北沙河本溪城区河段治理生态防洪堤设计

韩 露

(本溪市水利电力勘测设计有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

河道是城市发展、防洪排涝、人文景观建设的重要组成部分，河道治理是城市封闭防洪体系建设和水生态环境修复的重要途径[1-2]。随着本溪市城市建设的发展，天然河道行洪能力急剧下降、水生态环境遭受破坏，尤其是流经人口稠密区和产业集群发展的高新区和溪湖区，受沿河建筑设施挤压行洪空间封闭防洪体系未建成、工业发展污水无序排放等因素影响，部分河段功能严重受损。因此，面对十八大后生态文明建设新要求以及城市新区发展防洪排涝新特点，在充分分析河道防洪现状的基础上，通过“重建生态环境、重塑河堤岸线、重构河堤护岸”，构建集“防洪、生态治理和滨水景观建设”等功能为一体的封闭防洪生态功能体系，营造“人、水、自然和谐相处”的生态景观河道[3-4]，促进本溪市社会、经济和生态环境的协调发展。

1 工程概况

北沙河为太子河右岸最大的一条支流，流域面积1618.27km2，主河道长117km，在本溪市境内北沙河主要流经溪湖区及高新区，尤其高新区境内北沙河为唯一主要河流。河流水量季节性变化明显，汛期水量丰富，骤涨骤落，旱季则易干；河水含沙量较大，多年平均侵蚀模数为850t/km2。北沙河本溪市河道除M桥-三绿老年公寓河段外，均已通过防洪和水生态环境修复系统治理。治理河段防洪保护对象为沿河两岸居民及现有耕地，按10a一遇防洪标准设防，治理河长5.41km。

2 防洪现状及建设内容

治理河道多年来一直未经过综合整治，除西高堡桥下游段外，工程段河道内普遍淤积严重，主河槽明显缩窄；两岸岸坎大部分无防洪措施，防洪隐患较严重，如图1所示。

根据北沙河封闭防洪体系与本溪市“生态立市”战略要求，在满足防洪安全保障前提下，将水生态环境治理和滨水景观建设充分融入规划方案中[5]，设计维持原河道天然路径，沿河道岸线通过巩固提升已建工程、新建护岸等措施进行综合整治。M桥-三绿老年公寓河段治理范围为：M桥-西高堡桥护岸巩固提升工程长度854m，其中左岸366m、右岸488m；西高堡桥段-三绿老年公寓新建护岸4971m，其中左岸1707m、右岸3264m。M桥-三绿老年公寓河道分段治理内容，如图2所示。

图2 治理河道分段建设内容

M桥-西高堡桥河堤为已建防洪工程，现状为固滨笼护脚结合联锁砖护坡，经多年运行和历史洪水考验，工程整体运行状况良好。针对部分联锁砖破损问题，维持原来河堤结构型式更换破损联锁砖，巩固提升工程长度854m；西高堡桥至三绿老年公寓，河岸为天然土石岸坎，岸后多为耕地，需采取合理工程措施对护脚及护坡进行全面整治，新建护岸4971m。

3 生态防洪堤设计计算

3.1 工程地质

钻孔勘探揭露工程区地质构造单元为：一级为柴达木-华北板块(Ⅲ)，二级为华北陆块(Ⅲ-5)，三级为辽东新元古代—古生代坳陷带(Ⅲ-5-7)，四级为龙岗隆起(Ⅲ-5-7-1)，本工程位于该4级构造单元西南部。地震动峰值加速度为0.10g，相应地震基本烈度Ⅶ度，属构造稳定性较差。地层岩性主要为第四系冲洪积卵石及强风化片麻岩。沿线地下水为第四系孔隙潜水，主要含水层为卵石，地下水位1.5m。地下水对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。地基土主要由卵石组成，承载能力可满足稳定性要求。地基卵石呈强透水性，渗透变形类型均为管涌，允许水力比降建议值为0.11。边坡坍塌形式主要为冲蚀型，堤岸稳定性均较差-差。标准冻结深度1.4m。

