大同御河南環(huán)橋至京大高速橋段河道治理方案簡(jiǎn)述

梁倩倩

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

御河流域位于山西省的最北端，流域總面積約5 016 km2，其中山西省境內(nèi)流域面積2 612.7 km2。針對(duì)近年流域內(nèi)產(chǎn)生的一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，2015 年在大同市委、市政府高度重視下編制了大同市《御河流域生態(tài)修復(fù)與保護(hù)規(guī)劃》，力爭(zhēng)經(jīng)過(guò)5 年整治，10 年自然修復(fù)，使御河流域生態(tài)全面恢復(fù)，重現(xiàn)“塞外明珠”風(fēng)光。

工程位于大同城區(qū)御河已治理段的下游，自上游南環(huán)橋至下游京大高速橋，治理總長(zhǎng)度為5.2 km。根據(jù)御河流域規(guī)劃及工程現(xiàn)狀確定本工程建設(shè)的主要任務(wù)是防洪、蓄水、生態(tài)，治理內(nèi)容包括河道清淤、建設(shè)防洪體系、新建壅水液壓壩、河道交叉建筑物設(shè)計(jì)等，通過(guò)對(duì)御河城區(qū)治理段的建設(shè)，形成“水、生態(tài)、自然、家園”的人與生物共舞的生態(tài)空間。

2 工程總布置

根據(jù)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》（GB50201—2014），結(jié)合《大同市城市總體規(guī)劃》，本次治理防洪標(biāo)準(zhǔn)采用100 年一遇，根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—2013），堤防及穿堤建筑物等級(jí)為1 級(jí)。本次總蓄水量為236.2 萬(wàn)m3，蓄水面積127.2 萬(wàn)m2，按蓄水量劃分，壅水閘壩的等別和建筑物級(jí)別為5 級(jí)。

治理段起于南環(huán)橋下游現(xiàn)狀5#橡膠壩，止于京大高速橋，治理長(zhǎng)度為5.2 km。疏浚后河道為復(fù)式斷面，由主槽、灘地、堤防組成。堤防控制線(xiàn)間距為300～670 m，布置與河勢(shì)相適應(yīng)且平順銜接，防洪標(biāo)準(zhǔn)為100 年一遇。河道清淤后形成主槽，考慮河道生態(tài)水面的景觀(guān)效果、行洪能力等，確定主槽線(xiàn)間距為120～530 m。灘地位于堤防控制線(xiàn)與主槽控制線(xiàn)之間，由現(xiàn)狀沙坑及灘涂平整形成，在河道近岸蓄水范圍內(nèi)設(shè)置安全水域，河道設(shè)置深水主槽。自上游3.4 km 范圍新建液壓壩3 座，生態(tài)蓄水主槽寬度300～390 m，形成蓄水面積127.2 萬(wàn)m2，蓄水量236.2 萬(wàn)m3。

樁號(hào)N1+900 m 處冊(cè)田水庫(kù)引水工程管線(xiàn)為本工程的生態(tài)補(bǔ)水水源之一，對(duì)其進(jìn)行更新改造。河道清淤后主槽內(nèi)高壓線(xiàn)塔基及大張高鐵跨河橋，根據(jù)要求進(jìn)行防滲防護(hù)處理。治理段西側(cè)污水箱涵連接至非蓄水段河道；東側(cè)箱涵為雨水箱涵，可直接進(jìn)入蓄水河道。

3 方案比選

3.1 控滲方案確定

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，堤基及壩基主要為第四系級(jí)配不良砂（礫），局部夾含砂低液限粉土，屬于中等～強(qiáng)透水性地層，存在堤基滲漏、滲透穩(wěn)定等工程地質(zhì)問(wèn)題，需對(duì)河道進(jìn)行控滲處理。河道控滲形式主要分為水平防滲與垂直防滲兩種。本工程河道設(shè)計(jì)河底以下12～20 m 范圍內(nèi)存在低液限黏土層（Q2pal），滲透系數(shù)滿(mǎn)足作為相對(duì)不透水層要求，但根據(jù)鉆孔資料顯示，該地層并不連續(xù)，因此本工程無(wú)可靠的相對(duì)不透水層，不適合垂直防滲，應(yīng)采用水平防滲方案。

