南沙河高臺子大橋高速橋段河道治理工程研究

張蛟龍

(本溪市水利電力勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

1 工程總體布局

工程段現(xiàn)有岸坎為面板護(hù)坡，面板破損明顯，河道內(nèi)淤積嚴(yán)重，灘地雜草叢生。本次岸坡防護(hù)為利用河道清淤土方在原有岸坡上進(jìn)行培厚；在岸坡中設(shè)置馬道增加岸坡穩(wěn)定；馬道下岸坡建設(shè)生態(tài)硬化結(jié)合種植植物防護(hù)，以提高河岸的防沖抗沖能力；在馬道上岸坡種植植物防護(hù)；在岸頂種植喬木，形成有層次的植物生態(tài)景觀；在河道中新建谷坊攔砂蓄水，與生態(tài)護(hù)岸形成防洪、景觀、親水及休閑為一體的生態(tài)工程。

2 工程設(shè)計(jì)

2.1 工程型式

工程段現(xiàn)狀護(hù)岸型式為土堤，迎水側(cè)為面板護(hù)坡。該工程是根據(jù)現(xiàn)有護(hù)岸型式進(jìn)行護(hù)岸防護(hù)，在保留原有岸坡基礎(chǔ)上培土加固，并結(jié)合生態(tài)河道治理理念，在岸坡上種植生物護(hù)坡防護(hù)。擬選定2種方案，①護(hù)腳水平防護(hù)生態(tài)護(hù)坡復(fù)式斷面防護(hù)型式，②固濱籠生態(tài)護(hù)坡復(fù)式斷面防護(hù)型式，簡圖見圖1。

圖1 方案比選防護(hù)型式簡圖

2.1.1 護(hù)腳型式

綠濱墊護(hù)腳水平防護(hù)施工技術(shù)要求較低，施工工序少，所需勞動力少，開挖量少，排水要求低，占用土地多；固濱籠護(hù)腳防護(hù)施工技術(shù)要求較高，施工工序多，所需勞動力多，開挖量大，排水要求低，占用土地少。水平防護(hù)占用土地均為河灘地，且施工過程中開挖斷面小，對現(xiàn)狀岸坡沒有破壞；固濱籠護(hù)腳開挖斷面大，施工過程中對現(xiàn)狀岸坡破壞較大。

2.1.2 護(hù)坡型式

生態(tài)護(hù)坡應(yīng)選擇耐干旱、耐瘠薄、根系發(fā)達(dá)、覆蓋度好、易于成活、便于管理、兼顧景觀效果的植物，主要有草本植物、灌木、藤本植物以及喬木等。喬木栽植會提高坡面負(fù)載，增加土體下滑力和正滑力，在有風(fēng)的情況下，樹木把風(fēng)力轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫱屏Γ斐善旅娴氖Х€(wěn)和破壞；藤本植物主要用于堅(jiān)硬的巖石護(hù)坡或土石混合護(hù)坡的綠化，是邊坡防護(hù)的特殊形式；草本植物種植方便簡單，且價(jià)格低廉。生長周期快，對防止土壤侵蝕效果較好；灌木具有良好的抗旱、保水、保土、防風(fēng)沙、降塵土、抗鹽堿等優(yōu)點(diǎn)，而且生長快、耐貧瘠、對土壤環(huán)境要求不高。結(jié)合本工程現(xiàn)有防護(hù)型式及生態(tài)治河理念，護(hù)腳加固選擇綠濱墊水平防護(hù)型式；馬道以下護(hù)坡硬性防護(hù)采用綠濱墊防護(hù)。岸坡生物護(hù)坡防護(hù)在馬道以上選擇種植草本植物，在馬到以下選擇種植灌木。

2.1.3 河道斷面型式

該工程河道內(nèi)斷面為主河槽與灘地相結(jié)合，采取主河槽清淤措施，對河道內(nèi)阻水灘地清除；河道灘地進(jìn)行高灘地平整及沙坑填埋。余土在兩岸護(hù)坡處培厚，對現(xiàn)狀岸坡起到穩(wěn)固作用。清淤后使主河槽位于河道中部，寬度為15-35m。

