河道治理工程中河道斷面設(shè)計(jì)探討

劉祖煥

（惠州市碧水工程項(xiàng)目管理有限公司，廣東 惠州 516000）

1 工程概況

南部3 條河涌（蓮塘布河、冷水坑河、河橋水）水環(huán)境綜合整治工程位于惠州市惠城區(qū)三棟、河南岸兩個(gè)街道（鎮(zhèn)）境內(nèi)。蓮塘布河位于惠州市惠城區(qū)三棟、河南岸街道兩個(gè)街道（鎮(zhèn)）境內(nèi)，治理河道長(zhǎng)約9.2 km。起點(diǎn)位于蓮塘布水庫(kù)，流經(jīng)惠大鐵路、商貿(mào)技校及衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院、穿過惠南大道、后流經(jīng)田心村、河村，穿過奧林匹克體育場(chǎng)館，最后匯入金山湖[1］。冷水坑河發(fā)源于惠城區(qū)西南面的大山嶂，自西南向東北流動(dòng)，穿越惠大鐵路后流經(jīng)上坑村，再穿越惠南大道后流經(jīng)東江學(xué)府、冷水坑村，至紅光村轉(zhuǎn)北流，與河橋水匯合后，再沿金山大道在冰糖村附近流入金山湖，最終匯入西枝江。河橋水發(fā)源于惠州市區(qū)筆架山，河道起點(diǎn)位于新塘村，由西向東途徑惠州學(xué)院、山水華府、金湖苑，至邱屋村匯入冷水坑主河道，最終流入金山湖。

蓮塘布河流域集雨面積18.03 km2（不含規(guī)劃新增的集雨面積5.25 km2），河長(zhǎng)12.86 km，坡降0.0049；冷水坑河流域集雨面積為5.35 km2，主河道長(zhǎng)度為5.42 km，縱坡平均坡降0.0088；河橋水流域集雨面積9.97 km2，主河道長(zhǎng)度為6.53 km，縱坡平均坡降0.0048。

2 河道斷面方案及設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 防洪排澇計(jì)算

蓄排澇采用閘排電排相結(jié)合的原則，計(jì)算時(shí)需同時(shí)滿足排水閘出流公式及水量平衡公式。

水量平衡方程式：

式中：V末為時(shí)段末蓄澇容積；V初為時(shí)段初蓄澇容積；Qt為時(shí)段平均入流；qt為時(shí)段平均出流。

紅樓水閘過流為堰流，公式如下：

式中：Q 為流量，m3／s；σs為淹沒系數(shù)，根據(jù)水閘設(shè)計(jì)規(guī)范SL265-2016 附錄A 中表A.0.1-2 查算；ε為側(cè)收縮系數(shù)；m為流量系數(shù)；b 為閘孔總凈寬，m；g 為重力加速度9.81；H0為閘前總水頭，m。

根據(jù)以上邊界條件計(jì)算可得規(guī)劃情況下圍內(nèi)最高調(diào)蓄水位為13.74 m，《紅樓水閘遷建工程可行性研究報(bào)告》調(diào)蓄計(jì)算的最高水位為13.91 m；《金山河綜合整治項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)報(bào)告》調(diào)蓄計(jì)算的最高水位為14.09 m；《惠州市惠城中心城區(qū)防洪排澇規(guī)劃》調(diào)蓄計(jì)算的最高水位為14.28 m。以上三本報(bào)告所采用的西枝江水位過程線均為惠陽(yáng)站1974.10 的成果，均已通過相關(guān)部門的審批通過，從工程安全的角度，且考慮金山湖片區(qū)規(guī)劃地面高程均采用《惠州市惠城中心城區(qū)防洪排澇規(guī)劃》的水位成果進(jìn)行豎向規(guī)劃，最終選用14.28 m進(jìn)行下一步的計(jì)算。

2.2 河道斷面選擇

2.2.1蓮塘布河

蓮塘布河根據(jù)兩岸用地情況，部分河段近期以沿老河道清淤疏浚為主，遠(yuǎn)期可根據(jù)南部新城規(guī)劃及進(jìn)程，進(jìn)行防洪達(dá)標(biāo)整治；部分河段周邊建設(shè)發(fā)展較快，按20 年一遇洪水進(jìn)行防洪達(dá)標(biāo)整治。原則上在用地允許的條件下盡量拓寬河道過水?dāng)嗝嬉越档秃樗?，本次整治主要是采用的斷面形式包括：斷面形式①混合?fù)式斷面（上梯形下矩形），斷面形式②矩形斷面及斷面形式③復(fù)式斷面（上、下均為梯形斷面）。

