地，岸坡不高，河道坡降2.15‰。其中水庫(kù)溢洪道出口段約300米和沿途村莊水陂出口段河道坡降大，水流急，受水流沖刷，河岸部分崩塌。如圖1所示，河道主槽斷面較寬，部分河段的河岸滑坡坍塌。溢洪道出口段和水陂出口段河岸受水流沖刷，河岸部分崩塌。

圖1 河道I段現(xiàn)狀

1.2.2 河道Ⅱ段(樁號(hào)K1＋150～K4＋500段)

該段河道長(zhǎng)3350m。河道沿線為低丘臺(tái)地，蜿蜒曲折，在平面上出現(xiàn)多個(gè)“S”型河灣，岸坡不高，平均高度2.5m，兩岸岸坡均為土坡，河道坡降2.90%，各水陂上游有淤積厚度不等的情況。如圖2所示，該段河道防洪標(biāo)準(zhǔn)低，沿岸耕地逼占河岸，水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致河道縮窄。此外，經(jīng)過(guò)村莊河段由于人類活動(dòng)頻繁，護(hù)岸損毀嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)垃圾等傾倒入河，造成河道堵塞，縮窄了河段行洪斷面，河道兩岸的濱水環(huán)境極差。

圖2 河道Ⅱ段現(xiàn)狀

1.2.3 河道Ⅲ段(樁號(hào)K4＋500～K8＋241段)

該段河道長(zhǎng)3721m，該河段下游連接水庫(kù)。該段河道沿線為丘陵臺(tái)地，蜿蜒曲折，在平面上出現(xiàn)多個(gè)“S”型河灣，岸坡不高，平均高度4.0m，兩岸岸坡均為土坡。如圖3所示，多數(shù)河段處于不設(shè)防的狀態(tài)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，大多數(shù)水陂都是附近村民為了灌溉附近耕地自發(fā)建設(shè)，建設(shè)時(shí)間久遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低，陂體均為漿砌石結(jié)構(gòu)，局部破損，脫落，消力池等防沖設(shè)施不齊全，下游河床沖刷嚴(yán)重，個(gè)別水陂甚至已經(jīng)崩塌，失去了效益。

圖3 河道Ⅲ段現(xiàn)狀

1.3 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，區(qū)內(nèi)地層分別為第四系殘坡積層、第四系沖積層和第四系殘積層，基巖為火

山巖層。現(xiàn)由老到新分述如下:

(1)火山巖(β313(a)b):風(fēng)化面褐色，新鮮面灰黑色，拉玄結(jié)構(gòu)，氣孔狀構(gòu)造，氣孔呈圓形、橢圓形。

(2)第四系殘積層(Qel4):為第四系全新統(tǒng)沉積物和玄武巖風(fēng)化殘積層組成，分布廣泛。

(3)第四系沖積層(Qal4):為雜色、灰、淺灰、淺黃相雜色及淺黃等色粘土、粉質(zhì)粘土、砂質(zhì)粘土及細(xì)砂、中砂、粗砂等，呈不等厚互層，含炭化植物碎片。

(4)第四系坡積層(Qdl4):褐紅色，稍濕－濕，可塑，為玄武巖全風(fēng)化殘積土，含少量風(fēng)化巖碎石。

全新地質(zhì)時(shí)期區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)性弱，地殼基本穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)建設(shè)工程影響小。

因此，本工程采取護(hù)岸加固、河道清淤等工程措施及生態(tài)措施，基于10年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，打造河道沿線村莊，減少農(nóng)田遇暴雨受淹的頻率，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)的目標(biāo)[6]。

2 河道清淤疏浚工程設(shè)計(jì)

為使河道沿線村莊均達(dá)到10年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，工程對(duì)治理范圍內(nèi)7.013km長(zhǎng)的河道進(jìn)行清淤，對(duì)擠占河道的河段進(jìn)行開挖拓寬，對(duì)被侵占的河道上違章建筑和阻礙行洪的障礙物清除。根據(jù)河道地質(zhì)情況及存在問(wèn)題分五段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、V)進(jìn)行清淤疏浚。

2.1 清淤疏浚河床比降的確定

河道疏浚設(shè)計(jì)比降的確定與河道所經(jīng)過(guò)的含沙量、水流流量、土質(zhì)及地形條件有關(guān)，并應(yīng)滿足不淤不沖的要求[5]。河道現(xiàn)狀的縱比降是河道經(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，每段河道實(shí)測(cè)平均縱比降與設(shè)計(jì)河道縱比降取值基本擬合[5]。河道的設(shè)計(jì)縱向比降見表1。

表1 設(shè)計(jì)河床的比降

基于確定的河道設(shè)計(jì)縱比降后，按照以下公式，確定河道疏浚底高程。

式中，Zi為計(jì)算點(diǎn)處河道疏浚的底高程；Z0為河道疏浚的起點(diǎn)高程；J為河道的設(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。

