城市河道综合整治设计研究

蒋晓艳，刘菲菲，钟琦皓，王启凡

(1.淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223001；2.江苏省水利工程科技咨询股份有限公司，江苏 南京 210000；3.华设设计集团股份有限公司常州分公司，江苏 常州 213000)

河道整治项目是属社会公益性质的，具有防洪保安、水环境提升等综合效益。其效益是长期的，而且它的效益与社会、经济的发展和人民生活水平提高是呈同步增长的。

根据城市总规及绿洲保障房区域调整控详，现状工农河自南向北流经保障房片区，与规划绿洲保障房地块、片区内规划路网、市政设施多次交叉。作为改善民生的重要项目，绿洲保障房及其配套建设刻不容缓，工农河现状河道的需提前改移，成为保障房能否快速、顺利推进的关键。该项目的实施，可以解决绿洲保障房地块开发建设与老工农河交叉严重的问题，并满足区域防洪排涝要求，同时可以改善周边环境。项目必要性和综合效益明显，项目设计工作的实施迫在眉睫。

1 工程概况

工农河为南京市重要的通江河道，河道位于雨花台区板桥街道南部，在雨花台区境内干流长度约为6.9km，上口宽24.4～83.4m，流域面积12.18km2。河道以老盛大桥和宁芜铁路桥为界分上中下3段，沿线有北支、南支、老板沟、板沟、铁路边沟等支流汇入。工农河属于沿江小流域，源于江宁区谷里柏树村、板桥冯家庄，途径雨花台区板桥街道，位置如图1所示。工农河原为江宁河下游支流，江宁河从工农河下游共同汇入长江；江宁河改道以后，工农河目前为一条独立的通江河道。河底主要位于②-1层粉质黏土及③-1层粉质黏土上，部分位于②-2层淤泥质粉质黏土、③-2层粉质黏土、③-3粉质黏土及④-2中等风化安山岩。目前工农河为现状堤防顶高程远不达标。现状堤防迎水坡较陡，大部分坡比接近1∶1左右，处于天然状态，杂草丛生，工农河河道沿线杂草丛生，局部淤堵，影响行洪。同时工程段河道沿线水环境整体较差。

图1 工程位置图

2 河道工程适宜性评价

2.1 抗滑稳定性评价

拟建河道沿线地基土中，②-1层、③层、④层土力学性质相对较好，对地基抗滑稳定有利；①层埋深浅，工程性质差，对堤基稳定不利，应全部挖除；②-1层厚薄不一，可塑，可予以保留；②-2层呈软～流塑状，工程性质差，对堤防和护岸抗滑稳定不利，尤其当该层土厚度较大时，堤基与护岸抗滑稳定问题较为突出。除此之外，其余堤段抗滑稳定性较好。场地覆盖层均为黏性土，抗渗效果明显。河道使用期间，各土层遇水后强度会有降低，上部岸坡在雨水作用下会形成“淋雨沟”等，需根据水深、河坡深度、斜率等情况对河坡采取处理措施，减少河水对岸坡冲刷作用。

2.2 地基基础评价

河道开挖后，河底大部位于②-1层黏土与③层粉质黏土中，局部位于②-2层、④-1层、④-2层之上。②-1层粉质黏土，中压缩性，中低强度，工程地质性质一般，②-2层(淤泥质)粉质黏土，高压缩性，低强度，工程地质性质差，③层粉质黏土，中等压缩性，中～中高强度，工程地质性质一般～较好，④层安山岩及其风化层，强度高，工程地质性质较好，③层粉质黏土与④层安山岩及其风化层为良好浅基础持力层。②-2层(淤泥质)粉质黏土为软土，高压缩性，低强度，厚度变化较大，承载力低，进行处理后作为河堤持力层。河道新建护坡施工时应挖除上部填土，对于局部填土较厚段，超挖后可换土回填，回填土选料及其密实度均应满足要求。由于河岸线较长，应分段设置变形伸缩缝。

2.3 场地稳定性评价

根据区域地质构造，本区无活动性断层通过，历史上无大的破坏性地震发生，从地质构造和地震活动历史等因素分析，本场地为相对稳定区。本场地分布有填土、软土等特殊土，采用适当的处理措施及基础形式后可满足建筑物对地基稳定性的要求。综上所述，场地适宜工程建设。