方案一：復(fù)式斷面+重力式擋墻

設(shè)計(jì)河道斷面采用復(fù)式斷面，河道設(shè)計(jì)底寬12 m；河床上設(shè)置重力式擋墻，采用C20 砼結(jié)構(gòu)，墻凈高1.85 m，擋墻墻頂設(shè)置3 m 寬親水平臺(tái)，平臺(tái)以上邊坡為1∶2.5；河道左岸堤頂路總寬6 m，瀝青路面寬4 m，道路兩側(cè)設(shè)置1 m 的行道樹綠化，右岸恢復(fù)現(xiàn)狀人行道。

方案二：矩形斷面+灌注樁式板樁墻

河道過水?dāng)嗝鏋榫匦危O(shè)計(jì)河底寬15 m，兩岸設(shè)置灌注樁式板樁墻墻，灌注樁樁長(zhǎng)11 m，擋墻于墻頂設(shè)2.5 m 寬的懸飄板，其中包括0.5 m 寬的花池。河道左岸堤頂路總寬6 m，瀝青路面寬4 m，道路兩側(cè)設(shè)置1 m 的行道樹綠化，右岸恢復(fù)現(xiàn)狀人行道，見圖1。

圖1 方案二：矩形斷面+灌注樁式板樁墻

方案一投資較大，征地拆遷費(fèi)用較大，景觀效果較好；方案二投資較少，施工快捷，征地拆遷費(fèi)用較少。綜上所述，蓮塘布河河道斷面采用方案二。

滲流穩(wěn)定計(jì)算主要根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013），采用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所的《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)（AutoBANK v7.0）》進(jìn)行計(jì)算及分析。由計(jì)算結(jié)果可知，各斷面均滿足允許水力坡降的要求。各斷面滲透穩(wěn)定計(jì)算成果見表1。

表1 各斷面滲透穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.2.2 冷水坑河

本次河道整治布置原則是按照土地利用規(guī)劃結(jié)合現(xiàn)狀河道進(jìn)行河道軸線布置，河道斷面選擇盡量采用采用梯形斷面方案，以利于水生生物的生存、繁殖，保持良好的水生態(tài)環(huán)境，盡量避免三面光的河道設(shè)計(jì)，無(wú)法放坡的河段采用矩形河道斷面，其中河道斷面底寬、岸坡寬度、岸坡高程等應(yīng)根據(jù)各段地形及景觀要求進(jìn)行確定，根據(jù)河道的不同位置，從下游向上游分段論述各河段斷面方案。

方案一：下部生態(tài)擋墻+上部放坡方案

新建河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底控制寬度為6.0 m，矮擋墻采用生態(tài)擋墻，采用反濾生態(tài)砼砌塊加筋擋墻高2.0 m，墻頂放坡按1∶2，坡面草皮綠化。岸坡坡頂設(shè)置綜合道寬3.5 m，沿河道側(cè)設(shè)花崗巖欄桿，由于放坡空間不足，背水側(cè)臨近房屋位置采用擋墻進(jìn)行支護(hù)， 右岸擋墻開挖需要臨時(shí)鋼板樁6 m（拔除）。

方案二：下部放坡+上部直墻方案

新建河道采用梯形斷面，設(shè)計(jì)河底控制寬度為6.0 m，兩岸采用固濱籠護(hù)腳，護(hù)腳尺寸為1 m×1 m（寬×高），以上邊坡為1∶2，采用中空預(yù)制砼六角塊護(hù)坡，鏤空位置回填土夯實(shí)，常水位以上部分鋪設(shè)草皮。高度2.0 m 位置設(shè)C20 砼壓頂厚300 mm，寬度0.6 m，高度2.0 m 以上采用草皮護(hù)坡。岸坡坡頂設(shè)置綜合道寬3.5 m，綜合道岸頂高程高出現(xiàn)狀地面2.0 m，由于受兩側(cè)房屋空間限制，無(wú)放坡空間，臨水側(cè)和背水側(cè)都要采用擋墻支護(hù)，采用U 型槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，河道兩側(cè)側(cè)設(shè)花崗巖欄桿，右岸U 型槽結(jié)構(gòu)開挖需要臨時(shí)鋼板樁支護(hù)，長(zhǎng)度9 m。

