某河道治理工程存在的问题及方案分析

朱 健，王绪彬， 刘鹏程

（1.上海千年城市规划工程设计股份有限公司淮海设计院,江苏 宿迁 223800；2.徐州市南水北调工程管理中心,江苏 徐州 221200）

1 河道现状及问题

本次河道治理段通过坝子,沿河两岸农田村庄分布较广,河道较顺直,治理河道总长6.4 km,现状河道基本为天然梯形断面,河堤为土堤,堤背农田高出河床面2 m～4 m,河道宽度多在10 m～20 m,部分较宽河段可达30 m,治理段河床平缓,且多处存在倒坡,泄流能力低。河道流域内单点暴雨频繁发生,河道周围的支流大都属山区性河流,坡陡流急,洪水暴涨暴落,而主河道底坡缓,河中取水建筑物多,加上丫口阻水作用,造成河道洪水位高,两岸支流洪水不能及时进入主要河道,洪水渲泄不畅,造成持续时间较长的严重洪灾,使坝区沿岸农田、城镇、学校、公路、通讯等设施被淹,因而流域内洪灾因出现频繁分布面广,损失较重。另外,由于人类频繁活动,河床内泥沙淤积,两岸垃圾、农作物残杆随意堆放, 河道行洪能力降低,加大了河道发生洪灾的频率。本次以防洪为主,挖深河道、修建河堤,清理局部河障,改善水力条件,提高河道泄洪能力。

2 堤岸、堤基主要工程地质问题

治理河道沿线多为河床冲积层Ⅰ级河谷阶地,无高边坡开挖,堤身岸坡属基本稳定～稳定性较差。两岸河堤下部基岩埋深较大,堤基均座于河床冲洪积粘土细砂砾石层上,为单元地质结构特征,工程地质条件总体分类为B～C类,大部属基本稳定～稳定性较差岸坡（Ⅱ～Ⅲ类）。

（1）河床冲洪积粘土细砂砾石层厚度多大于2.5 m、局部地段大于8.0 m,结构稍密实、透水性中等、抗冲刷能力稍强；河堤覆盖层多为阶地冲积层、洪积物,稍湿,结构稍密,局部为人工素填土及砂土,结构疏松,性质不一,受地下水、地表水的影响,容易产生坍塌和渗水,对开挖边坡稳定性有一定影响,建议开挖后及时进行砌筑、回填,做好排水、支护措施,避免边坡失稳。

（2）本工程原河堤主要为土堤,基岩埋深较大,建议河堤基础嵌入持力层。粉细砂土,粘土细砂层,抗冲刷能力差,稳定性差,且处于地下水位以下存在地震液化的潜势,不能作为持力层。下部河床冲洪积粘土细砂砾石层和河床阶地堆积粉质粘土层承载力及强度总体能满足土堤堤岸、堤身变形稳定及抗滑稳定,主要存在迎水坡脚基础抗冲,渗透变形及抗滑稳定问题,建议清除松软土层,对堤岸、堤身地基土可整平、夯压处理,堤基基础置于持力层冲刷下限以下0.5 m～1.0 m。

（3）选定的堤基持力层中,局部分布粉砂土、淤泥质粘土等软弱夹层,一般厚度 0.2 m～1.0 m（持力层范围内）,物理力学性质差,压缩性高,承载力低,在上覆荷载作用下,将发生长期固结沉降,使堤基将产生不均匀沉降,对堤身稳定构成威胁。如果开挖过程中发现该类夹层,厚度较小的建议清除,厚度大的建议加深基础埋深,在冲刷下限以下进行打木桩,设碎、块石垫层强夯处理。

（4）局部堤线段的上覆土层（如粉质粘土、淤泥质粘土、粉砂土、粉细砂等） 较厚,持力层埋深较大,不能直接作持力层,堤基只能置于上覆土层中,但该类土层承载力、沉降、抗冲、抗滑、地震液化等指标可能不满足要求,对堤防安全威胁较大。针对类似情况,建议加深基础埋深,加大基础宽度,在冲刷下限以下设碎、块石垫层强夯处理。

3 方案设计

本次河道治理工程主要为农田防护,在满足防洪要求的前提下,结合工程实际情况,本次河道治理方案确定为：河道平面走向基本维持现状不变,干流治理段调整河道比降为1/2500,挖深河槽,对现状未硬化的堤顶一岸新建联锁式护坡及护脚,部分堤段新建或加高河堤,迎水面坡度为1∶1.5；对现状已硬化的堤顶一岸新建护脚及护坡,迎水面坡度为1∶1～1∶1.5,现状水泥路面不满足防洪要求的在路缘迎水面侧新建防浪墙,对现状河岸两侧为民房的新建浆砌石贴坡,堤顶高程和防浪墙顶高程须满足10 年一遇洪水要求。

3.1 河堤、护岸结构设计

（1）断面形式拟定

河堤横断面形式常采用矩形断面、梯形断面以及复式断面三种型式[1],矩形断面占地少,但墙体断面大,砌体工程量大,投资大；梯形断面砌体工程量小,投资少,但占地多；复式断面介于矩形断面和梯形断面之间,占地较梯形断面少,投资较矩形断面少。本次治理河段现状为天然梯形断面,根据防洪规划,本次治理段需挖深河槽,尽量保证河道的行洪宽度,因此,本次考虑仍采用梯形断面设计。

（2） 堤型方案比较

堤身结构型式应根据堤段所在的地理位置、重要性、筑堤材料、施工条件,并考虑环境景观、工程投资等因素,经技术经济比较确定。结合河道治理工程情况,以及现状的地形,本次主要拟定以下两种堤型进行考虑。