3 河道布置设计

3.1 河道平面布置设计

上游北支衔接段河道总体为南北走向拐弯衔接段，按主城河道蓝线布置，河道起点处结合现状工农河堤岸及河底，采用圆弧过渡与现状老工农河北支做好衔接，转34°，转弯半径R=23.0m；至工农河路和源泉路交叉路口处，接入主河道。河道底宽约1.6～3.0m、口宽8.0～15.0m，保护带宽12m。河道左岸设6m宽堤顶路，河道右岸衔接规划源泉路，道路规划高程远满足防洪要求，不另设防洪堤。上游南支衔接段段河道为东西走向，按主城河道蓝线布置，河道左岸沿工农河路道路红线布置，右岸沿地块用地红线布置。河道底宽约3m、口宽15.0m，保护带宽12m。考虑到河道左岸衔接规划工农河路，道路规划高程均远满足防洪要求，不另设防洪堤。工程段河道为东西走向，按主城河道蓝线布置，河道左岸沿工农河路道路红线布置，右岸沿地块用地红线布置。河道底宽约5.5m、口宽20.0m，保护带宽12m。考虑到河道左岸衔接规划工农河路，右岸衔接规划地块，道路及地块规划高程均远满足防洪要求，不另设防洪堤。下游衔接段河道总体为南北走向拐弯衔接段，一段为东西向一段河道走向改为南北向，转弯角度90°，转弯半径40m。河道改为东西走向，终点处衔接现状老工农河，转弯角度48°，转弯半径33m。河道底宽约5.5～16.1m、口宽25.5～30.0m，保护带宽9.25m。河道左岸设6m宽堤顶路，河道右岸衔接规划新湖大道，道路规划高程远满足防洪要求，不另设防洪堤。

3.2 河道竖向布置设计

改移河道河底高程考虑与上下游现有工农河河底的衔接，以及洪水下泄和沿河地块排水需求。上下游河底衔接工农河改道工程起点处现状河底标高约7.79，终点处现状河底标高约4.49。市政雨水排水管网根据沿线源泉路、工农河路及新湖大道设计资料，本段工农河共接入4座市政雨水排口，包括2座d1800及2座d2200雨水口，管内底标高7.94～6.53m。沿线道路竖向工农河沿线工农河路竖向标高13.30～13.10m，新湖大道竖向标高13.79～13.04m，源泉路竖向标高13.30～12.79m。经洪水计算，并考虑沿线雨水口接入及上下游河底衔接，主河道设计河底6.34～5.41m，北支设计河底高程6.62～6.30m。主河道50年一遇设计洪水位9.85～9.71m，北支50年一遇设计洪水位9.86～9.84m，河道无常水位。根据规范，本工程堤防为2级堤防，堤顶超高按照0.8m考虑。河道50年一遇洪水位▽9.86～9.71m，堤顶高程应为▽10.66～10.51m。根据区域用地规划，本次分为内河道沿线规划道路竖向标高约为13.30m，绿洲保障房建设用地竖向标高约为13.80m，远大于堤顶防洪高程，故仅对部分河段设二级堤防。

3.3 河道横断面布置设计

河道过水断面通常有设计梯形和矩形两种形式。矩形断面适用于高窄型河道；梯形断面适用于浅宽型河道。根据河道选择的常规做法，河道上口宽/河深≥4时，宜做梯形；<4时，宜做矩形或复式断面。本工程规划上口宽15～20m，洪水位水深3～4m，宽深比大于4，可做梯形、矩形或复式断面；结合生态城市建设的要求，综合考虑水安全、生态景观、经济性等因素，针对工程段本次采用复式断面。断面形状对比见表1。

表1 断面优缺点

4 综合整治设计

4.1 堤顶宽度及内外堤坡设计

现状老工农河堤顶宽度1.5～2.0m，部分段两岸无堤防，两岸堤顶无路面结构，杂草丛生、难以通行，影响防汛抢险。堤顶宽度应根据防汛、管理、施工、构造等方面要求确定，且2级堤防堤顶宽度不宜小于6m。本次工程堤顶宽度按2级堤防实施取6m。为了保证安全，改移工农河段沿线除岩质边坡外，以粉质粘土边坡为主，土质较好。结合稳定分析，本次新开河道土质边坡迎水坡坡比采用1∶2，背水坡坡比采用1∶3，河底两侧采用格宾石笼挡墙护砌。河道背水坡与道路衔接段可根据后方规划道路高程放缓。

河道护坡常用类型有：混凝土护坡、砌石护坡、生态护坡等，均具有一定的抗冲性能，其生态护坡属于柔性护坡，成本较混凝土护坡、砌石护坡低，较传统的硬质化护坡有其特定的优势。其优缺点对比见表2。经综合比较，工程段采用联锁块护坡，其余采用草皮护坡。

表2 护坡形式优缺点

为了材料制作采购方便，本工程段两侧迎水坡同样采用联锁块护砌，挡墙顶至河底高程以上4m范围内迎水坡采用联锁块护砌，以上部分及背水坡采用草皮护坡。护坡下设100mm厚碎石垫层及土工布。

4.2 挡墙形式设计

结合河道竖向分析及断面形式，常用的河岸挡墙型式有钢筋混凝土、浆砌块石、生态格网、格宾挡墙等，本次设计分别从生态性、造价、景观效果、工程性能等角度进行分析。格宾挡墙具有适应能力强；透水性好、结构全面性强、工程施工便捷、抗拉强度高、使用性能好、经济发展、工程造价低、净化环境、维持生态等特点，采用格宾挡墙能够很好地改善河道的生态和城市景观功能，同时造价适中。因此河道挡墙形式整体采用格宾挡墙。河道转弯段流速快、冲刷大，故该段河道采用钢筋混凝土挡墙，增强驳岸防冲刷护砌，河道底部采取抛石护底。挡墙结构对比见表3。