2.2 清淤疏浚河床斷面確定

該工程清淤設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)狀河道實(shí)測(cè)斷面，推求現(xiàn)狀水面線，分析河道阻水的地方，初步擬定設(shè)計(jì)斷面，然后根據(jù)設(shè)計(jì)斷面推求設(shè)計(jì)水面線。擬定的設(shè)計(jì)斷面在滿足堤防穩(wěn)定、節(jié)省投資的前提下，將能保證設(shè)計(jì)洪水安全通過(guò)的河底寬度，確定為最小的河道疏浚寬度。各段疏浚的河底寬度原則上不應(yīng)小于最小的河道疏浚寬度，并且根據(jù)每段河灘寬度和過(guò)水?dāng)嗝媲闆r加以適當(dāng)調(diào)整。

3 綜合生態(tài)護(hù)岸技術(shù)方案設(shè)計(jì)

河流疏浚治理過(guò)程需同步進(jìn)行岸坡防護(hù)等措施，而護(hù)岸工程需根據(jù)各河段的保護(hù)范圍、存在的問(wèn)題、治理目標(biāo)采用不同的工程措施，宜分段設(shè)計(jì)。

護(hù)岸采用擋土墻護(hù)岸措施必須根據(jù)地形地貌、河岸高低、基礎(chǔ)好壞情況來(lái)決定。本次中小流域治理中擬對(duì)河道護(hù)岸進(jìn)行加固，措施進(jìn)行綜合比選，方案比較如表2所示。

表2 護(hù)岸擋土墻方案的綜合比較

綜合考慮地形地質(zhì)情況、造價(jià)、耐久性及環(huán)境生態(tài)要求，對(duì)景觀要求高，需結(jié)合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)需要的河段，采用漿砌石擋墻；對(duì)滑坡坍塌段，采用混凝土擋土墻護(hù)岸。

3.1 生態(tài)護(hù)岸工程典型斷面設(shè)計(jì)

3.1.1 典型斷面一

在該段河道左右兩岸新建格賓護(hù)墊護(hù)岸＋格賓石籠護(hù)腳，建設(shè)護(hù)岸長(zhǎng)1.24km。新建格賓護(hù)墊護(hù)岸＋格賓石籠護(hù)腳，護(hù)腳厚0.8m，寬1.5m，護(hù)腳以上及設(shè)計(jì)水位以下新建格賓護(hù)墊護(hù)坡，護(hù)坡厚0.4m，坡比1∶2，設(shè)計(jì)水位以上設(shè)置草皮護(hù)坡，坡度1∶2。共建設(shè)賓格石籠護(hù)腳護(hù)坡1.24km。典型斷面如圖4所示。

圖4 典型斷面一

3.1.2 典型斷面二

在左右岸建設(shè)生態(tài)網(wǎng)格石籠，上部為坡度1∶2的草皮護(hù)坡，共建設(shè)生態(tài)網(wǎng)格石籠1.944km。典型斷面二見圖5。

圖5 典型斷面二

3.1.3 典型斷面三

典型斷面3的實(shí)體墻用于工程固岸，漿砌石迎水面不勾縫采用當(dāng)?shù)卮迕駶{砌塊石鋪砌，下部考慮了泄水口。新建寬1.5m的人行步道，上部為1∶2的草皮護(hù)坡。漿砌石擋墻高1.7m～2.0m，頂部寬0.5m，底寬1.1m，基礎(chǔ)厚0.5m，寬1.8m。漿砌石迎水面不勾縫采用當(dāng)?shù)卮迕駶{砌塊石鋪砌，美觀大方，與沿岸村莊環(huán)境協(xié)調(diào)統(tǒng)一。共建設(shè)漿砌石擋墻2.495km。典型斷面三見圖6。

圖6 典型斷面三

3.1.4 典型斷面四

在樁號(hào)K3＋600～樁號(hào)K3＋695段左岸河堤和黃定村3號(hào)水陂是當(dāng)?shù)卮迕窈驼疄樘Ц咚灰藿ǖ?，縮窄了該河段行洪斷面，致該河段淺窄，河道淤積堵塞，左岸出現(xiàn)多次崩塌決口。該斷面治理適當(dāng)拓寬河道以增加行洪斷面，并選用C20混凝土擋土墻護(hù)岸形式，下部考慮泄水口，以穩(wěn)固河岸。C20混凝土擋墻高3.2m，頂部寬0.5m，底部寬2.10m，背水坡坡比1∶0.4，基礎(chǔ)厚0.5m。典型斷面三見圖7。

圖7 典型斷面四

3.1.5 典型斷面五

典型斷面5采用了階梯式干砌石護(hù)岸，在耐久性達(dá)到規(guī)范的同時(shí)，綜合考慮了方案的親水性和實(shí)用性，以增加村民休閑娛樂去處，方便村民用水親水。此外，該斷面也同時(shí)考慮了漿砌，干砌石護(hù)腳厚0.8m，寬1.5m，護(hù)腳以上及設(shè)計(jì)水位以下新建階梯式干砌石護(hù)坡，護(hù)坡厚0.4m，坡比1∶2，按階梯堆砌，分四層堆砌，岸頂設(shè)置1.50m寬人行道。典型斷面五見圖8。注意到，綜合考慮地形地質(zhì)情況、造價(jià)、耐久性及環(huán)境生態(tài)要求后，結(jié)合美麗鄉(xiāng)村建設(shè)需要的河段，采用了干砌石護(hù)岸。但是，懸臂式、扶壁式或埋石混凝土擋土墻也是可以使用的。詳細(xì)選取依據(jù)參見表2。

