平頂山市湛河上游（凌云路湛河橋-新城區污水處理廠）河道整治方案設計

葛麗繁

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

湛河是沙河支流，上游稱烏江河，發源于伏牛山余脈、平頂山市新華區的馬跑泉，自西向東橫貫平頂山市區，于葉縣張莊匯入沙河，是一條以防洪為主，兼有排水、灌溉和改善城市環境景觀等多項功能的中型河流。湛河現狀水質發黑、發臭，水體嚴重污染，河道淤積嚴重，過流斷面減小，河道狹窄，淤塞嚴重，淤泥深度達1 m，縮小了河道行洪斷面。根據國家相關規范、標準及平頂山總體規劃，湛河上游河道整治項目所在地區防洪標準取100 a一遇。該工程的防洪工程的等別為2等，該工程的主要建筑物按1級設計，次要建筑物按2級設計,臨時性建筑物按照3級設計。

1 河道水面線推求

1.1 洪水位計算

該項河道整治工程的范圍為：烏江河口-凌云路湛河橋，長度2 220 m。該項河道整治工程的河道控制中心線基本沿老河道中心線布置。河道底寬取50 m，縱比降基本按現狀河底比降確定，取1/3000，河道糙率取0.03。安全加高值按1級堤防取為1.0m，另加0.5 m的風浪爬高，但結合平頂山市實際情況，河道在高水位運行時間較短。堤防過高將對城市基礎設施配套及景觀帶來諸多不便，本著安全經濟的原則，結合平頂山市已經治理的河道經驗，堤防高程為100 a一遇洪水位加上1.0m超高。

該段河道水流屬明槽恒定非均勻漸變流，該項計算采用水面曲線試算法進行。并結合現狀河底，計算成果見表1所列。

表1 水力計算表

1.2 設計常水位

根據業主提供的下游橡膠壩測量資料，下游現狀橡膠壩壩頂標高為79.9 cm，故該段河道常水位為79.9 m。

2 河道斷面設計

湛河斷面設計的原則：應適當考慮“生態優先、以人為本、人水協調”的原則。在使用功能上應滿足通過洪峰流量的要求，同時考慮現有斷面型式、地質條件、邊坡穩定及征地拆遷的經濟性。

如圖1所示，河道標準斷面采用復式梯形斷面，充分利用現狀路堤。河底寬50m，河道縱坡1/3000，設計河底高程為78.5～77.84m，現狀河底需下挖0.5～1.0 m。自河底至現狀路以下邊坡坡度不陡于1:3，對于部分現狀路寬度不到3m處，對現狀路進行規整，保證寬度不小于3 m，現狀路根據景觀要求設計，盡量蜿蜒曲折、高低起伏，滿足親水休閑、景觀要求。現狀路至堤頂坡度不陡于1:3，堤頂內設5 m寬堤頂路（可結合區域規劃進行調整），設計堤頂高程為86.71～87.10 m，滿足100 a一遇的防洪標準。

結合現狀地形，河道護岸采用復式斜坡式護岸更具經濟性及合理性。

3 河道護岸結構設計

3.1 河道護岸結構型式的選擇

河道護岸包括擋墻及護坡兩部分，為體現生態特色，更好地與河道景觀設計融合，該段河道護岸結構重點考慮生態護岸型式。目前生態擋墻主要有自嵌式景觀擋墻、格賓石籠擋墻、生態擋墻等形式。生態擋墻不僅外表美觀，而且環保經濟，適合河流生態、綠化等方面的要求，但總體來說擋土能力稍弱。針對上述生態擋墻的缺點，目前又開發出了一些生態化硬質擋墻，主要是對硬質擋墻臨水側進行生態處理，在滿足結構穩定性的同時提高擋墻的生態效果。

圖1 標準河道斷面圖

護坡目前常用的主要有干砌塊石護坡、漿砌塊石護坡、現澆混凝土護坡、預制混凝土塊護坡、生態混凝土護坡、鉸接式混凝土塊護坡、格賓石籠護坡、加筋麥克墊等形式。塊石護坡、混凝土等傳統護坡，外型不夠美觀、不能滿足生態的要求；加筋麥克墊、格賓石籠護坡、鉸接式混凝土塊護坡、生態混凝土護坡等新型護坡的孔隙或間隙內能夠長草，適合河流生態、綠化等方面的要求。

該項設計綜合考慮了上述各種類型擋墻及護坡的優缺點，因地制宜，在確保結構安全的前提下選擇生態化硬質擋墻及生態護岸。其中格賓石籠擋墻及鍍高爾凡加筋麥克墊是近年來較常用的生態化硬質擋墻生態護岸。格賓擋墻與加筋麥克墊在水渠岸坡中的運用實景效果見圖2、圖3所示，格賓擋墻與加筋麥克墊護坡的特點如表2、表3所列。