表3 挡墙结构

4.3 典型断面设计

上游衔接段河段1河道总体为南北走向，衔接北支上游现状河道。河道底宽约3m、口宽15m，河底高程6.62～6.30m。河道采用复式断面，河底两侧以2m高格宾挡墙护砌，并以1∶2草皮护坡放坡至设计堤顶。河道左岸堤顶设6m宽泥结石路面。本段断面如图2所示。

图2 河道1断面图

上游衔接段河段2河道总体为东西走向，远期衔接上游规划河道。河道底宽约3m、口宽15m，河底高程6.30～6.34m。河道采用复式断面，河底两侧以2m高格宾挡墙护砌，并以1∶2草皮护坡放坡至设计堤顶。本段断面如图3所示。

工程段河道左岸沿工农河路道路红线布置，右岸沿地块用地红线布置，河道底宽约5.5m、口宽20m，河底高程6.24～5.76m。河道采用复式断面，河底两侧以2m高格宾挡墙护砌，并以1∶2放坡至设计堤顶。本段河道挡墙顶至河底高程以上4m范围内迎水坡采用联锁块护砌，以上部分及背水坡采用草皮护坡，本段断面如图4所示。

图4 工程段河道断面图

为确保片区排水安全，与上下游现状河道衔接时需先对现状河道进行清淤。下游衔接段河道总体为南北～东西走向衔接段。河道底宽约5.5～16.1m、口宽25.5～30.0m，河底高程5.76～5.41m。河道采用梯形断面，两侧以1∶2护坡放坡至设计堤顶。河道左岸堤顶设6m宽泥结石路面。本段断面如图5所示。

图5 下游衔接段断面图

4.4 主要结构措施设计

为了保证构筑物控制沉降措施，在满足使用以及有关的构造要求的前提下，构筑物体型应力求简单。两个构筑物需要留足够的距离。管道采用柔性接头并保证拼接尺寸。在有构筑物附近开挖时，应该加强监测，避免可能产生的不良影响。为了保证构筑物主要结构抗震措施，采用符合抗震要求的防震缝布置及构造措施。采用对抗震有利的结构形式。为了保证构筑物主要结构抗渗措施，所有地下结构采用抗渗措施。保证构筑物在极限情况下裂缝宽度不超标。施工中不设置竖向施工缝，水平施工缝按抗渗要求处理，合理布置伸缩缝。为了保证构筑物主要结构抗浮措施，主要采用自重抗浮。为了保证构筑物结构防腐蚀及耐久性措施按防腐要求进行结构布置和构造处理，钢制品均采用防锈、防腐。按规范控制结构的裂缝宽度。所有构筑物基础底板当有垫层时，底板下层受力钢筋的混凝土保护层最小厚度不得小于40mm。与水、土接触构筑物的壁(板)受力钢筋的混凝土保护层最小厚度为30mm。

4.5 河道结构设计

本河道排涝等级按50年一遇，河道堤防等级为2级。河道挡墙每隔20m设沉降缝一道，缝宽20mm，缝内嵌沥青木板，须顶紧无缝隙。河道开挖时综合考虑排水导流要求，既能确保工程实施期间排水通畅，又能保证本工程在干燥的环境下实施。应注意周边建筑物的安全，必要时采取有效的支护措施，确保边坡的稳定、周边建(构)筑物及人身安全。还应对边坡及邻近建(构)筑物、道路、管线等进行监测。按照由深至浅进行，整个施工期间应注意基坑排水和地下水位的控制，开挖至设计层面以上200mm时，应请相关人员验槽，验槽合格后方可挖至设计标高，并应立即进行结构层施工。施工期间应采取降水措施，地下水位降至河底基底以下500mm。土方开挖后的弃土应及时运出，不得堆放场地四周，确保边坡稳定。

5 设计效果分析

工程设计内容包括新开河道断面、迎水坡护砌、堤顶路等。设计后进行了工程的实施，在最低造价之下，解决了绿洲保障房地块开发建设与老工农河交叉严重的问题，满足区域防洪排涝要求，改善了周边环境，表明雨花台区工农河河道整改设计是有效的。整改后效果图如图6所示。

图6 设计实施后效果图

6 结语

在河道整改工程进行的同时，需做好环境监测工作，保证周边环境不受河道整改的影响。也需要对水土保持进行干预，并制定好相应的水土防治责任。同时，需要根据现场实际，对河道两岸的生态进行保护并做好相应的景观设置，兼顾生态和景观的需求。最重要的是，要把工农河流域的整治融入到海绵城市的建设中为一体，通过河道整改促进海绵城市建设，是解决城市水问题的重要途径，也是生态文明在城市建设中的具体体现。文章可以为类似的城市河道综合整治的设计实施提供参考，但因篇幅原因未对河道的环境监测及河道生态景观治理进行研究分析，后续还需完善对这两个方向的研究。