浦河治理工程關(guān)鍵技術(shù)問題分析

聞 銳 洪 波 薄賢波 夏小娟

（1.上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院，上海 200434；2.常州市新北區(qū)水利局，江蘇 常州 213022；3.上海市堤防（泵閘）設(shè)施管理處，上海 200434）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)人類的生存環(huán)境提出了更高要求，而作為城市水利工程項(xiàng)目中一項(xiàng)重要的工程措施，河道整治工作得到了更多的關(guān)注與重視。河道治理工程建設(shè)包括除澇泄洪、水土保持、航運(yùn)功能、水質(zhì)改善、環(huán)境保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)等，其中，河道的安全防洪建設(shè)工作更是重中之重［1］。

1 工程概況

1.1 工程概況

浦河是常州市新北區(qū)西部的骨干引排河道，北起長(zhǎng)江、南至城巷大溝，與新孟河相連，全長(zhǎng)24.1 km，底寬6～8 m。根據(jù)《常州市水利發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《新北區(qū)水利規(guī)劃》要求，本次浦河萬綏段治理工程列入了江蘇省中小河流治理工程之中。治理萬綏段全長(zhǎng)為3.39 km，現(xiàn)狀河口寬47.2～56.2 m，河底高程2.30～2.80 m。

工程區(qū)域及浦河地區(qū)存在的主要問題包括：（1）過水?dāng)嗝孢h(yuǎn)未達(dá)到規(guī)劃河道的過水?dāng)嗝嬉?，河道調(diào)蓄和輸水能力嚴(yán)重不足。（2）擬建河道大部分無駁岸，常年引水帶來的泥沙和兩岸地下水較高的水位造成管涌引起的水土流失使得浦河現(xiàn)狀淤積甚為嚴(yán)重，河道淤積、坍塌，無法滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展要求。（3）河道水質(zhì)惡化，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不協(xié)調(diào)。因此，浦河（萬綏段）河道治理是十分必要的，項(xiàng)目實(shí)施后在增大河道過水?dāng)嗝?、改善河道淤積現(xiàn)狀、防止岸坡坍塌、改善河道生態(tài)環(huán)境及水質(zhì)等方面都有積極作用。

本工程為Ⅲ等工程，主要建筑物級(jí)別為3 級(jí)，采用50年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，20年一遇排澇標(biāo)準(zhǔn)，治理長(zhǎng)度3.2 km，治理底高程2.0 m，底寬4～10 m，河口寬約36～52 m。工程任務(wù)以防洪排澇為主，兼顧引水灌溉，充分發(fā)揮水系的生態(tài)環(huán)境、引水排水和交通運(yùn)輸?shù)染C合功能。

1.2 工程地質(zhì)

浦河為人工開挖形成的引排河道，本次工程治理河段較直，近南北向展布，河道兩岸多為自然土坡，坡度較緩，局部段修建有小型護(hù)坡和護(hù)堤，兩岸有多處提灌引水口及泵站、水道涵閘。河道左岸（西側(cè)）民房和廠房分布較多，部分民房已占據(jù)河道，河道右岸（東側(cè)）分布少量工業(yè)和民用建筑，河床因淤積產(chǎn)生的淤泥厚度約0.70～1.50 m。

工程所在區(qū)域場(chǎng)地表層第四系覆蓋層深厚，河道兩岸最大勘探深度20.45 m。除場(chǎng)地土表層有厚度不大的粘性土外，其下為粉性土和砂性土，多處于地下水位以下，④-1 層以下各土層按常規(guī)方法采取原狀樣比較困難，試樣擾動(dòng)性較大。土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)采用在鉆孔控制深度范圍內(nèi)的場(chǎng)地各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)按算數(shù)平均的方法進(jìn)行分層數(shù)理統(tǒng)計(jì)，場(chǎng)地各土層的特性參數(shù)見表1。

本工程存在地基抗滑穩(wěn)定和沉降變形、滲透變形及岸坡沖刷等問題，其中，最主要的是滲透變形問題：（1）河道岸坡下部③-1 層粘質(zhì)粉土土質(zhì)軟弱，抗剪強(qiáng)度低，岸坡存在抗滑穩(wěn)定問題，應(yīng)適當(dāng)放緩岸坡坡比；（2）③-1 層粘質(zhì)粉土和③-2 層砂質(zhì)粉土為中等透水性土，處于河道岸坡中下部與河床部位，在河道低水位時(shí)，可能發(fā)生流土變形問題，岸坡治理時(shí)應(yīng)采取防滲、反濾等防護(hù)措施；（3）③-1層粘質(zhì)粉土和③-2 層砂質(zhì)粉土處于岸坡下部，抗沖刷能力差，易遭受河水的沖蝕和風(fēng)浪掏蝕，引起塌岸，本工程河道岸坡應(yīng)妥善做好抗沖刷護(hù)坡措施。