2.2 建筑物高程確定

2.2.1 岸頂高程確定

該工程為護(hù)岸加固，岸頂高程與現(xiàn)有岸頂高程一致。

2.2.2 灘地高程確定

灘地整平后高度按照谷坊回水高度確定，高度為1m。

2.2.3 馬道高程確定

馬道為護(hù)岸工程日常維護(hù)使用，兼顧城市居民休閑、親水作用。馬道高程確定原則為特征水位加安全超高。特征水位指南沙河汛期常水位，即汛期河道水位，根據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查，并結(jié)合統(tǒng)計(jì)資料，最終確定南沙河汛期常水位為1.5m，安全超高是考慮南沙河水受風(fēng)作用產(chǎn)生的波浪，若超高值選擇過大，則親水效果差，本次設(shè)計(jì)按0.5m取。最終確定馬道高程為高于設(shè)計(jì)河底2m處。

2.3 斷面設(shè)計(jì)

該工程護(hù)岸加固。斷面型式：采用護(hù)腳、馬道結(jié)合護(hù)坡的復(fù)式斷面型式。護(hù)腳采用綠濱墊水平防護(hù)，水平段在灘地上鋪設(shè)長度5m，護(hù)坡段沿1∶3坡比向上鋪設(shè)至馬道高程；在灘地以上1m高程處設(shè)置馬道，馬道上、下部位岸坡迎水坡比均為1∶3，馬道下在硬化防護(hù)岸坡上覆土種植紫穗槐，馬道上岸坡種植早熟禾；馬道總寬2.3m，以臨河側(cè)依次為0.15m×0.25m×0.99m(寬×高×長)路緣石、2m寬瀝青混凝土路面、0.15m×0.25m×0.99m(寬×高×長)路緣石，路緣石下設(shè)置0.1m厚混凝土墊層；馬道臨河設(shè)置警戒樁，警戒樁沿河間隔5m設(shè)置1處。

2.4 土堤穩(wěn)定計(jì)算

2.4.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算

本次設(shè)計(jì)護(hù)岸形式為土堤，滲流穩(wěn)定計(jì)算過程如下：

1)計(jì)算基本數(shù)據(jù)

滲流計(jì)算根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定按照穩(wěn)定滲流進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)地質(zhì)勘測的試驗(yàn)資料，確定填筑土料的設(shè)計(jì)基本數(shù)，具體指標(biāo)見表1。

表1 填筑土料設(shè)計(jì)指標(biāo)表

2)計(jì)算方法及計(jì)算程序

計(jì)算按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，首先判定土的滲透變形類型，根據(jù)地質(zhì)條件和有關(guān)規(guī)范計(jì)算出土的滲透允許坡降；然后計(jì)算出各種可能的最不利工況的浸潤線、滲流等壓線等；最后計(jì)算出滲透坡降并判定滲流的穩(wěn)定性。

3)計(jì)算工況選取

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)對穩(wěn)定計(jì)算控制時期和運(yùn)行條件的規(guī)定，選取如下計(jì)算工況：臨水側(cè)為設(shè)計(jì)洪水位，背水側(cè)為相應(yīng)水位。洪水降落時對臨水側(cè)堤坡不穩(wěn)定滲流。

4)計(jì)算斷面選取

采用典型斷面R0+000處斷面。

5)計(jì)算公式

護(hù)岸為透水堤基上的均質(zhì)土堤，工況(1)滲流計(jì)算采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)附錄E.3計(jì)算公式，具體如下：

堤身、堤基單位寬度滲流量之和按下式計(jì)算：

(1)

式中：q為堤身、堤基單位寬度滲流量之和[m3/(s·m)]；qD為不透水地基上求得的相同排水形式的均質(zhì)土堤單位寬度滲流量[m3/(s·m)]；H1為上游水位，m；H2為下游水位，m；L為上游水位與上游堤坡交點(diǎn)距下游堤腳上游端部的水平距離，m；m1為上游坡坡率。

其中qD按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)附錄E.2計(jì)算公式如下：

L1=L+△L

(2)

式中：qD為不透水地基上求得的相同排水形式的均質(zhì)土堤單位寬度滲流量，[m3/(s·m)]；k為堤身滲透系數(shù)，m/s；h0為下游出逸點(diǎn)高度，m；m2為下游坡坡率；△L為上游水位與堤身浸潤線延長線交點(diǎn)距上游水位與上游堤坡交點(diǎn)的水平距離，m；L1為滲流總長度，m；y為浸潤線上任意一點(diǎn)距下游堤腳的垂直高度，m；x為浸潤線上任意一點(diǎn)距出逸點(diǎn)的水平距離，m。

