某河道治理工程存在的問題及方案分析

朱 健，王緒彬， 劉鵬程

（1.上海千年城市規(guī)劃工程設計股份有限公司淮海設計院,江蘇 宿遷 223800；2.徐州市南水北調(diào)工程管理中心,江蘇 徐州 221200）

1 河道現(xiàn)狀及問題

本次河道治理段通過壩子,沿河兩岸農(nóng)田村莊分布較廣,河道較順直,治理河道總長6.4 km,現(xiàn)狀河道基本為天然梯形斷面,河堤為土堤,堤背農(nóng)田高出河床面2 m～4 m,河道寬度多在10 m～20 m,部分較寬河段可達30 m,治理段河床平緩,且多處存在倒坡,泄流能力低。河道流域內(nèi)單點暴雨頻繁發(fā)生,河道周圍的支流大都屬山區(qū)性河流,坡陡流急,洪水暴漲暴落,而主河道底坡緩,河中取水建筑物多,加上丫口阻水作用,造成河道洪水位高,兩岸支流洪水不能及時進入主要河道,洪水渲泄不暢,造成持續(xù)時間較長的嚴重洪災,使壩區(qū)沿岸農(nóng)田、城鎮(zhèn)、學校、公路、通訊等設施被淹,因而流域內(nèi)洪災因出現(xiàn)頻繁分布面廣,損失較重。另外,由于人類頻繁活動,河床內(nèi)泥沙淤積,兩岸垃圾、農(nóng)作物殘桿隨意堆放, 河道行洪能力降低,加大了河道發(fā)生洪災的頻率。本次以防洪為主,挖深河道、修建河堤,清理局部河障,改善水力條件,提高河道泄洪能力。

2 堤岸、堤基主要工程地質(zhì)問題

治理河道沿線多為河床沖積層Ⅰ級河谷階地,無高邊坡開挖,堤身岸坡屬基本穩(wěn)定～穩(wěn)定性較差。兩岸河堤下部基巖埋深較大,堤基均座于河床沖洪積粘土細砂礫石層上,為單元地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征,工程地質(zhì)條件總體分類為B～C類,大部屬基本穩(wěn)定～穩(wěn)定性較差岸坡（Ⅱ～Ⅲ類）。

（1）河床沖洪積粘土細砂礫石層厚度多大于2.5 m、局部地段大于8.0 m,結(jié)構(gòu)稍密實、透水性中等、抗沖刷能力稍強；河堤覆蓋層多為階地沖積層、洪積物,稍濕,結(jié)構(gòu)稍密,局部為人工素填土及砂土,結(jié)構(gòu)疏松,性質(zhì)不一,受地下水、地表水的影響,容易產(chǎn)生坍塌和滲水,對開挖邊坡穩(wěn)定性有一定影響,建議開挖后及時進行砌筑、回填,做好排水、支護措施,避免邊坡失穩(wěn)。

（2）本工程原河堤主要為土堤,基巖埋深較大,建議河堤基礎(chǔ)嵌入持力層。粉細砂土,粘土細砂層,抗沖刷能力差,穩(wěn)定性差,且處于地下水位以下存在地震液化的潛勢,不能作為持力層。下部河床沖洪積粘土細砂礫石層和河床階地堆積粉質(zhì)粘土層承載力及強度總體能滿足土堤堤岸、堤身變形穩(wěn)定及抗滑穩(wěn)定,主要存在迎水坡腳基礎(chǔ)抗沖,滲透變形及抗滑穩(wěn)定問題,建議清除松軟土層,對堤岸、堤身地基土可整平、夯壓處理,堤基基礎(chǔ)置于持力層沖刷下限以下0.5 m～1.0 m。

（3）選定的堤基持力層中,局部分布粉砂土、淤泥質(zhì)粘土等軟弱夾層,一般厚度 0.2 m～1.0 m（持力層范圍內(nèi)）,物理力學性質(zhì)差,壓縮性高,承載力低,在上覆荷載作用下,將發(fā)生長期固結(jié)沉降,使堤基將產(chǎn)生不均勻沉降,對堤身穩(wěn)定構(gòu)成威脅。如果開挖過程中發(fā)現(xiàn)該類夾層,厚度較小的建議清除,厚度大的建議加深基礎(chǔ)埋深,在沖刷下限以下進行打木樁,設碎、塊石墊層強夯處理。