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

2 護(hù)岸設(shè)計(jì)

2.1 護(hù)岸選擇

（1）河底高度比選

根據(jù)本工程河道治理的特點(diǎn)，首先確定河底高程。分別對(duì)河底高程2.00 m、1.50 m 和1.00 m 進(jìn)行比較，結(jié)合斷面整體穩(wěn)定（施工期）及滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果分析比較，具體見表2。

由表2 中計(jì)算結(jié)果可以看出，河底高程為1.50 m 時(shí)，出口河道斷面的坡降值為0.39，接近允許水力比降值0.40，抗?jié)B流穩(wěn)定性安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求；河底高程為1.00 m 時(shí)，出口河道斷面的坡降值和抗?jié)B流穩(wěn)定性安全系數(shù)均不滿足要求。因此，確定河底高程為2.00 m。

（2）河底寬度比選

浦河萬綏段部分岸段尤其是西岸房屋較密集，本階段對(duì)河底寬度10 m 和河底寬度根據(jù)兩岸現(xiàn)狀4～10 m漸變進(jìn)行比選，具體見表3。

由表3 可知，若全線河底寬度均采用10 m，雖能有效地增加過流面積，減小平均流速，但造成的建設(shè)征地及拆遷安置補(bǔ)償費(fèi)高達(dá)1072.09 萬元；若基本保持原河口線不變，順應(yīng)原河道的走向，采用4～10 m 漸變的河底寬度，則投資大大減小，但過流面積較小，導(dǎo)致本河段的過流流速較大，不能滿足土層的不沖流速要求，河底需考慮采用拋石護(hù)底。因此，對(duì)于河底寬度的選擇，采用4～10 m 漸變的型式。

表2 不同底高程的相關(guān)計(jì)算結(jié)果比較表

表3 河底寬度比較表

（3）護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式比選

護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式采用生態(tài)格賓、生態(tài)模袋、混凝土連鎖塊和綠化混凝土比選。

由于浦河萬綏段流速較大，對(duì)護(hù)坡抗沖要求較高，生態(tài)格賓護(hù)坡結(jié)構(gòu)的防沖系數(shù)高于生態(tài)模袋護(hù)坡結(jié)構(gòu)，并且生態(tài)格賓護(hù)坡結(jié)構(gòu)可以破壞浪壓力造成的真空，退浪時(shí)不會(huì)形成真空吸力，這一點(diǎn)優(yōu)于混凝土連鎖塊及綠化混凝土護(hù)岸。同時(shí)，考慮到本段河道邊坡滲流穩(wěn)定問題突出，采用壓滲措施治理可以提高壓滲效果，經(jīng)比較，格賓護(hù)坡較其余三種護(hù)岸結(jié)構(gòu)壓重大。因此，采用生態(tài)格賓護(hù)岸結(jié)構(gòu)，并于常水位以上的格賓護(hù)坡上部覆土0.20 m，以利于植物生長(zhǎng)。

2.2 護(hù)岸穩(wěn)定計(jì)算

（1）護(hù)岸邊坡穩(wěn)定

護(hù)岸邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典條分法，滑動(dòng)面按圓弧計(jì)算。因高水位工況不控制，計(jì)算選擇低水位工況進(jìn)行，計(jì)算工況分為基本組合和完建工況兩種。地下水位取地面以下1 m，地面設(shè)計(jì)荷載施工期取10 kN/m2，房屋密集處考慮30 kN/m2。

基本組合：河道水位取2.32 m，地下水位取4.74 m；

完建工況：河道水位同河底高程，地下水位取5.74 m；

地面設(shè)計(jì)荷載取10 kN/m2，房屋密集處考慮30 kN/m2。

計(jì)算時(shí)地質(zhì)資料選用地面高程較高且土層相對(duì)較差的斷面進(jìn)行計(jì)算，護(hù)岸斷面結(jié)構(gòu)見圖1～3，護(hù)岸斷面計(jì)算見圖4，計(jì)算結(jié)果見表4。

