某河道治理工程存在的問題及方案分析

朱 健，王緒彬， 劉鵬程

（1.上海千年城市規劃工程設計股份有限公司淮海設計院,江蘇 宿遷 223800；2.徐州市南水北調工程管理中心,江蘇 徐州 221200）

1 河道現狀及問題

本次河道治理段通過壩子,沿河兩岸農田村莊分布較廣,河道較順直,治理河道總長6.4 km,現狀河道基本為天然梯形斷面,河堤為土堤,堤背農田高出河床面2 m～4 m,河道寬度多在10 m～20 m,部分較寬河段可達30 m,治理段河床平緩,且多處存在倒坡,泄流能力低。河道流域內單點暴雨頻繁發生,河道周圍的支流大都屬山區性河流,坡陡流急,洪水暴漲暴落,而主河道底坡緩,河中取水建筑物多,加上丫口阻水作用,造成河道洪水位高,兩岸支流洪水不能及時進入主要河道,洪水渲泄不暢,造成持續時間較長的嚴重洪災,使壩區沿岸農田、城鎮、學校、公路、通訊等設施被淹,因而流域內洪災因出現頻繁分布面廣,損失較重。另外,由于人類頻繁活動,河床內泥沙淤積,兩岸垃圾、農作物殘桿隨意堆放, 河道行洪能力降低,加大了河道發生洪災的頻率。本次以防洪為主,挖深河道、修建河堤,清理局部河障,改善水力條件,提高河道泄洪能力。

2 堤岸、堤基主要工程地質問題

治理河道沿線多為河床沖積層Ⅰ級河谷階地,無高邊坡開挖,堤身岸坡屬基本穩定～穩定性較差。兩岸河堤下部基巖埋深較大,堤基均座于河床沖洪積粘土細砂礫石層上,為單元地質結構特征,工程地質條件總體分類為B～C類,大部屬基本穩定～穩定性較差岸坡（Ⅱ～Ⅲ類）。

（1）河床沖洪積粘土細砂礫石層厚度多大于2.5 m、局部地段大于8.0 m,結構稍密實、透水性中等、抗沖刷能力稍強；河堤覆蓋層多為階地沖積層、洪積物,稍濕,結構稍密,局部為人工素填土及砂土,結構疏松,性質不一,受地下水、地表水的影響,容易產生坍塌和滲水,對開挖邊坡穩定性有一定影響,建議開挖后及時進行砌筑、回填,做好排水、支護措施,避免邊坡失穩。

（2）本工程原河堤主要為土堤,基巖埋深較大,建議河堤基礎嵌入持力層。粉細砂土,粘土細砂層,抗沖刷能力差,穩定性差,且處于地下水位以下存在地震液化的潛勢,不能作為持力層。下部河床沖洪積粘土細砂礫石層和河床階地堆積粉質粘土層承載力及強度總體能滿足土堤堤岸、堤身變形穩定及抗滑穩定,主要存在迎水坡腳基礎抗沖,滲透變形及抗滑穩定問題,建議清除松軟土層,對堤岸、堤身地基土可整平、夯壓處理,堤基基礎置于持力層沖刷下限以下0.5 m～1.0 m。

（3）選定的堤基持力層中,局部分布粉砂土、淤泥質粘土等軟弱夾層,一般厚度 0.2 m～1.0 m（持力層范圍內）,物理力學性質差,壓縮性高,承載力低,在上覆荷載作用下,將發生長期固結沉降,使堤基將產生不均勻沉降,對堤身穩定構成威脅。如果開挖過程中發現該類夾層,厚度較小的建議清除,厚度大的建議加深基礎埋深,在沖刷下限以下進行打木樁,設碎、塊石墊層強夯處理。