（4）局部堤線段的上覆土層（如粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、粉砂土、粉細砂等） 較厚,持力層埋深較大,不能直接作持力層,堤基只能置于上覆土層中,但該類土層承載力、沉降、抗沖、抗滑、地震液化等指標可能不滿足要求,對堤防安全威脅較大。針對類似情況,建議加深基礎(chǔ)埋深,加大基礎(chǔ)寬度,在沖刷下限以下設碎、塊石墊層強夯處理。

3 方案設計

本次河道治理工程主要為農(nóng)田防護,在滿足防洪要求的前提下,結(jié)合工程實際情況,本次河道治理方案確定為：河道平面走向基本維持現(xiàn)狀不變,干流治理段調(diào)整河道比降為1/2500,挖深河槽,對現(xiàn)狀未硬化的堤頂一岸新建聯(lián)鎖式護坡及護腳,部分堤段新建或加高河堤,迎水面坡度為1∶1.5；對現(xiàn)狀已硬化的堤頂一岸新建護腳及護坡,迎水面坡度為1∶1～1∶1.5,現(xiàn)狀水泥路面不滿足防洪要求的在路緣迎水面?zhèn)刃陆ǚ览藟?對現(xiàn)狀河岸兩側(cè)為民房的新建漿砌石貼坡,堤頂高程和防浪墻頂高程須滿足10 年一遇洪水要求。

3.1 河堤、護岸結(jié)構(gòu)設計

（1）斷面形式擬定

河堤橫斷面形式常采用矩形斷面、梯形斷面以及復式斷面三種型式[1],矩形斷面占地少,但墻體斷面大,砌體工程量大,投資大；梯形斷面砌體工程量小,投資少,但占地多；復式斷面介于矩形斷面和梯形斷面之間,占地較梯形斷面少,投資較矩形斷面少。本次治理河段現(xiàn)狀為天然梯形斷面,根據(jù)防洪規(guī)劃,本次治理段需挖深河槽,盡量保證河道的行洪寬度,因此,本次考慮仍采用梯形斷面設計。

（2） 堤型方案比較

堤身結(jié)構(gòu)型式應根據(jù)堤段所在的地理位置、重要性、筑堤材料、施工條件,并考慮環(huán)境景觀、工程投資等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定。結(jié)合河道治理工程情況,以及現(xiàn)狀的地形,本次主要擬定以下兩種堤型進行考慮。

方案一：景觀植生預鑄塊擋墻堤

景觀植生預鑄塊是一種與自然共生的預鑄塊,由前板、兩側(cè)板、后板與底板結(jié)合,在內(nèi)部形成有一開口向上的容置槽,槽內(nèi)充填卵石、土等充填材料,擋墻結(jié)構(gòu)透水、透氣,有利于空氣、水、動植物、土壤形成天然的生態(tài)循環(huán)系統(tǒng),充分發(fā)揮吸收凈化功能,保持生態(tài)自然平衡。以4.5 m高擋墻為例,景觀植生預鑄塊擋墻堤基礎(chǔ)采用C25 現(xiàn)澆砼,尺寸為1.2 m×0.85 m,基礎(chǔ)以上采用9 塊預鑄塊及1塊蓋板搭砌而成,迎水坡坡比1∶0.5, 5 年一遇洪水位以下采用卵石填槽, 5 年一遇洪水位以上裝滿種植土。

方案二：斜坡式土堤

斜坡式土堤是河道治理中最常見的堤型,新建河堤迎水坡坡腳采用格賓石籠護腳,護腳高出設計底板0.5 m,格賓石籠頂以上至 5年一遇洪水位采用C20 砼聯(lián)鎖式護坡,5 年一遇洪水位以上至堤頂采用植草護坡,迎水面、背水面坡比為1∶1.5。

根據(jù)工程河段的地形地質(zhì)條件以及生態(tài)治理的原則,擬定的兩種堤型均具備修建條件,各堤型的主要技術(shù)經(jīng)濟特點如下：方案一的優(yōu)點為占地較小,耐久性、抗沖刷性好,堤型較美觀,施工速度快；缺點是該堤型對基礎(chǔ)的要求較高,親水性較差,投資過大。方案二的優(yōu)點為開挖回填量較小,對基礎(chǔ)的要求較低,適應變形能力強,親水性好,投資低；缺點是抗沖刷能力一般,占地較大,施工較復雜。兩種方案每延米工程量及投資對比表,見表 1。

表1 每延米工程量及投資對比表

綜上所述,方案一和方案二兩種堤型方案各有其特點和優(yōu)劣。結(jié)合本工程的地形地質(zhì)條件,并考慮到方案一投資過高,本階段推薦方案二斜坡式土堤。

