河道整治工程中防护工程设计方案对比分析

陶圣叶

(盐城市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 盐城 224002)

新洋港整治工程是《江苏省江河支流治理建设规划》中列入的项目，主要建设内容包括新洋港蟒蛇河中段整治工程、新洋港盐城城区段整治工程及新洋港沿线封闭建筑物工程。新洋港整治工程实施后，可以满足新洋港腹部地区的防洪除涝治理标准，提高里下河腹部地区的外排出水量，有效降低区内水位。

鉴于新洋港蟒蛇河(自池沟至泾口，总长21.1km；九里窑—大新河，总长9.4km)整治工程治理长度较长，不同段工程现状情况也不相同，不同段工程管辖单位和要求也不相同，本文主要对新洋港整治过程中所涉及的防护工程分情况进行分析，针对不同的情况经比选后选择不同的防护型式。

本次防护工程设计主要根据地理位置不同分两种情况进行论述，分别是新洋港蟒蛇河中段防护工程设计和新洋港盐城城区段防护工程设计。

1 新洋港蟒蛇河中段防护工程设计

新洋港蟒蛇河中段整治工程是从自池沟至泾口，桩号为0+000—21+100，总长21.1km。蟒蛇河是大纵湖向盐城盐龙湖水库直接供水的通道。为保障饮水安全，在《江苏沿海地区发展规划》中也提出作为“四纵五横”中一横新洋港—大纵湖进行生态廊道建设。本次工程在河道满足防洪排涝要求的基础上，为了保障堤岸安全，防止水土流失河床淤积，拟对蟒蛇河中段全线进行生态防护。

在满足防洪排涝要求的基础上，为了增加防护的多样性，沿线分段采用4种不同护坡形式进行防护：生态格网石笼护坡、格埂生态混凝土护坡、嵌入式护坡、植草块石护坡。

1.1 生态格网石笼护坡

生态格网石笼护坡造价及维护费用较低，抗震、抗冲刷、抗腐蚀能力、透水性能强。考虑工程投资及防护性能，本段河道防护设计中，生态格网石笼护坡为主要设计方案。

生态格网石笼护坡工程设计参数：笼体水平长度均为2m，斜坡采用20cm厚的笼体，中间每隔90cm加一个网片；新建防洪墙段(高程0.50～2.50m)堤脚处设置50cm×80cm笼体作为护脚，护脚底部铺设15cm×90cm碎石(碎砖)垫层，其他段(高程0.5～1.5m)堤脚处设置30cm×50cm笼体作为护脚，护脚底部铺设15cm×60cm碎石(碎砖)垫层，用以提高护坡的抗滑性；格网网孔80mm×100mm；下设250g/m2土工布一层。结构如图1—2所示。

图1 生态格网石笼护坡设计断面示意图类型Ⅰ

图2 生态格网石笼护坡设计断面示意图类型Ⅱ

1.2 格埂生态混凝土护坡

桩号7+700—9+350北岸、7+650—9+900南岸为学富桥以北河段，该段沿线支河口相对较多。考虑格埂生态混凝土护坡的抗冲刷及现场浇筑的施工灵活性等特点，同时为了增加防护形式的多样性，拟在该段采用格埂生态混凝土护坡，防护高程为0.50～1.50m。

格埂生态混凝土护坡工程设计参数：坡面上浇筑100cm×90cm C20混凝土框格，框格宽度10cm，深度15cm。框格内浇筑12cm生态混凝土护坡，生态混凝土护坡下铺设400g/m2营养型无纺布。护坡底部设置30cm×40cm C20素混凝土底埂，底埂下铺设15cm×50cm碎石(碎砖)垫层，护坡顶部设置30cm×40cm C20素混凝土压顶。结构如图3所示。

图3 格埂生态混凝土护坡设计断面示意图

1.3 嵌入式护坡

桩号15+510—15+970北岸为胡乔木故居段，为建筑物密集区，为了保留故居原貌，减少征地拆迁，该段采用修建防洪墙方案，护坡形式采用嵌入式护坡，防护高程为0.50～2.50m。

嵌入式护坡工程设计参数：混凝土预制块高度为50cm，水流方向宽度为120cm，护坡底部浇筑170cm×20(30)cm C20素混凝土混凝土压底，顶部设40cm×20(14)cm预制混凝土压顶。结构如图4所示。

