新塘镇坭紫涌整治工程治理方案分析

余慕琴

（广州禺山水务勘测设计股份有限公司,广东 广州 511400）

1 引言

河道综合治理工程可改善城镇河道淤积、排水不畅等问题。设计水面线是河涌治理工程设计中的重要参数,在水面线推求中常用的方法为实测资料、能量守恒定律推求[1-2]。河道治理工程中合理选择堤防形式对工程的造价以及耐久性影响较大[3-4]；在河水长期的侵蚀、沉积等作用影响下,河道沿线分布面积较广的软弱土层,对堤防工程实施产生不利影响,需要采取相关措施加以治理。

2 河涌水面线推求

2.1 河涌工程规模

整治河涌长度为232.71 m,河涌工程标准为20 年一遇24 小时暴雨不成灾,河涌级别为Ⅳ级,属二类河涌,河涌主要建筑物级别为4 级,次要建筑物为5 级,临时建筑物为5 级,设计使用年限为30 年。

2.2 河涌水面线计算

（1）计算条件

坭紫涌的终点水位参照坭紫泵站设计的闸前最高控制水位为1.60 m。由此水位作为起始断面水位,向上游推算,从坭紫泵站推求至坭紫村村口处,推求总长度为440 m,每隔50 m 设计算控制断面一个。

（2）计算方法

基于能量守恒定理对天然河涌建立的水面线计算公式。基本计算公式为：

式中：Z1、Z2为上、下游断面水位；为上、下游断面水头；V 为断面平均流速；为修正系数；hf、hj为沿程损失、局部水头损失。

（3）计算结果

水面线计算成果见表1。

表1 河涌整治后水面线统计表（珠基高程）

根据河涌整治后水面线推求结果,河涌整治后,河涌断面加大,宽度加大至4.5 m～8.0 m,深度加深0.28 m～0.62 m,河涌整治后水面线比规划方案的水面线低0.3 m～0.5 m,满足规划要求。河涌整治后河道的过流能力满足该排涝区的过流要求。

3 河涌治理工程设计

3.1 河涌断面型式方案比选

根据河涌断面设计原则,综合考虑堤防现状过流断面小、坡度大、流速快等特点、周边环境及工程投资等条件和生态景观型堤防的建设目标,吸取本地区类似工程的成功经验,提出以下三种河涌断面方案进行比选。

（1）方案一：生态挡墙复式断面型式

河涌断面采用生态砖挡墙复式断面型式。生态砖挡墙高1.6 m,与堤顶采用1∶2.5 坡连接,上植台湾草；挡墙采用C25钢筋砼挡墙底板,并设置C15 砼垫层和碎石垫层；挡墙采用松木桩基础,临河测采用格宾石笼护脚。河涌设置1.5‰的坡降,高程为-0.90 m～-1.25 m。河涌堤顶宽度3.8 m,临河侧设砼压顶,上设C25 钢筋砼仿木防护栏杆,堤顶设置3 m 宽防汛砼路面。

（2）方案二：浆砌石挡墙梯形断面型式

方案二平面布置与现状河涌走向基本一致,方案二断面形式为浆砌石护岸,边坡1∶1.2。河涌底宽度为4.5 m～8 m,河涌两侧350 mm 厚浆砌石护岸,下铺C15 砼垫层10 cm+碎石垫层20 cm。墙脚采用浆砌石护脚加固。浆砌石护脚采用松木桩基础。底板下铺C15 砼垫层10 cm+碎石垫层20 cm。河涌堤顶道路与后坡连接与方案一相同。

（3）方案三：直立挡墙矩形断面型式

方案三平面布置与现状河涌基本一致,方案三采用C30钢筋砼直墙,河涌底宽度为10 m～33 m,高度为2.95 m,挡墙采用松木桩基础,间距0.5 m×0.5 m。底板下铺C15 砼垫层10 cm。河涌堤顶道路与后坡连接与方案一相同。

三个方案均能适用于本工程施工,均能满足防洪排涝的要求。

从占地考虑：方案一采用复式断面,占地宽度最大；方案二采用梯形断面占地宽度最小；方案三采用矩形断面,占地宽度较大。

从生态性及河道过流能力考虑：方案一墙身为生态挡墙,生态景观好,过流断面较大；方案二墙身为浆砌石,生态效果不明显,过流断面最小；方案三采用混凝土直墙,墙身外观生硬,生态效果较差,过流断面最大。

从施工角度来看：方案一施工工序少,施工速度快；方案二施工砼方量较少,施工内容简单,工序少,工期短；方案三砼方量较多,施工期长。

从工程投资考虑,方案一投资约为1.5 万/m,方案二投资约为0.9 万/m,方案三投资约为1.95 万/m。

表2 河涌断面方案比较表

综上所述,堤身断面型式主要从安全性、生态性、施工、工程占地和工程投资等多方面进行综合比选,三个方案各有优缺点,在满足防洪排涝的基础上尽量采用投资少、过流能力好、施工速度快,占地少的方案,同时力求与一期和谐顺接,因此本工程采用方案一做为推荐方案,方案二、三做为比较方案,建议采用方案一进行施工。

3.2 堤顶高程的确定

堤顶超高按下式确定：

式中：Y、R、e 分别为堤顶超高、波浪爬高、风壅水高；A为安全加高。

由于河涌断面较小,可不考虑风浪的影响,不计波浪爬高和风雍增水高度。河涌堤防为4 级,不允许越浪的安全超高为0.6 m。土堤的堤顶高程应高出设计静水位0.5 m 以上,内河涌的堤顶最小超高取以上两值中的较大值,即取0.6 m。根据河涌过流能力计算及水面线推算成果,河涌设计水位为1.63 m～1.66 m,所以坭紫涌计算堤顶高程应为2.23 m～2.26 m,因此堤顶高程（仿木栏杆底高程）定为2.20 m,本工程堤顶路面各桩号对应堤顶高程见表3。

表3 坭紫涌堤顶高程计算成果表

3.3 堤基处理

1）软土的主要处理方法

由于临河挡墙下淤泥层较浅,因此,临河挡墙下采用C15素砼垫层+碎石垫层及松木桩联合处理的方案,以提高地基承载力、减少地基沉降。C15 素砼垫层100 mm 厚,碎石垫层200 mm 厚,松木桩采用尾径不小于60 mm 的松木桩,桩长4 m,间距0.3 m×0.3 m 矩形布置。

生态挡墙基础位于淤泥层,基底应力大于淤泥层承载力30 kPa,进行基础处理后,其承载力计算如下：

2）复合地基承载力

松木桩复合地基承载力通过下式计算：

式中：m 为面积置换率,0.03；Ap、up分别为桩截面积、周长；fs,为天然地基承载力,40 kPa;为桩间土承载力折减系数,取0.1；Rk为单桩竖向承载；qs为桩周土平均摩擦力；fa为桩身承压强度设计值,取1.0 MPa。

经计算,松木桩复合地基承载力特征值fsp,k=90 kPa,基础处理后的承载力大于基底最大应力,满足规范要求。

4 结论

河涌综合治理工程旨在改善河涌沿线防洪排涝现状,构建生态宜居的生态环境。基于能量守恒定律确定了新塘镇坭紫涌的设计水面线。选取3 种方案进行比选,采用生态砖复式断面作为河涌治理的断面形式。由于河涌沿线淤泥分布广、承载力低不满足要求,综合考虑采用松木桩复合地基进行处理,经计算处理后的复合地基承载力满足要求。