河道治理工程設計探討
——以恩平市錦江河為例

徐曉冬

(江門市科禹水利規劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 概 述

河道綜合治理工程旨在改善河道行洪現狀，提升河道水質，具有十分重要的意義。為了解決河道水質較差的現狀，我國有較多的城市采取河道綜合治理工程，取得良好的效果[1-3]。在河道治理工程中，常用的措施包括清淤、護坡建設等。恩平市錦江河在城市多年發展過程中，水質污染較為嚴重，亟需采取綜合治理工程。

2 工程概況

潭江是珠江三角洲水系的一級支流，其中潭江恩平段又名為錦江河。潭江流域面積6 026 km2，在江門市境內流域面積5 882 km2，主流全長248 km，平均坡降0.45‰。治理河段為錦江河水占陂至高速公路橋段，起點為水占陂，終點為G15公路橋下游200 m，治理河道長度共計15.19 km，工程設計包括護岸工程、清淤工程等。本次治理范圍河道設計洪水標準為30年一遇，設計防洪標準為10～20年一遇。治理工程大田圩鎮段防洪標準取10年一遇，其余村莊和農田段(樁號G0+000至G7+120段)防洪標準取5年一遇。工程為中小河流治理工程，主要任務為清淤疏浚、穩固堤岸，改善河流生態環境，并結合鄉村振興戰略，與美麗鄉村建設、新農村建設有機結合，充分發揮河道綜合功能，實現人水和諧。

3 河道現狀

錦江河治理河段堤防工程修建于上世紀六七十年代，受設計、材料、施工等條件限制，多為就地取材的土堤，工程質量差，加上年久失修，堤坡已被雨水沖刷嚴重，其防洪能力較差；同時河岸土質松散，岸坡較陡，岸腳受洪水沖刷，防沖能力低，抗滲性能差，迎流頂沖位置河岸沖毀嚴重，主河槽內切，岸坡坡腳被淘空，影響堤防安全；河道淤積嚴重，部分河道被擠占，導致排水不暢，汛期行洪時，存在較多安全隱患。

4 主要建筑物加固設計

4.1 河道護岸斷面設計

河道的斷面形狀一般有矩形斷面、梯形斷面和復式斷面。治理河道的斷面選擇應根據河道兩岸土地用地情況、沿線河岸地形地貌特征、水環境及景觀設計要求，選擇不同類型的斷面形式。經綜合考慮，治理段分別采用生態砌塊擋墻、C25砼自救式擋墻、疊大石擋墻、漿砌石生態擋墻等生態護岸結構型式。

4.1.1 生態砌塊擋墻

針對水土流失嚴重河岸，采用生態砌塊擋墻，總長0.196 km，墻高2 m，墻后設厚50 mm的AC-13C改性瀝青砼路面的人行道，高程為35.10 m；臨水側設人行道仿木紋欄桿，墻下設厚0.6 m干砌石護腳；堤身采用清淤砂石料土回填夯實。生態砌塊擋墻采用天然地基。斷面型式見圖1。

圖1 生態砌塊擋墻標準斷面圖

4.1.2 C20砼重力式擋土墻

針對河道邊坡較陡，坡降大，局部迎流頂沖位置河岸沖毀嚴重的河段采取新建C20砼重力式擋土墻護岸，斷面型式為C20砼擋土墻。

1) 樁號GH0+000～GH0+393，總長0.393 km，墻高3.50 m，墻頂寬0.50 m，面坡為1∶0.1，背坡為1∶0.5。

2) 樁號GB0+000～GB0+150、樁號GD0+000～GD0+100、樁號GE0+000～GE0+040，總長0.290 km。墻高4.30 m，墻頂寬0.50 m，面坡為1∶0.1，背坡為1∶0.5。

3) 樁號GA0+000～GA0+354、樁號GF0+000～GF0+278，總長0.632 km。墻高1.90 m，墻頂寬0.40 m，面坡垂直，背水坡為1∶0.4。

4) 樁號GJ0+000～GJ1+086，總長1.080 km。新建擋土墻采用C20砼重力式擋土墻，墻高1.90 m，墻頂寬0.40 m，面坡垂直，背水坡為1∶0.4，墻后設C20砼路面寬2.4 m，路面厚20 cm，下設碎石墊層厚10 cm，斷面型式見圖2。

圖2 C20砼擋土墻標準斷面圖

4.1.3 C25砼自救式擋墻

樁號GJ1+086～GJ2+542，總長1.456 km。該段采用C25砼自救式擋墻。擋墻總高3.40 m，迎水坡階梯狀，每級尺寸為0.5 m×0.8 m，平臺處回填種植土并種植黃金葉和勒杜鵑，背水坡坡比為1∶0.75。墻身設兩條Φ50PVC排水管@2 m布置。C25砼自救式擋土墻采用天然地基。斷面型式見圖3。

圖3 C25砼自救式擋墻標準斷面圖

4.1.4 C20砼仰斜式擋墻

樁號ZA0+000～ZA0+243，總長0.243 km。新建擋土墻采用C20砼仰斜式擋土墻，墻高3.50 m，墻頂寬0.50 m，面坡為1∶0.75，背水坡為1∶0.5。墻身設一條Φ50PVC排水管@2 m布置。墻腳采用干砌石護腳，干砌石厚1.0 m。C20砼重力式擋土墻采用天然地基。斷面型式見圖4。