3.2 壅水建筑物型式比選

在天然河道上興建壅水閘壩，應(yīng)既滿(mǎn)足日常立壩蓄水，又能滿(mǎn)足汛期倒伏行洪，保證河道的行洪安全。在河道蓄水工程中常用景觀(guān)壅水閘壩有：橡膠壩、液壓壩、鋼壩閘。對(duì)比三種壩型：橡膠壩造價(jià)低，但使用壽命短、塌壩時(shí)間長(zhǎng)、沖砂性能差、運(yùn)行維護(hù)較復(fù)雜；鋼壩閘使用壽命長(zhǎng)、閘門(mén)開(kāi)啟迅速，利于行洪、景觀(guān)效果較好、運(yùn)行維護(hù)較簡(jiǎn)便，但造價(jià)較高、壩體整體升降沖砂性能較差；液壓壩使用壽命長(zhǎng)、閘門(mén)開(kāi)啟迅速利于行洪、景觀(guān)效果較好、運(yùn)行維護(hù)較簡(jiǎn)便，可分片塌壩、集中排砂，造價(jià)比橡膠壩略高但比鋼壩閘低。綜合考慮，工程采用塌壩迅速，利于沖砂，費(fèi)用較低的液壓壩。

4 工程總體設(shè)計(jì)

4.1 生態(tài)蓄水工程設(shè)計(jì)

4.1.1 河道控滲方案設(shè)計(jì)

防滲材料選用復(fù)合土工膜，規(guī)格為800 g/m2，膜厚0.4 mm。為滿(mǎn)足嚴(yán)寒地區(qū)防凍要求復(fù)合土工膜埋深為1.0 m，上設(shè)150 mm 篩分土保護(hù)層。土工膜基面處理分為以下情況：鋪膜基礎(chǔ)面為開(kāi)挖基面，且基面無(wú)建筑垃圾，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行碾壓；河道開(kāi)挖后基礎(chǔ)面為雜填土?xí)r，開(kāi)挖至鋪膜基面以下2.0 m 或完全挖除深度小于2.0 m 的建筑垃圾，開(kāi)挖后基面進(jìn)行碾壓并換填，碾壓處理深度不小于1.5 m，壓實(shí)系數(shù)不小于0.93，或相對(duì)密實(shí)度不小于0.6。河道內(nèi)回填土采用開(kāi)挖料內(nèi)的原土，不得采用建筑垃圾等，回填壓實(shí)系數(shù)不小于0.93。

4.1.2 蓄水建筑物設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目共布設(shè)6#、7#兩座液壓壩（N3+370.0 處8#液壓壩為擬建），特性見(jiàn)表1。6#、7#壩寬度均為300.0 m。液壓壩由上游防護(hù)、鋪蓋、液壓壩段、消力池、海漫、防沖槽組成，總長(zhǎng)83 m。鋪蓋為長(zhǎng)10 m 厚400 mm C25 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分縫長(zhǎng)度15 m。液壓壩段采用C25 鋼筋混凝土筏式基礎(chǔ)，底板長(zhǎng)10 m，厚2.0 m，分縫長(zhǎng)度20.0 m，邊墻采用C25 鋼筋混凝土擋墻結(jié)構(gòu)，與底板整體澆筑，高6.5 m，頂寬0.5 m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.3。消力池段長(zhǎng)17.0 m，1∶4 斜坡段長(zhǎng)5.8 m，平段池長(zhǎng)9.2 m，深1.0 m，底板采用厚0.5 m C25 鋼筋混凝土，分縫長(zhǎng)度15 m，邊墻采用C25 鋼筋混凝土懸臂擋墻結(jié)構(gòu)，高7.4 m，頂寬0.5 m，底寬7.6 m，臨水側(cè)為直立面，背水側(cè)邊坡1∶0.1。

表1 液壓壩特性表 單位：m

4.2 河道整治工程設(shè)計(jì)

4.2.1 縱坡、超高和沖刷設(shè)計(jì)

治理段起始高程1 025.08 m，末端高程1 010.143 m，設(shè)計(jì)縱坡分別為樁號(hào)N0+000—N2+143.9 m，2.4‰；N2+143.9—N3+370.0，2.1‰；N3+370.0—N5+240.2，2.8‰。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286—2013）和《水力計(jì)算手冊(cè)》計(jì)算得：堤防超高為1.692 m，取1.7 m；100 年一遇（20 年一遇）水流平行于岸坡產(chǎn)生的洪水沖刷深度為1.6～1.8（0.5～0.9 m）；彎道沖刷深度為0.8 m～1.0 m。

4.2.2 河道主槽設(shè)計(jì)