圖1 護(hù)岸斷面A 結(jié)構(gòu)圖

圖2 護(hù)岸斷面B 結(jié)構(gòu)圖

圖3 護(hù)岸斷面C 結(jié)構(gòu)圖

圖4 護(hù)岸斷面A 整體穩(wěn)定計(jì)算簡(jiǎn)圖

表4 整體穩(wěn)定計(jì)算成果表

從表4 可以看出，斷面A 低水位工況和完建工況下堤身邊坡穩(wěn)定抗滑安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的允許最小安全系數(shù)，整體抗滑穩(wěn)定滿足要求，但房屋密集且距河口較近的局部岸段，地面設(shè)計(jì)荷載采用30 kN/m2進(jìn)行計(jì)算時(shí)，穩(wěn)定安全系數(shù)接近規(guī)范允許最小值，因此，此岸段在4.50 m 高程平臺(tái)護(hù)腳處采用單排C30 鋼筋混凝土預(yù)制方樁以提高整體穩(wěn)定性；斷面B 無樁基時(shí)低水位工況和完建工況下堤身整體抗滑穩(wěn)定均不滿足要求，采用方樁基礎(chǔ)后，各工況穩(wěn)定抗滑安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定的允許最小安全系數(shù)，整體抗滑穩(wěn)定滿足要求；斷面C 現(xiàn)狀有老駁岸擋墻，采用樁基斷面，各工況邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

（2）護(hù)岸滲流穩(wěn)定

護(hù)岸滲流穩(wěn)定計(jì)算采用有限元分析方法，其有限元分析基本方程為［2］：

式中：

［K］—透水系數(shù)矩陣；

{H}—總水頭向量；

［M］—單元儲(chǔ)水量矩陣；

{Q}—流量向量；

t—時(shí)間。

由上述基本方程，根據(jù)地勘資料，對(duì)粉砂地基經(jīng)計(jì)算得出口最大水力坡降為0.26，根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）表6.0.4，出口段粉砂滲透坡降的允許值為0.25～0.30，堤基出逸比降處于臨界值附近，在采用生態(tài)格賓護(hù)坡、護(hù)腳等壓滲措施后，堤基滲透滿足規(guī)范要求。計(jì)算結(jié)果見圖5。

圖5 滲流計(jì)算出逸比降圖

3 施工降排水

根據(jù)表1，本工程除表層②層粉質(zhì)粘土為微透水性土以外，其下各土層均為中等透水性土，其中，③-1 層粘質(zhì)粉土和③-2 層砂質(zhì)粉土位于河道岸坡中下部與河床部位，由于浦河屬感潮河道，地下水豐富，為防止施工期間地下水位與河道內(nèi)水位相差過大而導(dǎo)致管涌破壞，需采用降排水措施，降低地下水位。

對(duì)于一般降水措施，如：龍溝明排水，因河道存在大量粉砂層，施工降排水較為困難且效果不佳，同時(shí)，由于工程現(xiàn)場(chǎng)道路狹窄，施工道路布置于河坡上，為保證施工車輛安全及邊坡穩(wěn)定，故考慮采用輕型井點(diǎn)降排水方案，即在河道中心線位置設(shè)置單排井點(diǎn)總管50 m 一個(gè)循環(huán)施工，同時(shí)配套2臺(tái)套降水設(shè)備。該方案降水效果好，能使基底以上土質(zhì)保持干燥，不需再設(shè)排水溝、集水井等，雨季施工時(shí)雨水可通過基底下滲，通過井點(diǎn)排出。同時(shí)該方案能防止流砂發(fā)生，提高邊坡穩(wěn)定，有效保證降水質(zhì)量和施工安全，而且由于本工程沿線房屋分布相對(duì)密集，此方案在降水過程中對(duì)附近土層很少產(chǎn)生擾動(dòng)，不會(huì)因降水改變臨近建筑物基礎(chǔ)以下土層結(jié)構(gòu)特性，能有效預(yù)防臨近房屋在降水期間產(chǎn)生不均勻沉降或發(fā)生地基下陷現(xiàn)象。

本工程采用此方案施工后，縮短了挖土基礎(chǔ)施工周期，節(jié)約了基坑支護(hù)費(fèi)用，同時(shí)保證了施工過程中工程沿線房屋等建筑物的安全，取得了良好的效果。

4 結(jié)語

本工程設(shè)計(jì)施工過程中，應(yīng)充分了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，根據(jù)實(shí)測(cè)地質(zhì)資料及河道沿線房屋建筑分布，確定合適的施工方案。本工程實(shí)施后，可充分發(fā)揮防洪排澇、引水灌溉及環(huán)保等綜合效益，促進(jìn)新北區(qū)乃至常州地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

［1］聞銳.基于ADINA 的河道邊坡滲流穩(wěn)定分析［J］.吉林水利，2013.07:26-29.

［2］毛昶熙.滲流計(jì)算分析與控制（第二版）［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

［3］中華人民共和國(guó)水利部主編.堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50286-2013）［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2013.

［4］史小強(qiáng)，龔金國(guó).淺談河道生態(tài)護(hù)坡建設(shè)［J］.上海水務(wù)，vol.23 No.2（S）2007：12-13，36.