白庙沟河道综合整治方案设计

王列健，李方芳，魏成勇

（1.重庆市水利电力建筑勘测设计研究院，重庆 401120；2.四川省水利水电勘测设计研究院，四川 成都 610072）

白庙沟综合治理工程位于水土高新技术产业园内，是典型现代城市河道治理工程。本文针对该工程段河道现状存在的主要问题，提出综合整治方案，优化设计内容，通过适当工程措施提高了工程区域城市防洪能力，结合适宜的景观设计，美化了城市环境，达到经济可持续发展与人水和谐的综合治理效果，治理措施和设计思路可供类似工程参考[1-2]。

1 工程概况

工程治理河段起于水土园区边界线位置在建涵洞出口，止于白庙沟与马元溪汇合口。工程前河道长约1108 m，工程后河道总长度912.08 m，为满足排洪要求，结合工程区规划已成、规划道路，工程全河段均采用明渠+箱涵方案。主要的建筑为：堤防、溢流堰、跌坎、穿路箱涵。

1.1 天然河道存在的主要问题

（1）工程河段天然河道长约1.108 km，河道蜿蜒曲折，河道内杂草丛生，原河道宽窄不一，防洪标准无法满足重庆市100年一遇的防洪要求。

（2）河道两岸为已建和拟建公路，两岸边坡为自然安排，边坡较陡，存在边坡失稳问题。

（3）工程河段位于城区内，随着城市化建设，面临着日趋严重的河道侵占现象，工程河段上自上游往下游分别有在建涵洞、石堡桥、碚金路箱涵、万福路新建成箱涵、废弃道箱涵洞等跨河桥梁及涉河建筑物，其中在废弃道箱涵洞下游河道右岸有弃渣堆放，侵占河道，影响行洪安全。

（4）白庙沟属典型的山区性河流，河道总长为2.42 km，平均坡降为63.89‰,河道坡降较陡，且河道比降陡缓不均，导致河道局部冲刷过深，局部形成淤积，水流条件较差。

2 综合整治方案

本次整治方案主要的涉河建筑物为改道河道、规划桥涵、已建涵洞等相关建筑物，本文重点分析堤防、箱涵、跌坎、溢流堰这几类的整治建筑物的设计思路。

2.1 基本堤型的比选

本工程除满足防洪要求外，尚须考虑河岸景观建设、土地占用及保护情况等因素。堤型比较根据工程范围内地形地质、河流水势、建筑材料、施工条件、运行管理与工程要求、工程造价等因素综合考虑，拟提出治理方案两种基本堤型：直立式挡墙方案和护脚+生态护坡。

（1）方案一：直立式挡墙方案

挡墙采用重力式挡墙，挡墙高4.0～5.0 m，顶宽1.0 m，挡墙临水面垂直，背坡坡度1∶0.4，土质基础下设1.0 m厚干砌块石换填。堤顶宽度为3.0 m，高于设计洪水位（P=1%）1.0 m，为8 cm厚的透水砖路面，其下铺设0.2 m厚碎石垫层，临河侧设栏杆。河床底板为30 cm厚的M7.5浆砌块石。外侧设栏杆。方案一典型断面见图1。

图1 方案一典型剖面图

（2）方案二：镇脚+护坡

该方案河底宽3.0～4.0 m，左、右侧设镇脚，镇脚尺寸为1.0 m×1.5 m（宽×高），采用M7.5浆砌块石衬砌。镇脚以上采用生态护坡，上游段右岸护坡坡度为1∶2.0，堤顶道路与人行步道结合使用；左岸护坡坡度为1∶2.0，堤顶道路宽3.0 m，高于设计洪水位（P=1%）1.0 m，为8 cm厚的透水砖路面，其下铺设0.2 m厚碎石垫层，临河侧设栏杆。护坡采用C20钢筋混凝土框格+草皮护坡，框格梁为矩形断面，尺寸为0.2 m×0.3 m（宽×高），种植土厚度为0.2 m。河床底板为0.3 cm厚的干砌块石，下设0.2 cm碎石垫层。方案二典型断面见图2。两方案技术经济比较见表1。

图2 方案二典型剖面图

经过估算，方案一比方案二投资高约896.71万元；方案一占地约16.2亩，方案二占地约26.4亩；虽然方案二比方案一占地多10.2亩，但所占土地均为绿化用地和河道用地，不具备商业价值；并且方案二具有良好的亲水性，景观性好，与规划的绿化带相吻合，且投资低，对地基要求不高。分析比较，推荐治理方案为镇脚+护坡方案（方案二）。

表1 堤型选择技术比较表

2.2 堤距比较

本工程建设主要任务之一保护两岸建筑物、构造物防洪安全，以及水土保持、用地要求，要求堤距要适宜，堤距过宽需要较大的开挖工程量增多、占用建设规划用地，堤距过小会造成超泄能力小，保证率低，还会抬升岸顶高程，增加护岸工程投资。