圖4 仰斜式擋墻標準斷面圖

4.1.5 采用疊石擋墻

樁號GJ3+029～GJ3+517、樁號GK+000～GK0+240，總長0.728 km。采用疊石擋墻。疊石擋墻基礎為C20砼厚300。疊石擋墻基礎采用天然地基。斷面型式見圖5。

圖5 疊石擋墻標準斷面圖

4.1.6 護坡斷面設計

在樁號GJ0+000～GJ1+086，總長1.080 km。新建擋土墻采用C20砼重力式擋土墻，墻高1.90 m，墻頂寬0.40 m，面坡垂直，背水坡為1∶0.4。墻身設一條Φ50PVC排水管@2 m布置。墻后設C20砼路面寬2.4 m，路面厚20 cm，下設碎石墊層厚10 cm。齒墻后設C20砼預制聯鎖塊護坡，坡比為1∶2。墻腳采用干砌石護腳，干砌石厚1.0 m。C20砼重力式擋土墻采用天然地基。斷面型式見圖6。

圖6 聯鎖塊護坡標準斷面圖

4.2 護岸工程設計計算

4.2.1 護岸沖刷深度計算

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)，斷面沖刷深度計算成果見表1。

表1 斷面沖刷深度計算表

根據表1計算成果，河道的沖刷深度為0.23～0.95 m，本次埋深取1.00 m。

4.2.2 邊坡抗滑穩定計算

選擇堤身典型斷面進行堤防抗滑穩定計算。

1) 計算方法。施工期采用總應力法，穩定滲流期采用有效應力法，水位驟降期同時采用總應力法，并以較小的安全系數為準。采用瑞典圓弧法進行計算，計算公式如下：

(1)

式中：W為土條重量，kN；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kN/m2；α為條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，(°)；b為土條寬度，m；c′、φ′分別為土條底面的有效凝聚力(kN/m2)和有效內摩擦角(°)。

2) 計算工況。邊坡穩定計算按以下3種工況考慮:①施工期的臨水側堤坡。②設計洪水位穩定滲流期的臨水側堤坡。③水位降落期臨水側堤坡。

以上第一種工況屬于非常情況，第二、三種工況屬于正常情況。

3) 計算參數選取。本次計算考慮地形、地質、填土高度等條件，選擇9+201斷面進行穩定計算。各斷面計算參數見表2。

表2 抗滑穩定計算參數

4) 計算結果分析。計算采用河海大學編制的“土石壩穩定分析系統”進行穩定計算。穩定計算采用瑞典圓弧法，計算結果見表3。

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)3級土堤的抗滑穩定安全系數正常運用時不小于1.20，非常運行時不小于1.10。由表3中可見，穩定滲流期和水位驟降期抗滑穩定安全系數均不小于1.20，施工期抗滑穩定安全系數不小于1.10，滿足規范要求，堤身抗滑穩定滿足要求。見圖7。

表3 加固后左堤抗滑穩定計算成果表

圖7 水位降落期臨水側左堤抗滑穩定計算成果圖

4.2.3 擋土墻計算

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286-2013)、《水工擋土墻設計規范》(SL 379-2007)的荷載組合規定，結合該堤防可能遇見的水位，各擋土墻分別按基本組合和特殊組合進行穩定計算。本工程擋土墻按以下幾種工況計算：

1) 完建期：墻前墻后無水，屬基本組合。

2) 水閘正常蓄水期：墻前水位為正常蓄水位，墻后水位考慮降雨及滲流滯后的影響加0.3 m水位差，屬基本組合。

3) 施工期：墻前墻后無水，墻后填土面考慮10 kPa均布施工荷載，屬特殊組合。

采用理正擋土墻軟件進行計算，各擋土墻地基承載力、不均勻系數和抗滑穩定安全系數、抗傾覆穩定安全系數均滿足要求。

4.3 清淤設計

錦江河整治范圍內的河道淤積較多，主要存在兩岸邊灘及河床心灘，局部河段兩岸有高桿植物擠占河道，洪水來時影響河道的行洪能力。此次設計為保證河道順暢，提高河道的行洪能力，需對全段河道進行清淤疏浚治理。

河道疏浚設計比降的確定與河道所經過的地形、土質、水流流量及含沙量等條件有關，并應滿足不沖不淤的要求。天然情況下，河床演變具有自動調節的作用，即從輸沙不平衡向輸沙平衡的方向發展。河道現狀縱比降是河道經過長年累月運行的結果，是河道自動調節的結果。因此，設計河道縱比降取值與每段河道實測平均縱比降基本擬合。

確定河道設計縱比降后，按照以下公式，確定河道疏浚底高程：

Zi=Z0-JLi

(2)

式中：Zi為計算點處河道疏浚的底高程；Z0為河道疏浚起點高程；J為河道設計縱比降；Li為河道疏浚的起點至計算點處距離。

疏浚后的河道，留有足夠的行洪斷面，可確保河道排水通暢與行洪安全。

5 結 論

通過對錦江河(水占陂至高速公路橋段)河段護岸、清淤工程設計，不僅可以解決河道淤積嚴重、行洪不暢、岸坡存在安全隱患等問題，還能改善河道生態環境，效益顯著。通過對本河段的治理，能充分發揮河道綜合功能，實現人水和諧，基本形成“山水相映、水網相通、城水相融、人水相親”中小河流新格局。