图4 嵌入式护坡设计断面示意图

1.4 植草块石护坡

桩号10+550—12+300北岸，为滩地相对较宽河段，流速相对较小，同时为了增加防护形式的多样性，该段采用植草块石护坡，防护高程为0.50～1.50m。

植草块石护坡工程设计参数：均匀抛掷30～60cm厚块石防护，块石底部铺设250g/m2土工布，底部15cm×50cm用碎石(碎砖)垫层夯实挤淤，高程0.50m以上浇筑30cm×50cm C25混凝土护脚。结构如图5所示。

图5 植草块石护坡设计断面示意图

1.5 4种护坡型式对比

4种护坡型式对比见表1。

表1 4种护坡型式对比较

2 新洋港盐城城区段防护工程设计

由于本次新洋港城区段河道工程地处盐城城区段，部分区段存在特殊性，从工程安全及经济合理性考虑，需采取针对性的防护措施。

本次新洋港盐城城区段防护工程根据河道工程疏浚开挖结合对工程现场的进一步查勘和调查，以串场河河口为分界，总体上可分为以下5种类型：①河道疏浚开挖后现状已有驳岸无法保留，同时现状墙后居民点密集、企业较多，拆迁量大。②河道疏浚开挖后现状已有驳岸无法保留，但墙后不存在密集居民点及企业。③河道疏浚开挖后，开挖面已至现状驳岸墙脚位置。④现状无驳岸，但河道放坡疏浚后河口线大多位于现状河口以后。⑤现状驳岸较破损，河道疏浚开挖后现状驳岸前滩面宽度减小。

①—④为串场河口上游，⑤为串场河口下游。

综上所述，根据各地情况不同共分为两种类型的防护型式：桩式护岸和墙式护岸。其中桩式护岸针对上述第①种类型设计；墙式护岸中A型墙式护岸针对第②、③、④种类型设计、B型墙式护岸针对第⑤种类型设计。

2.1 桩式护岸设计

2.1.1原因分析

经过对本次新洋港城区段沿线河段的调查结合河道疏浚开挖情况，发现部分河岸存在以下问题：沿线居民点密集、企业较多，当河道放坡疏浚时涉及到相应的征地拆迁，其拆迁工程量大，费用较高。从工程安全(灌注桩排桩施工时不会产生振动，相对对沿线房屋影响较小)和节省投资(桩支护方案较征地拆迁方案费用较低)2个角度考虑，本次设计拟考虑灌注桩排桩方案。

2.1.2桩型选择

目前工程中作为永久使用的桩式护岸的桩型主要有钢筋混凝土板桩和灌注桩。钢筋混凝土板桩排桩施工工期相对较短，可靠性较高，但板桩打桩震动对附近房屋影响比较大。灌注桩排桩结构是一种常用的支护结构，具有施工方便，受地形条件约束较小，挡土结构受力好等优点。综上所述，本次设计采用灌注桩排桩。

2.1.3排桩护岸结构设计

(1)桩长确定

参考SL 379—2007《水工挡土墙设计规范》、JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》中相关公式及计算理论依据：

h1=H-hc

式中，φ—挡土墙墙后回填土内摩擦角，(°)；δ—挡土墙墙后填土对墙背的摩擦角，(°)；γ—挡土墙墙后填土重度，kN/m3；h1—主动土压力对应土层的深度，m；Ht—被动土压力对应土层的深度，m；H—墙前地面至墙顶的高度，m；hc—考虑墙后填土的黏结力作用时，主动土压力为零处的深度，m；Ka—主动土压力系数；Eax—主动土压力水平分力，kN/m；Kp—被动土压力系数；Epx—被动土压力水平分力，kN/m。

由悬臂段长4m初定桩长12m，根据桩底端力矩平衡的原理。结合地质资料相应土层对应的参数，墙前按上式可计算出相应各土层的土压力分布。经过多次试算确定桩长为16m(含桩顶挡墙)时，桩底达到力矩平衡条件。偏安全考虑，其中水位取暴雨情况下墙后2.50m，墙前1.50m。墙后按堆土1.0m考虑。实际桩长增加20%理论计算长度后定为19.2m，本次设计取19.5m，即桩底高程为-16.50m。