本白庙沟基本堤距拟选2 m、3 m、4 m三个方案进行比选，不同堤距方案主要带来的是工程量上的差异和上下游建筑物衔接难易程度之分。

在同为100年一遇洪水的流量前提下，各堤线的工程量有所变化，新建堤防堤身高度也将有变化，同时占地投资也有所变化。经综合比较，中堤距方案投资相对较少，同时结合上游河道宽度，为使上、下游和左右岸衔接更加自然，推荐改道河段采用中堤距方案，推荐基本堤距为3 m。该堤距方案堤线平顺，归顺水流，工程地质条件较好。

2.3 箱涵结构形式选择

箱涵结构形式应适应建筑区的地形地质条件，结构既要满足排泄洪水、上部填土的荷载要求，又要安全可靠，也要便于施工和节省工程投资。根据本工程的布置原则，结合项目的实际情况，本工程可供选择的涵洞结构结构型式有箱涵和拱涵两种。其中，箱涵结构形式施工简单，基础开挖尺寸较小。拱涵施工较复杂，顶拱施工立模较平板困难，而且基础开挖工程量大于箱涵。涵调结构形式方案比选见表2。

表2 涵洞结构形式比选表

表3 涵洞宽度比选表

本工程所涉及的拟建箱涵顶部均为规划道路，河底高程与规划道路高程相差不大，为节省工程投资，方便施工，推荐采用箱涵结构形式。

河道的基本堤距为3.0 m，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）3.2.5节：适合本工程桥涵的标准化跨径有：3.0 m和4.0 m。涵洞宽度选择见表3。

由表看出，若涵洞宽度为3.0 m，则涵洞顶高程将高于道路高程，将影响道路的正常使用，结合下游已建涵洞的尺寸，推荐1～3#涵洞的净宽为4.0 m。

经过水力计算比较及考虑水土片区的规划布置，确定工程段明渠整治型式采用镇脚+生态护坡形式，除局部跌坎外，河道纵坡坡比为1∶500，河道底宽为3.0 m。镇脚采用M7.5浆砌块石衬砌，镇脚以上采用坡度为1∶2.0的C20钢筋砼框格+草皮护坡，堤顶高程高于设计洪水位（P=1%）1.0 m或与岸边道路高程一致。新建3座C25钢筋砼箱涵，1#、2#箱涵净空尺寸为 4.0 m×4.0 m（宽×高），3#箱涵净空尺寸为4.0 m×4.6 m（宽×高），以1#箱涵为例，箱涵结构图见图3[3]。

图3 1#箱涵横断面图

2.4 连续跌坎设计

根据原河道纵断面走势，在尽量保持原河道走势的情况下，兼顾的衔接上下游建筑物的作用，白庙沟河段共设1#～3#连续跌坎，跌坎底板为30 cm厚C20钢筋砼，底板间排距2 m梅花形布置铺设排水管，每3级跌坎设置1结构缝。以1#跌坎为例跌坎结构图见图4。

图4 1#跌坎纵剖面图

2.5 溢流堰设计

为改善白庙沟原河道坡降较大带来的水力条件较差的问题，本次设计采用溢流堰衔接河床上下游，集中处理天然河流坡率较大河床较陡问题，白庙沟治理工程共设1#～8#溢流堰，使得河床设计纵坡坡率减缓为1∶500。溢流堰基本形式为重力式，堰顶上游为保证水流平顺采用半径为0.1 m的单圆弧形式，堰顶下游为0.5 m×0.5 m（宽×高）连续阶梯式消能，连续阶梯顺接下游河床，溢流堰典型断面图见图5[4]。

图5 溢流堰典型断面图

2.6 适宜的景观效果

（1）堤防工程选用亲水性材料，河道底板为干砌石或原基岩，两岸护坡形式为采用C20钢筋混凝土框格+草皮护坡，远看形成两条绿化带。堤顶道路兼为人行通道并设置栏杆，两岸各每隔150 m～200 m设一下河梯道，方便河道两岸居民亲水游玩。

（2）1#～8#拦水堰一方面起到降低河床纵坡坡率的作用，另一方面拦水堰之间能保证长期水流流动，特别是在枯水季节能保证河道内长期处于有水的状态，形成了较好的水利景观效果[4]。

（3）由于整个河道治理工程基本上顺应原河流的走势，沿河堤顶道路结合规划路网设计，整个护岸工程展现出高低起伏的形态，与两岸路网相得益彰，形成了一个有机整体。

3 结论

（1）通过白庙沟河道两岸堤防的修建，对工程建设前后水位、流速及行洪断面等进行分析计算，对工程实施前后河道行洪能力进行了分析，工程实施后，通过计算工程后相应明渠段能达到100年一遇洪水标准，箱涵能达到洪水200年一遇洪水标准，满足重庆市城市防洪要求。

（2）对原河道两岸采用镇脚+斜坡的护岸方式，斜坡坡率不陡于1∶2，河道两岸岸坡稳定问题得到和好解决。

（3）1#～8拦水堰的修建，使得河床纵坡坡降降为1∶500，水流趋于平缓，减少了水流对河道的冲刷，水流条件得到明显改善。

（4）虽然工程河段河势有一定影响，但经过工程护岸后，工程河段已固化，工程实施后上、下游河道河势仍然稳定。

（5）白庙沟河道综合治理工程，通过一系列的景观性工程措施的实施，形成了一条生态景观型河道，达到了人水和谐的景观效果。