3.2 护岸型式比选

根据北沙河流域暴雨洪水特性、M桥-三绿老年公寓河段地形地质条件和本溪市封闭城市防洪体系和生态水景观建设要求，对新建4971m防洪堤“固滨笼护脚+绿滨垫护坡”“埋石混凝土护脚+草皮护坡”2种堤型进行比选，见表1。

表1 新建防洪堤堤型比较

由堤型结构、地基适应性、生态环境、施工养护等技术经济方面的对比分析可知：虽然方案一综合造价比方案二略高，但考虑到治理河段以软基为主且水位变幅较大，方案一有利于河道自然生态及水景观环境建设，采用生态堤方案更利于生态修复和城市景观建设。从长远发展和本溪市“生态立市”战略方面考虑，结合治理河段工程地质条件，优选“固滨笼护脚+绿滨垫护坡”堤型。

3.3 生态堤结构

新建护岸段位于西高堡桥-三绿老年公寓，护岸总长4971m，采用“固滨笼护脚+绿滨垫护坡”堤型，其标准横断面，如图3所示。

图3 绿滨垫生态防洪堤标准断面(单位：mm)

生态防洪堤边坡坡比为1∶2.5，采用绿滨垫护坡，厚度为0.3m，单个笼箱尺寸：3m×2m×0.3m，隔片数2。绿滨垫下铺设厚度为0.15m的碎石垫层及土工布反滤。其中：土工布型号为SNG-PET-15-6，纵横向断裂强度不小于15kN/m，顶破强度不小于2.5kN/m，纵横向撕破强力不小于0.4kN；绿滨垫上覆土厚度为0.3m并按株距0.5m/丛栽种紫穗槐，覆土利用清基及清滩土。绿滨垫上端至坡顶间设宽度为0.5m的固滨笼封边挡墙衔接，笼箱尺寸1.5m×1m×0.5m，隔片数0；下端与固滨笼护脚挡墙衔接。固滨笼挡墙护脚埋深1.5m；护脚顶高于设计河底高程0.5m。护脚固滨笼挡墙为2层，单个笼箱尺寸上下层均为1.5m×1m×1m，隔片数0。

3.4 河道冲刷深度计算

河道冲刷深度按GB 50286—2013《堤防工程设计规范》进行计算，结果见表2。

根据表2计算成果和当地水利工程建设经验，选取固滨笼护脚基础埋深为1.5m。

表2 冲刷深度计算成果表

3.5 岸坡抗滑稳定分析

选择最不利断面R2+458作为坡式护岸典型断面进行岸坡抗滑稳定计算，护岸及岸坡基础土的滑动分析采用不考虑条块侧面作用力的瑞典圆弧法，计算程序为《北京理正岩土软件》中的边坡稳定分析模块。计算工况选取设计洪水位骤降期的临水侧边坡。堤坝填筑土料特性指标为：天然容重18.26kN/m3；饱和容重20.36kN/m3；内摩擦角Φ=38°；渗透系数2.5×10-1cm/s。根据GB 50286—2013计算公式，计算得到生态防洪堤护岸边坡整体稳定分析成果，见表3。

表3 防洪堤护岸边坡整体稳定分析成果

由表3可知，新建生态防洪堤护岸边坡整体稳定系数为1.682，大于规范要求1.10的技术指标，防洪堤护岸边坡整体安全稳定。

4 结论

本溪市M桥-三绿老年公寓河段是北沙河干流治理中唯一尚未进行完全整治的河段，属于北沙河封闭防洪体系建设的薄弱环节，通过河段整治工程建设对补齐本溪市城区防洪短板和完善北沙河防洪体系至关重要。针对治理河段河道纵向坡较缓、水位骤涨骤落、两岸多为天然土坎及冲积沙滩、堤防较矮等问题，通过已建工程巩固提升、新建生态防洪堤等治理方案，采用“固滨笼护脚+绿滨垫护坡”堤型与上下游稳定可靠衔接，恢复了治理河段防洪、排涝等功能，实现本溪市城区自然环境、水生态和人文景观的和谐发展。