各土层相应土压力参数见表2。

表2 不同土层下作用在桩上对应土压力系数和强度

(2)桩结构计算

根据桩受力情况，利用迭代法求出剪力为0位置：假定剪力位置对应为高程-7.00m，经过多次迭代确定剪力为零位置为高程-9.40m。故单宽截面承受最大弯矩即为上部水平力的合力对高程-9.40m位置，相应Mmax=449.16kN·m。本次设计桩中心距布置为1.6m，故单根桩承受的弯矩Mmax桩=449.16×1.6=718.81kN·m。桩径φ100cm C30钢筋混凝土的灌注桩最大受弯承载力设计值为907kN·m。故本次设计选用C30钢筋混凝土、桩径φ100cm的灌注桩。

(3)整体稳定计算

挡土墙墙后回填土取容重γ=18.0kN/m3、内摩擦角φd=15°，黏聚力系数c=0kPa，其余土层参数根据地质资料取用。按正常运用期桩后水位为2.00m、桩前水位为1.00m水位组合，采用瑞典圆弧法计算排桩整体抗滑稳定安全系数，Fs=3.15>[Fs]=1.25(2级边坡)，满足规范要求。

(4)排桩结构布置

为节省投资和增强景观效果，本次设计钢筋混凝土灌注桩桩顶高程设为常水位以下20cm处，即桩顶高程0.60m。桩上设置钢筋混凝土挡墙，墙顶高程3.00m，桩间设预制钢筋混凝土插板。桩前设≥3m宽平台，平台上抛块石厚40cm。

根据墙后地面高程不同分两种情况：墙后填土高于钢筋混凝土挡墙墙顶，墙顶设置栏杆；墙后填土低于钢筋混凝土挡墙墙顶，墙顶设置挡浪墙。桩长均为17.1m，桩底高程-16.50m，桩径Φ100cm，桩中心距1.6m，桩顶挡土墙墙顶高程均为3.00m。护岸结构如图6所示。

图6 桩式护岸结构图

2.2 墙式护岸设计

2.2.1A型墙式护岸设计

A型墙式护岸为拆建型墙式护岸，为常规钢筋混凝土悬臂式挡土墙，墙顶高程为2.00m，底板面高程为0.20m。底板前趾下设深40cm齿坎，基础采用30cm厚碎石挤淤。墙前在高程0.50m处设不小于3.0m宽平台，平台设计原则：在保证墙前至少3.0m宽平台的前提下尽量维持现状河口线，墙后2m范围撒播马尼拉草籽防护。护岸结构如图7所示。

图7 A型墙式护岸结构图

2.2.2B型墙式护岸设计

B型墙式护岸为加固型墙式护岸，均采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，墙顶高程3.00m，底板面高程0.50m。墙前在高程0.50m处设不小于3.0m宽平台，平台设计原则：在保证墙前至少3.0m宽平台的前提下，墙前滩面淤积较多需开挖位置平台宽度相应加大，底板下设单排AZH- 20- 4B型钢筋混凝土方桩基础。护岸结构如图8所示。

图8 B型墙式护岸结构图

3 结语

近年来，随着生产力的发展和社会发展水平的提高，对工程设计提出的要求也就更高，新洋港整治工程是盐城市重要的河道整治工程之一，整个工程具有治理范围广，沿河岸线情况复杂，工程设计要求标准高等特点，工程后期还需要与地方旅游发展规划相匹配。

根据本次文章分析，对于河道整治工程的防护设计主要结论如下：

(1)对于河道滩地相对较宽，流速相对较小的河道可以采用植草、植被结合块石或者千层石型式护坡，此类护坡施工技术简单，景观性较好。

(2)对于河道支河口相对较多且生态功能要求高，同时资金允许情况下，可以选择格埂生态混凝土护坡，此类护坡具有高孔隙率，现场浇筑施工灵活性强，生态功能较好。

(3)生态格网石笼护坡造价及维护费用较低，抗震、抗冲刷、抗腐蚀能力、透水性能强等特点，在开挖条件和施工质量能保证的前提下，可以推广使用。

(4)对于疏浚开挖困难，河岸沿线居民点密集，企业较多等情况，可以根据具体情况选择生态护坡结合挡墙型式、桩式或者墙式护岸结构，此类防护生态性能较差，施工要求相对较高，造价高等特点，但是稳定性、安全性相对要好。