方案一：景观植生预铸块挡墙堤

景观植生预铸块是一种与自然共生的预铸块,由前板、两侧板、后板与底板结合,在内部形成有一开口向上的容置槽,槽内充填卵石、土等充填材料,挡墙结构透水、透气,有利于空气、水、动植物、土壤形成天然的生态循环系统,充分发挥吸收净化功能,保持生态自然平衡。以4.5 m高挡墙为例,景观植生预铸块挡墙堤基础采用C25 现浇砼,尺寸为1.2 m×0.85 m,基础以上采用9 块预铸块及1块盖板搭砌而成,迎水坡坡比1∶0.5, 5 年一遇洪水位以下采用卵石填槽, 5 年一遇洪水位以上装满种植土。

方案二：斜坡式土堤

斜坡式土堤是河道治理中最常见的堤型,新建河堤迎水坡坡脚采用格宾石笼护脚,护脚高出设计底板0.5 m,格宾石笼顶以上至 5年一遇洪水位采用C20 砼联锁式护坡,5 年一遇洪水位以上至堤顶采用植草护坡,迎水面、背水面坡比为1∶1.5。

根据工程河段的地形地质条件以及生态治理的原则,拟定的两种堤型均具备修建条件,各堤型的主要技术经济特点如下：方案一的优点为占地较小,耐久性、抗冲刷性好,堤型较美观,施工速度快；缺点是该堤型对基础的要求较高,亲水性较差,投资过大。方案二的优点为开挖回填量较小,对基础的要求较低,适应变形能力强,亲水性好,投资低；缺点是抗冲刷能力一般,占地较大,施工较复杂。两种方案每延米工程量及投资对比表,见表 1。

表1 每延米工程量及投资对比表

综上所述,方案一和方案二两种堤型方案各有其特点和优劣。结合本工程的地形地质条件,并考虑到方案一投资过高,本阶段推荐方案二斜坡式土堤。

3.2 护脚、护坡型式拟定

在治理型式上注意突出生态治河理念,在满足防洪要求的前提下,工程设计方案要按照因地制宜、切合实际、注重生态、节约投资的思想,采用新型生态设计,因地制宜地合理采用柔性堤岸[2]。根据水面线计算成果,治理段河道水流流速大部分均在 1 m/s ～3 m/s 之间,流速较小。在满足抗冲流速要求的前提下,综合考虑后河堤迎水面5 年一遇水位以下采用C20 联锁式预制砼护坡,5 年一遇水位至堤顶采用自播花护坡,联锁护坡顶设置C20 砼现浇隔离带,尺寸为0.2 m×0.3 m,每隔10 m设一道变形缝,堤顶宽度与现状道路同宽,但不小于3 m,现状水泥路仍保持原路面宽度。

3.3 断面设计

本次治理河段堤型采用梯型断面,迎水面坡比为1∶1.2～1∶1.5,护脚采用格宾石笼,高度为2 m～2.3 m（高出河底0.5m）,5年一遇洪水位以下采用预制联锁式护坡,厚度为10cm,联锁式护坡每隔10 m设一C20 混凝土分隔梁,分隔梁尺寸为0.2 m×0.3 m；5 年一遇洪水至堤顶为土堤,采用自播花护坡；堤顶结构结合美丽河湖建设及美丽乡村建设,原堤顶道路为混凝土路面结构维持现状,原堤顶道路为土路则根据现状堤顶宽度在堤顶新建景观大道,现状堤顶宽度不小于7.5 m时,堤顶采用人车分离,并设置1 m宽绿化隔离带,人行道宽度不小于1.5 m,堤顶小于该宽度时,仅设置车行道,保证车辆通行。断面设计图见图1。

图1 河堤断面设计图

3.4 堤基处理

治理段选定的堤基持力层中,局部分布粉砂土、淤泥质粘土等软弱夹层,一般厚度0.2 m～1.0 m（持力层范围内）,物理力学性质差,压缩性高,承载力低,在上覆荷载作用下,将发生长期固结沉降,使堤基将产生不均匀沉降,对堤身稳定构成威胁。如果开挖过程中发现该类夹层,厚度较小的建议清除,厚度大的加深基础埋深,须采用块石置换夯实,打木桩处理。毛石垫层厚1.0 m,宽1.8 m,木桩采用直径15 cm的木桩,长3m,梅花形布置,间距0.50 m,施工时根据实际开挖地质情况,适时调整基础处理方案。

3.5 防冲保护

本次治理河段为坝区,河床平缓,经水力计算,河道设计标准内水流流速大部分为1 m3/s～3 m3/s,整体冲刷不严重。河堤为梯形断面,通过冲刷深度计算,河道冲刷深度在0.57 m～1.44 m之间,结合已治理河流多年来运行情况以及现状河道的冲刷情况,考虑一定的基础富余深度,本次治理河段基础埋深取为1.0 m、1.5 m 及1.8 m三种。里程3+300 m～4+300 m、4+800 m～6+000 m段基础埋置深1.0 m,4+650 m～4+750 m段右岸基础埋置深1.8 m,其余河段均为1.5 m。

4 结论及建议

通过对河道清理整治,使该段河道能够满足十年一遇的防洪标准,保护沿河人口 1.2 万和 0. 85 万亩农田耕地,逐步解决河道泄洪能力低的问题,同时, 通过对该段河道的治理、对堤顶道路硬化及景观打造,改善了该治理河段的景观面貌,提升了沿河村庄的乡村风貌,以及为沿河百姓茶余饭后休闲散步提供场所, 成功的将该河堤顶道路打造为景观大道,立足于“生态、民族与文化”的三大特色, 促进当地的旅游业,切实带动了乡村振兴。