從經(jīng)濟(jì)方面比較，方案一比方案二投資較少，方案一較優(yōu)。從施工方面比較，方案一采用采用生態(tài)擋墻，采用預(yù)制塊施工，擋墻采用的砼擋墻，無(wú)鋼筋制作安裝，施工速度快，受天氣影響較?。环桨付捎霉虨I籠護(hù)腳，要人工放置塊石，U型槽結(jié)構(gòu)需要鋼筋制作安裝，受天氣影響較大。方案一較優(yōu)。從景觀方面比較，方案一，下部采用生態(tài)擋墻，可以填充種植土土進(jìn)行植生，形成綠色墻體，并且河道立面生態(tài)化，生態(tài)及景觀效果好；方案二采用中空預(yù)制砼六角塊護(hù)坡，常水位以上部分鋪設(shè)草皮，立面較單調(diào)，生態(tài)景觀效果一般。方案一較優(yōu)。綜上所述，建議采用方案一為推薦方案。

本工程岸坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算選用樁號(hào)冷0+031.57、冷1+105.45 斷面左岸坡。具體計(jì)算結(jié)果見表2。本次岸坡邊坡級(jí)別為5 級(jí)，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如下：工況一為1.05，工況二為1.05。從計(jì)算成果可知，各典型斷面岸坡在各種工況下的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求，故本工程岸坡是穩(wěn)定安全的。

表2 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

2.2.3 河橋水河

根據(jù)沿岸現(xiàn)狀調(diào)查，現(xiàn)狀河道大部分的位置比較寬敞，局部河道與周邊的建筑物距離較近，有些建筑物直接建于河道擋墻之上，局部河段河道用地被占用。工程總布置要充分考慮河道行洪要求及兩岸用地征地等因素。本次河道盡量按水清岸綠規(guī)劃的近期紅線進(jìn)行布置，減少拆遷，降低工程造價(jià)為原則；同時(shí)在滿足防洪的基礎(chǔ)上，岸坡布置盡量體現(xiàn)生態(tài)、人水和諧理念，為河岸美化提供平臺(tái)，營(yíng)造生態(tài)化的水環(huán)境。

方案一：左岸直立墻采用旋挖灌注樁方案

由于地基有淤泥質(zhì)粘土，承載力較低，考慮采用旋挖灌注樁方案。左岸岸坡采用直徑1 m 的C30 砼灌注樁，間距1.2 m，長(zhǎng)度14 m，樁頂采用冠梁連接，樁頂高程15.00 m，灌注樁以上采用1∶2 放坡，坡面采用草皮護(hù)坡。右岸采用放坡坡面，采用兩岸采用固濱籠護(hù)腳，坡比為1∶2.5，岸坡高程12.0 m 以下采用中空預(yù)制砼六角塊護(hù)坡，高程12.0 m 以上采用草皮護(hù)坡。

方案二：左岸直立墻采用懸臂式擋墻加攪拌樁基礎(chǔ)方案

左岸岸坡采用懸臂式擋墻方案，由于淤泥質(zhì)粘土地基承載力能力不足，需要進(jìn)行地基處理，采用水泥攪拌樁進(jìn)行地基處理。懸臂式擋墻采用C25 鋼筋砼，墻高5.45 m，擋墻頂以上采用1∶2 放坡，坡面采用草皮護(hù)坡，基礎(chǔ)采用直徑φ550的水泥攪拌樁（粉噴樁），間距1.0 m，梅花型布置，單樁長(zhǎng)度6.0 m。右岸與方案一相同。

本工程岸坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算選用樁號(hào)河0+398.30 斷面右岸坡。具體計(jì)算結(jié)果見表3。本次岸坡邊坡級(jí)別為5 級(jí)，邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如下：工況一為1.05，工況二為1.05。從計(jì)算成果可知，各典型斷面岸坡在各種工況下的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范允許值，滿足規(guī)范要求，故本工程岸坡是穩(wěn)定安全的。

表3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

3 結(jié)語(yǔ)

在水利工程建設(shè)過程中，要兼顧當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)，保護(hù)周邊環(huán)境，滿足城市在發(fā)展過程中的需要。對(duì)于水利工程，要及時(shí)解決河流管理過程中出現(xiàn)的各種問題，并采取相應(yīng)的措施，更好地開展水利工程建設(shè)。通過對(duì)蓮塘布河、冷水坑河、河橋水主要是對(duì)沿線河段進(jìn)行綜合整治，河道斷面可滿足20 年一遇洪水不受災(zāi)，本工程建成后，提高了防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，消除了部分區(qū)域的后顧之憂，減輕了社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)遭受洪澇災(zāi)害的威脅，將有利于促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。