其他符號與前式相同。

特征水深和浸潤線按下式計(jì)算：

h0-H2=

(3)

工況(2)滲流計(jì)算采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)計(jì)算公式，具體如下：

均質(zhì)土堤水位下降時浸潤線置按下式計(jì)算：

(4)

式中：H為降距，m；T為水位從初始位置至降落到堤腳或降落到最大降距所需的時間，s；T為計(jì)算時刻距始降時刻的時間間隔，s；he(t)和q(t)/k按下式聯(lián)合計(jì)算：

(5)

6)計(jì)算結(jié)果

對選取斷面計(jì)算出各種可能的最不利工況的出逸滲流坡降及穩(wěn)定性，計(jì)算成果見表2、圖2、圖3。

表2 土堤滲透穩(wěn)定計(jì)算成果表

圖2 工況(1)

圖3 工況(2)

2.4.2 土堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算

本次設(shè)計(jì)土堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算選取典型斷面仍為設(shè)計(jì)樁號R0+000處斷面，相關(guān)計(jì)算基本數(shù)據(jù)見表5-3，計(jì)算方法采用瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

(6)

式中：W為土條重量，kN；Q、V為水平和垂直地震慣性力，kN；μ為作用于土條底面的孔隙壓力，kN/m2；α為條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角，°；b為土條寬度，m；c′、φ′為土條底面的有效凝聚力，kN/m2和有效內(nèi)摩擦角，°；MC為水平地震慣性力對圓心的力矩，kN·m；R為圓弧半徑，m。

對選取斷面按穩(wěn)定滲流期和洪水位驟降期的計(jì)算成果見表3、圖4、圖5。

圖4 穩(wěn)定滲流期

圖5 洪水位驟降期

表3 土堤抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.5 生態(tài)河道植物設(shè)計(jì)

2.5.1 生態(tài)工程布設(shè)原則

生態(tài)工程布設(shè)遵循以防洪、生態(tài)效益為主，兼顧經(jīng)濟(jì)效益。河流生態(tài)帶工程要在確保河道防洪安全的前提下，努力實(shí)現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會等多種效益的有機(jī)結(jié)合。因地制宜，分段施策，綜合治理，提出切實(shí)可行的治理典型模式。以河流、地域?yàn)閱挝?，兼顧林業(yè)、畜牧業(yè)、農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等多種因素，構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理、效果明顯的生態(tài)防護(hù)體系。必要河段生態(tài)帶布置要與護(hù)岸工程有機(jī)結(jié)合，相互協(xié)調(diào)，形成統(tǒng)一整體。結(jié)合原地表植被及工程措施，合理選擇鄉(xiāng)土植物，合理布局栽植區(qū)域。吸取當(dāng)?shù)睾拥郎鷳B(tài)措施建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合河道兩側(cè)植物生長的狀況，提出合理的治理模式。按照喬木、灌木和草植相結(jié)合的原則，統(tǒng)籌兼顧，形成綜合防護(hù)體系。

會展旅游業(yè)的發(fā)展對于成都來說，不僅促進(jìn)了城市經(jīng)濟(jì)的多元化發(fā)展，還大大解決了城市居民的就業(yè)問題，成為塑造城市形象的重要推動力，為成都市的核心競爭力的提升做出了巨大貢獻(xiàn)。成都市會展旅游業(yè)的發(fā)展不僅僅帶動了其自身的盈利能力，還帶動了城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、餐飲業(yè)、住宿業(yè)、交通業(yè)、廣告業(yè)等一大批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使各個行業(yè)得到了有效的整合，促進(jìn)了成都市服務(wù)產(chǎn)業(yè)水平的整體提升。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的整合，成都市的會展旅游業(yè)也在逐步規(guī)范，形成了由政府主導(dǎo)和市場發(fā)展相結(jié)合的模式，使會展旅游業(yè)市場進(jìn)一步擴(kuò)大。

2.5.2 生態(tài)河道植物選擇

植物選擇應(yīng)考慮河流栽植區(qū)域具體情況，栽植當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土樹種，保障樹木成活，并與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。為更好的發(fā)揮植物的生態(tài)效益，迎水側(cè)種植物中選擇耐水濕、耐瘠薄土壤、固土能力強(qiáng)的適宜水邊生長的品種；岸頂種植物種選擇當(dāng)?shù)睾拥莱Ｓ脝棠緲浞N。