（4）局部堤線段的上覆土層（如粉質粘土、淤泥質粘土、粉砂土、粉細砂等） 較厚,持力層埋深較大,不能直接作持力層,堤基只能置于上覆土層中,但該類土層承載力、沉降、抗沖、抗滑、地震液化等指標可能不滿足要求,對堤防安全威脅較大。針對類似情況,建議加深基礎埋深,加大基礎寬度,在沖刷下限以下設碎、塊石墊層強夯處理。

3 方案設計

本次河道治理工程主要為農田防護,在滿足防洪要求的前提下,結合工程實際情況,本次河道治理方案確定為：河道平面走向基本維持現狀不變,干流治理段調整河道比降為1/2500,挖深河槽,對現狀未硬化的堤頂一岸新建聯鎖式護坡及護腳,部分堤段新建或加高河堤,迎水面坡度為1∶1.5；對現狀已硬化的堤頂一岸新建護腳及護坡,迎水面坡度為1∶1～1∶1.5,現狀水泥路面不滿足防洪要求的在路緣迎水面側新建防浪墻,對現狀河岸兩側為民房的新建漿砌石貼坡,堤頂高程和防浪墻頂高程須滿足10 年一遇洪水要求。

3.1 河堤、護岸結構設計

（1）斷面形式擬定

河堤橫斷面形式常采用矩形斷面、梯形斷面以及復式斷面三種型式[1],矩形斷面占地少,但墻體斷面大,砌體工程量大,投資大；梯形斷面砌體工程量小,投資少,但占地多；復式斷面介于矩形斷面和梯形斷面之間,占地較梯形斷面少,投資較矩形斷面少。本次治理河段現狀為天然梯形斷面,根據防洪規劃,本次治理段需挖深河槽,盡量保證河道的行洪寬度,因此,本次考慮仍采用梯形斷面設計。

（2） 堤型方案比較

堤身結構型式應根據堤段所在的地理位置、重要性、筑堤材料、施工條件,并考慮環境景觀、工程投資等因素,經技術經濟比較確定。結合河道治理工程情況,以及現狀的地形,本次主要擬定以下兩種堤型進行考慮。

方案一：景觀植生預鑄塊擋墻堤

景觀植生預鑄塊是一種與自然共生的預鑄塊,由前板、兩側板、后板與底板結合,在內部形成有一開口向上的容置槽,槽內充填卵石、土等充填材料,擋墻結構透水、透氣,有利于空氣、水、動植物、土壤形成天然的生態循環系統,充分發揮吸收凈化功能,保持生態自然平衡。以4.5 m高擋墻為例,景觀植生預鑄塊擋墻堤基礎采用C25 現澆砼,尺寸為1.2 m×0.85 m,基礎以上采用9 塊預鑄塊及1塊蓋板搭砌而成,迎水坡坡比1∶0.5, 5 年一遇洪水位以下采用卵石填槽, 5 年一遇洪水位以上裝滿種植土。

方案二：斜坡式土堤

斜坡式土堤是河道治理中最常見的堤型,新建河堤迎水坡坡腳采用格賓石籠護腳,護腳高出設計底板0.5 m,格賓石籠頂以上至 5年一遇洪水位采用C20 砼聯鎖式護坡,5 年一遇洪水位以上至堤頂采用植草護坡,迎水面、背水面坡比為1∶1.5。

根據工程河段的地形地質條件以及生態治理的原則,擬定的兩種堤型均具備修建條件,各堤型的主要技術經濟特點如下：方案一的優點為占地較小,耐久性、抗沖刷性好,堤型較美觀,施工速度快；缺點是該堤型對基礎的要求較高,親水性較差,投資過大。方案二的優點為開挖回填量較小,對基礎的要求較低,適應變形能力強,親水性好,投資低；缺點是抗沖刷能力一般,占地較大,施工較復雜。兩種方案每延米工程量及投資對比表,見表 1。