樁號(hào)N0+000.0 m—N3+370 m 段為蓄水段，結(jié)合景觀(guān)確定主槽控制線(xiàn)和四種護(hù)岸形式，布置長(zhǎng)度分別為：自然護(hù)岸3 530.6 m，垂直護(hù)岸1 628.3 m，臺(tái)階護(hù)岸1 132.1 m，沙灘護(hù)岸586.3 m。綜合考慮蓄水水面效果、工程土方開(kāi)挖、河道護(hù)岸工程量及河道沖刷，在河道兩側(cè)設(shè)蓄水淺水區(qū)，即淺灘，根據(jù)河道縱坡及蓄水深度變化，淺灘設(shè)置范圍為N0+450.0—N1+011.0 m（6# 蓄水池）、N1+150.0—N2+067.2 m（7# 蓄水池）、N2+637.0—N3+280.2 m（8#蓄水池）。在無(wú)淺灘區(qū)，主槽護(hù)岸高度不低于2.2 m，且不低于設(shè)計(jì)蓄水位+0.5 m，基礎(chǔ)埋深為1.5～2.0 m，設(shè)置長(zhǎng)5 m 厚0.5 m 格網(wǎng)石籠護(hù)腳，形式見(jiàn)圖1～圖4；有淺灘區(qū)，考慮到運(yùn)行管理補(bǔ)水條件，蓄水水深設(shè)計(jì)為1.5 m，護(hù)岸頂高程為設(shè)計(jì)蓄水位+0.5 m，基礎(chǔ)埋深為1.5 m，不再設(shè)置護(hù)腳，深水主槽位于河道中央，寬度不小于250 m，淺灘以下深度為0.5～2.0 m，斷面形式見(jiàn)圖5。

圖1 自然護(hù)岸（無(wú)淺灘含護(hù)腳）

圖2 垂直護(hù)岸（無(wú)淺灘含護(hù)腳）

圖3 沙灘護(hù)岸（無(wú)淺灘含護(hù)腳）

圖4 臺(tái)階護(hù)岸（無(wú)淺灘含護(hù)腳）

樁號(hào)N3+370 m—N5+240.4 m 段為非蓄水段，主槽控制線(xiàn)基本沿河道水流走勢(shì)布置，由于現(xiàn)狀沙坑的存在，主槽具有一定的蜿蜒性，為力求平順有利于河道行洪且保證5 年一遇洪水不出槽，主槽寬度設(shè)計(jì)為120 m～270 m，深度為2.2 m，斷面形式見(jiàn)圖6。

4.3 河道交叉建筑物設(shè)計(jì)

4.3.1 補(bǔ)水管線(xiàn)更新設(shè)計(jì)

冊(cè)田水庫(kù)為本工程生態(tài)補(bǔ)水水源之一，其引水管線(xiàn)位于河道樁號(hào)N1+900 m 處，為7#池蓄水范圍。原管線(xiàn)為DN1 200 mm 預(yù)應(yīng)力混凝土管，年久失修，滲水嚴(yán)重，故進(jìn)行更新改造。工程亦采用DN1 200 預(yù)應(yīng)力混凝土管，全長(zhǎng)約860 m，涵蓋范圍從御河?xùn)|路西側(cè)至濱河路西側(cè)，設(shè)計(jì)引水流量1.5 m3/s。

圖5 深水主槽

圖6 非蓄水區(qū)護(hù)岸

4.3.2 跨河橋及高壓線(xiàn)塔基座防滲設(shè)計(jì)

開(kāi)源橋位于樁號(hào)N1+350 m 處，河道寬度280 m，蓄水主槽寬度240 m，由于上下游主槽寬度均大于300 m，行洪時(shí)開(kāi)源橋處水面壅高較大，對(duì)橋底及下游部分河底形成沖刷，故對(duì)開(kāi)源橋上游10 m 至下游40 m范圍內(nèi)采用5 m×3 m×0.5 m 格賓石籠防護(hù)。

大西高鐵在樁號(hào)N2+450 處交叉，位于8#蓄水池，河道蓄水池內(nèi)橋墩編號(hào)為77～88 號(hào)，蓄水段范圍內(nèi)涉及到高壓線(xiàn)塔基5 座，因河道清理可能影響主槽內(nèi)橋墩及高壓線(xiàn)塔基，故采用混凝土重力式擋墻進(jìn)行防護(hù)，擋墻高出設(shè)計(jì)蓄水位1.0 m，基礎(chǔ)距塔基最小距離不小于0.5 m，擋墻結(jié)構(gòu)與河底防滲有效聯(lián)系，形成完整的防滲體系，墻腳設(shè)5 m×3 m×0.5 m 格賓石籠防沖。非蓄水段塔基有3 座，采用坡比為1∶2 退臺(tái)式格賓石籠斜坡防護(hù)，上鋪0.3 m 種植土加草皮護(hù)坡，下設(shè)反濾土工布，坡腳設(shè)5 m×3 m×0.5 m 格賓石籠。

4.3.3 現(xiàn)狀河道排水箱涵處理方案

治理段范圍有4 條排水箱涵排入河道，西1 箱涵為少量經(jīng)常性污水流入，西2 箱涵日常有東郊污水處理廠(chǎng)再生水排入河道，流量約40 000 m3/d，這兩處箱涵采用DN1300 雙壁波紋管輸送至非蓄水段河道；東1 箱涵日常有水排入河道，流量約2 000 m3/d，東2 箱涵除雨水外無(wú)其他水排入河道，這兩處箱涵水質(zhì)較好，直接排入河道。