2.5.2.1 灌木選擇

岸坡灌木選擇種植紫穗槐。紫穗槐是耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、抗風(fēng)沙、抗逆性極強(qiáng)的灌木。紫穗槐具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)紫穗槐主、側(cè)根發(fā)達(dá)，韌性強(qiáng)，須根稠密，根幅大于冠幅，各級根系縱橫交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)固持土壤。

2)紫穗槐可以減少雨水對邊坡的沖刷強(qiáng)度，對降低水土流失更是有著明顯的效果。該樹種還具有一定的耐澇能力，可以在溝渠旁、河岸、坑洼和短期積水地種植。

3)紫穗槐對改良土壤十分有益，大面積紫穗槐種植可增加地表植被，有利于生態(tài)的恢復(fù)和防止水土流失。

2.5.2.2 草植選擇

岸坡草本植物選擇種植早熟禾。早熟禾喜陽光耐陰冷，有很強(qiáng)的抵御寒冷環(huán)境能力及耐陰性，被大量用于綠化，有綠化之王的美稱。早熟禾具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)生長速度非?？?，能防止其他草種侵入，對比競爭有很強(qiáng)的優(yōu)勢，有重生能力，草型姿態(tài)優(yōu)美，耐修剪，具有良好的景觀及美化效果。

2)早熟禾有非常強(qiáng)的耐陰能力，可以在陽光照射比較微弱的情況下，捕捉微弱陽光，它既適合陰坡種植，也適合在北方寒冷的環(huán)境中大面積使用。

3)早熟禾做為景觀綠化的栽培，具有優(yōu)秀的景觀及美化效果并有防止水土流失的功能。

2.5.2.3 喬木選擇

岸頂喬木選擇種植五角楓。五角楓樹干高大，樹形優(yōu)美，葉片變色，耐寒、耐旱。五角楓具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1)五角楓生命力強(qiáng)，易生長，深根性，抗風(fēng)力強(qiáng)，耐粗放管理。對環(huán)境的要求不高，對土壤要求不嚴(yán)，在中性、酸性及石灰性土上均能生長。

2)秋葉變亮黃色或紅色，適宜做庭蔭樹、行道樹及風(fēng)景林樹種。

3)五角楓為較好的防火樹種。五角楓含水量大，含油量小，不易被點(diǎn)燃和燃燒。此外，五角楓枯枝落葉分解較快，有利于迅速減少可燃物載量，改變起火環(huán)境。適宜在居民區(qū)周邊種植。

2.5.3 生態(tài)河道植物栽植設(shè)計(jì)

植物工程設(shè)計(jì)，馬道下迎水側(cè)坡面栽種1年生紫穗槐。紫穗槐栽種密度為：每500×500mm種植一叢，每叢2株。馬道上撒播早熟禾草籽。岸頂栽種一排五角楓，胸徑40-60mm，定干5m，順?biāo)鞣较蛟灾仓昃酁?m。

2.6 谷坊設(shè)計(jì)

采用重力式毛石混凝土結(jié)構(gòu)型式：跌水壩迎水面為直立面，高出河底1m；背水側(cè)坡比為1∶0.75，順?biāo)鞣较蜷L4m；谷坊上錯落擺放景石與固賓籠澆筑一體。谷坊兩側(cè)與護(hù)腳水平防護(hù)綠濱墊相接。

2.7 交叉建筑物設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)交叉建筑物1座，為按原規(guī)模改造接長。交叉建筑物特性見表4。

表4 交叉建筑物特性表

3 結(jié) 語

綜上所述，工程主要建筑物選址區(qū)無滑坡、溶洞等直接危害地段；無淹沒區(qū)、發(fā)震斷層區(qū)和地方病高發(fā)區(qū)及化學(xué)廢棄物層等，上游無嚴(yán)重的污染物和有害物，工程對區(qū)間水文、泥沙、水生生物、氣候沒有明顯的不利影響；工程區(qū)亦無較大敏感對象，沒有制約工程興建的重大環(huán)境問題。另外，選址區(qū)與周鄰區(qū)域之間保持的安全距離和衛(wèi)生防護(hù)距離均符合國家規(guī)定，二者在危險(xiǎn)、危害性方面相互影響的程度較小，對工程本身無大的影響。對于工程范圍內(nèi)，影響建筑物本身的危險(xiǎn)因素，通過治理均能保證主體建筑物的安全運(yùn)行。