圖2 加筋麥克墊在水渠岸坡中的運用實景

圖3 格賓擋墻實景

表2 格賓擋墻特性表

表3 加筋麥克墊護坡特性表

該項工程河道常水位為79.9 m，非汛期水位基本無變化（由下游橡膠壩控制），護岸擋墻采用格賓重力式擋墻，頂高程控制在80.9～80.4 m。該項河道整治工程的設計洪峰流量應為兩部分組成：干流控制斷面100 a一遇設計洪峰流量和白龜湖水庫泄洪流量。該河道來自白龜湖水庫泄洪流量為330 m3/s，干流控制斷面100 a一遇設計洪峰流量為1 145 m3/s，總設計洪峰流量為1 475 m3/s，經測算洪水流速約為3 m/s。加筋麥克墊在受水流沖刷時，其穩定性能與洪水的流速和持續時間有關，且有植被的情況下防護性能為無植被情況下的兩倍，在有植被的情況下加筋麥克墊能承受約6 m/s的流速持續沖刷約8 h，如果洪水持續時間達到60 h或以上，則只能承受3.65 m/s的流速。

考慮到湛河主汛期（6月21日—8月20日），正是植被茂密的時候，結合平頂山市實際情況，河道在高水位運行時間較短，故選用加筋麥克墊護坡比較合適，護岸邊坡采用大于1∶3的坡比鋪設加筋麥克墊至標高約86 m（100 a一遇水位），超高部分采用草皮護坡。

3.2 河道結構斷面設計（見圖4）

圖4 河道斷面圖

該項工程護岸型式采用柔性護岸，斷面采用復式斜坡式護岸，護岸擋墻采用格賓重力式擋墻，頂高程80.9～80.4 m，邊坡坡比為1∶3.0放坡至81.4～80.9 m，邊坡采用植生袋植被護坡。標高81.4～80.9 m處設一級平臺（寬度7.0 m，其中親水步道寬度取3 m）。一級平臺與二級平臺之間采用加筋麥克墊柔性邊坡結構，二級邊坡坡比為1∶3～1∶3.5，二級平臺寬6 m，標高約86 m，二級平臺由人行步道與格賓組成（二級平臺標高及寬度需根據景觀設計進行調整）。護岸三級邊坡采用加筋麥克墊柔性邊坡結構，三級邊坡坡比為1∶3.0，放坡至設計堤頂高程為86.71～87.10 m，滿足100 a一遇的防洪標準。堤頂處結合區域規劃和景觀進行調整，河道工程填土至堤頂標高。

3.3 結構斷面計算分析

3.3.1 整體穩定計算

整體穩定分析:由于擋墻墻前和墻后存在一定的高差，在土體自重及其它外力作用下，整個墻體有從高處向低處滑動的趨勢，首先需對擋墻結構進行整體穩定分析。整體穩定采用瑞典條分法計算。

3.3.2 外部穩定性計算

通常將格賓結構看作剛體進行傳統重力式支擋結構的安全分析，其分析項目包括：土壓力計算、基底滑移驗算、傾覆穩定性驗算、基礎底面地基承載力驗算。

3.3.3 內部穩定性計算

在格賓擋墻的設計驗算中，除應保證擋土墻有足夠的外部整體穩定性（抗滑移，抗傾覆、地基承載力）以外，還必須具有足夠的內部穩定性。

格賓擋墻內部穩定性計算包括如下兩個部分：截面抗壓強度、截面抗剪強度。

在擋墻設計時，必須確保擋墻任一截面上的正應力不能超過格賓網箱所能允許的最大壓應力，并保證格賓網箱之間不發生錯動（墻身剪切破壞）。

4 結語

該項工程按照湛河主河道防洪標準100 a一遇的標準，對現狀河道進行整治，擴大河道的泄洪和調蓄能力。通過與道路工程、截污工程的同步實施杜絕污染源，保證水體的清潔。并與景觀工程結合，大量應用格賓石籠擋墻及鍍高爾凡加筋麥克墊護坡，營造綠色生態的水岸環境，大大提高湛河的防洪能力，改善城市環境，提升城市地位，促進湛河兩岸土地增值，對整個平頂山市的經濟建設起到有力的帶動作用。從而達到了“局部改善湛河上游段景觀環境，總體上完善平頂山市東西綠色走廊和景觀走廊（一軸），全局上提升城市品質”的目的。

[1]黃河勘察規劃設計有限公司.平頂山市湛河治理工程可行性研究報告[R].2013.

[2]平頂山水文水資源勘測局.平頂山市凌云路湛河橋工程防洪評價報告[R].2009.