圖8 典型斷面五

3.2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

采用瑞典條分法對(duì)加固的沿岸護(hù)坡進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性計(jì)算。該方法假定滑動(dòng)面為圓弧面，不考慮土條側(cè)面的作用力?；谌鸬錀l分法求安全系數(shù)的公式如下:

式中，F(xiàn)S為計(jì)算的安全系數(shù)；l為單個(gè)土條的滑動(dòng)面長(zhǎng)度，m，l＝bsecθ；浸潤(rùn)線以下取飽和重度，以上取重度；c、φ為土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，采用總應(yīng)力法時(shí)，取總應(yīng)力指標(biāo)，采用有效應(yīng)力法時(shí)，取有效應(yīng)力指標(biāo)；W為條塊重力，kN；θ為條塊的重力線與通過(guò)此條塊底面中點(diǎn)半徑之間的夾角[6]。

由河道岸坡典型剖面的初設(shè)，以河道地質(zhì)剖面、設(shè)計(jì)河底高程及河道水面線為基礎(chǔ)[6]，選取某典型斷面I作為代表斷面，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖9所示。

圖9 瑞典條分法計(jì)算典型斷面I

查閱?堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范?的規(guī)定，計(jì)算可分為非常情況和正常情況。非常情況計(jì)算考慮施工期上下游無(wú)水工況，正常情況主要是考慮穩(wěn)定滲流期使用工況[6]；以及河道內(nèi)水位驟降工況。根據(jù)表3中勘察報(bào)告中主要土層物理力學(xué)參數(shù)建議值，基于瑞典條分法計(jì)算該典型斷面在三種工況下的安全系數(shù)(即穩(wěn)定滲流、水位降落和施工期)，結(jié)果如表4所示。

表3 主要土層物理力學(xué)參數(shù)建議值

表4 典型斷面I岸坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

基于表4計(jì)算結(jié)果，河道岸坡穩(wěn)定計(jì)算在正常運(yùn)行期、水位降落期的抗滑安全系數(shù)大于規(guī)范規(guī)定的抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)，岸坡滿足抗滑穩(wěn)定要求。

3.3 C20混凝土擋墻護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

該工程在K3＋600～K3＋695段左岸建設(shè)C20混凝土擋土墻。本文選擇樁號(hào)K3＋650左岸斷面作為典型斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，擋墻抗滑及抗傾覆計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的擋土墻設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算。該典型斷面如圖10所示，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 C20混凝土擋墻護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算成果

圖10 K3＋650左岸典型斷面

3.4 漿砌石擋墻護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

該工程在河道沿岸建設(shè)漿砌石擋墻。本文選擇樁號(hào)K1＋918斷面作為典型斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。擋墻抗滑及抗傾覆計(jì)算采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的擋土墻設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行計(jì)算。該典型斷面如圖11所示，計(jì)算結(jié)果見表6。

圖11 K1＋918漿砌石擋墻典型斷面

表6 漿砌石墻護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算成果

4 結(jié)論

本文以某工程河流疏浚治理為例，創(chuàng)新性的將生態(tài)護(hù)岸技術(shù)和傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)有機(jī)結(jié)合，采取河道清淤、護(hù)岸加固等工程措施及生態(tài)措施，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)的目標(biāo)。結(jié)果顯示:

(1)經(jīng)過(guò)工程治理，使河道沿線村莊均達(dá)到10年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，減少農(nóng)田遇暴雨受淹的頻率，實(shí)現(xiàn)防洪減災(zāi)的目標(biāo)。

(2)工程對(duì)治理范圍內(nèi)7.013km長(zhǎng)的河道進(jìn)行清淤，對(duì)擠占河道的河段進(jìn)行開挖拓寬，保障了河道護(hù)岸穩(wěn)固、河流通暢。

(3)本次護(hù)岸工程采用綜合生態(tài)護(hù)岸技術(shù)，根據(jù)各河段的保護(hù)范圍、存在的問(wèn)題、治理目標(biāo)采用不同的工程措施，進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。主要形式為格賓護(hù)墊護(hù)岸＋格賓石籠護(hù)腳、生態(tài)網(wǎng)格石籠護(hù)岸、漿砌石擋墻護(hù)岸、混凝土擋墻護(hù)岸和階梯式漿砌石護(hù)岸五種形式。經(jīng)過(guò)對(duì)典型斷面穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，其安全性均滿足規(guī)范要求。

本文綜合生態(tài)護(hù)岸技術(shù)和傳統(tǒng)護(hù)岸技術(shù)的有機(jī)結(jié)合思路，有效實(shí)現(xiàn)了防洪減災(zāi)要求和改善環(huán)境的同步目標(biāo)，推動(dòng)了當(dāng)?shù)氐拿利愢l(xiāng)村建設(shè)，可為后續(xù)類似工程實(shí)施提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。