表1 每延米工程量及投資對比表

綜上所述,方案一和方案二兩種堤型方案各有其特點和優劣。結合本工程的地形地質條件,并考慮到方案一投資過高,本階段推薦方案二斜坡式土堤。

3.2 護腳、護坡型式擬定

在治理型式上注意突出生態治河理念,在滿足防洪要求的前提下,工程設計方案要按照因地制宜、切合實際、注重生態、節約投資的思想,采用新型生態設計,因地制宜地合理采用柔性堤岸[2]。根據水面線計算成果,治理段河道水流流速大部分均在 1 m/s ～3 m/s 之間,流速較小。在滿足抗沖流速要求的前提下,綜合考慮后河堤迎水面5 年一遇水位以下采用C20 聯鎖式預制砼護坡,5 年一遇水位至堤頂采用自播花護坡,聯鎖護坡頂設置C20 砼現澆隔離帶,尺寸為0.2 m×0.3 m,每隔10 m設一道變形縫,堤頂寬度與現狀道路同寬,但不小于3 m,現狀水泥路仍保持原路面寬度。

3.3 斷面設計

本次治理河段堤型采用梯型斷面,迎水面坡比為1∶1.2～1∶1.5,護腳采用格賓石籠,高度為2 m～2.3 m（高出河底0.5m）,5年一遇洪水位以下采用預制聯鎖式護坡,厚度為10cm,聯鎖式護坡每隔10 m設一C20 混凝土分隔梁,分隔梁尺寸為0.2 m×0.3 m；5 年一遇洪水至堤頂為土堤,采用自播花護坡；堤頂結構結合美麗河湖建設及美麗鄉村建設,原堤頂道路為混凝土路面結構維持現狀,原堤頂道路為土路則根據現狀堤頂寬度在堤頂新建景觀大道,現狀堤頂寬度不小于7.5 m時,堤頂采用人車分離,并設置1 m寬綠化隔離帶,人行道寬度不小于1.5 m,堤頂小于該寬度時,僅設置車行道,保證車輛通行。斷面設計圖見圖1。

圖1 河堤斷面設計圖

3.4 堤基處理

治理段選定的堤基持力層中,局部分布粉砂土、淤泥質粘土等軟弱夾層,一般厚度0.2 m～1.0 m（持力層范圍內）,物理力學性質差,壓縮性高,承載力低,在上覆荷載作用下,將發生長期固結沉降,使堤基將產生不均勻沉降,對堤身穩定構成威脅。如果開挖過程中發現該類夾層,厚度較小的建議清除,厚度大的加深基礎埋深,須采用塊石置換夯實,打木樁處理。毛石墊層厚1.0 m,寬1.8 m,木樁采用直徑15 cm的木樁,長3m,梅花形布置,間距0.50 m,施工時根據實際開挖地質情況,適時調整基礎處理方案。

3.5 防沖保護

本次治理河段為壩區,河床平緩,經水力計算,河道設計標準內水流流速大部分為1 m3/s～3 m3/s,整體沖刷不嚴重。河堤為梯形斷面,通過沖刷深度計算,河道沖刷深度在0.57 m～1.44 m之間,結合已治理河流多年來運行情況以及現狀河道的沖刷情況,考慮一定的基礎富余深度,本次治理河段基礎埋深取為1.0 m、1.5 m 及1.8 m三種。里程3+300 m～4+300 m、4+800 m～6+000 m段基礎埋置深1.0 m,4+650 m～4+750 m段右岸基礎埋置深1.8 m,其余河段均為1.5 m。

4 結論及建議

通過對河道清理整治,使該段河道能夠滿足十年一遇的防洪標準,保護沿河人口 1.2 萬和 0. 85 萬畝農田耕地,逐步解決河道泄洪能力低的問題,同時, 通過對該段河道的治理、對堤頂道路硬化及景觀打造,改善了該治理河段的景觀面貌,提升了沿河村莊的鄉村風貌,以及為沿河百姓茶余飯后休閑散步提供場所, 成功的將該河堤頂道路打造為景觀大道,立足于“生態、民族與文化”的三大特色, 促進當地的旅游業,切實帶動了鄉村振興。