3.2 護腳、護坡型式擬定

在治理型式上注意突出生態(tài)治河理念,在滿足防洪要求的前提下,工程設計方案要按照因地制宜、切合實際、注重生態(tài)、節(jié)約投資的思想,采用新型生態(tài)設計,因地制宜地合理采用柔性堤岸[2]。根據(jù)水面線計算成果,治理段河道水流流速大部分均在 1 m/s ～3 m/s 之間,流速較小。在滿足抗沖流速要求的前提下,綜合考慮后河堤迎水面5 年一遇水位以下采用C20 聯(lián)鎖式預制砼護坡,5 年一遇水位至堤頂采用自播花護坡,聯(lián)鎖護坡頂設置C20 砼現(xiàn)澆隔離帶,尺寸為0.2 m×0.3 m,每隔10 m設一道變形縫,堤頂寬度與現(xiàn)狀道路同寬,但不小于3 m,現(xiàn)狀水泥路仍保持原路面寬度。

3.3 斷面設計

本次治理河段堤型采用梯型斷面,迎水面坡比為1∶1.2～1∶1.5,護腳采用格賓石籠,高度為2 m～2.3 m（高出河底0.5m）,5年一遇洪水位以下采用預制聯(lián)鎖式護坡,厚度為10cm,聯(lián)鎖式護坡每隔10 m設一C20 混凝土分隔梁,分隔梁尺寸為0.2 m×0.3 m；5 年一遇洪水至堤頂為土堤,采用自播花護坡；堤頂結(jié)構(gòu)結(jié)合美麗河湖建設及美麗鄉(xiāng)村建設,原堤頂?shù)缆窞榛炷谅访娼Y(jié)構(gòu)維持現(xiàn)狀,原堤頂?shù)缆窞橥谅穭t根據(jù)現(xiàn)狀堤頂寬度在堤頂新建景觀大道,現(xiàn)狀堤頂寬度不小于7.5 m時,堤頂采用人車分離,并設置1 m寬綠化隔離帶,人行道寬度不小于1.5 m,堤頂小于該寬度時,僅設置車行道,保證車輛通行。斷面設計圖見圖1。

圖1 河堤斷面設計圖

3.4 堤基處理

治理段選定的堤基持力層中,局部分布粉砂土、淤泥質(zhì)粘土等軟弱夾層,一般厚度0.2 m～1.0 m（持力層范圍內(nèi)）,物理力學性質(zhì)差,壓縮性高,承載力低,在上覆荷載作用下,將發(fā)生長期固結(jié)沉降,使堤基將產(chǎn)生不均勻沉降,對堤身穩(wěn)定構(gòu)成威脅。如果開挖過程中發(fā)現(xiàn)該類夾層,厚度較小的建議清除,厚度大的加深基礎(chǔ)埋深,須采用塊石置換夯實,打木樁處理。毛石墊層厚1.0 m,寬1.8 m,木樁采用直徑15 cm的木樁,長3m,梅花形布置,間距0.50 m,施工時根據(jù)實際開挖地質(zhì)情況,適時調(diào)整基礎(chǔ)處理方案。

3.5 防沖保護

本次治理河段為壩區(qū),河床平緩,經(jīng)水力計算,河道設計標準內(nèi)水流流速大部分為1 m3/s～3 m3/s,整體沖刷不嚴重。河堤為梯形斷面,通過沖刷深度計算,河道沖刷深度在0.57 m～1.44 m之間,結(jié)合已治理河流多年來運行情況以及現(xiàn)狀河道的沖刷情況,考慮一定的基礎(chǔ)富余深度,本次治理河段基礎(chǔ)埋深取為1.0 m、1.5 m 及1.8 m三種。里程3+300 m～4+300 m、4+800 m～6+000 m段基礎(chǔ)埋置深1.0 m,4+650 m～4+750 m段右岸基礎(chǔ)埋置深1.8 m,其余河段均為1.5 m。

4 結(jié)論及建議

通過對河道清理整治,使該段河道能夠滿足十年一遇的防洪標準,保護沿河人口 1.2 萬和 0. 85 萬畝農(nóng)田耕地,逐步解決河道泄洪能力低的問題,同時, 通過對該段河道的治理、對堤頂?shù)缆酚不熬坝^打造,改善了該治理河段的景觀面貌,提升了沿河村莊的鄉(xiāng)村風貌,以及為沿河百姓茶余飯后休閑散步提供場所, 成功的將該河堤頂?shù)缆反蛟鞛榫坝^大道,立足于“生態(tài)、民族與文化”的三大特色, 促進當?shù)氐穆糜螛I(yè),切實帶動了鄉(xiāng)村振興。