興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程設計研究

曹 欽

（廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司,廣東 廣州 510635）

當下城區河道堤防改造與市政基礎建設結合項目逐漸增多,如何對城區河道堤防改造工程進行合理設計、科學規劃一直備受諸多學者關注。本次研究從實際案例入手,對興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程設計進行系統分析,并提出優化方法,如堤頂高程精確計算、堤身設計、堤身整體穩定性計算分析、創新技術及因素考量提升穩定性、強化質量保障的全過程管理等,為項目工程開展與組織實施提供參考。

1 項目概況

1.1 項目工程

興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程位于梅州興寧市境內,本橋段項目工程,即“興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程”,起點位于興南大橋,線路整體位于寧江右岸由南北上,途徑海燕大橋、興寧大橋。本項目工程貫通改造段長1428 m,擬建370 m達標加固堤段；1058 m堤頂道路貫通改造；跨河交通橋1座；以及全段道路、綠化景觀設計。興南大橋至興寧大橋段總平面布置見圖1。

圖1 興南大橋至興寧大橋段總平面布置圖

1.2 環境條件

1）地形地貌。擬建碧道位于興寧市城區寧江右岸邊,本次勘察區間上游至興寧大橋,下游至興南大橋。場地范圍屬于寧江河谷平原地貌及殘丘地貌,包含寧江河沖蝕河道、河岸堆積階地,華僑中學附近為侵蝕殘丘。沿線地面高程106 m～120 m,地形較為平緩。地層巖性根據區域地質資料、現場地質測繪、鉆孔揭露,場地地層從上至下分布如下：①第四系填土層（Qs）；②第四系沖積層（Qal）；③基巖。

2）地質構造與地震。工程區位于興寧盆地中部,興寧盆地處在區域性蓮花山斷裂帶和河源深斷裂帶之間,但距離兩斷裂帶較遠,都大于50 km。盆地西部和西北部受南北、北東斷裂控制,東部受限于燕山期花崗巖,盆地內斷裂構造不多,區域穩定性較好。

3）水文地質條件。場地地下水主要為上層滯水、潛水及微承壓水,主要賦存于線路的砂層中,接受降雨及寧江河水補給,上覆粘性土層,在河水高漲時,有承壓性。

2 工程設計要點分析

2.1 以安全質量保障為重點

基于興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程建設實施的重要性,需提升前期設計的質量保障與安全鞏固,結合實際需求及項目建設工程,在前期設計中側重對工程本身價值及應用功能進行考慮。首先工程項目位于興寧市核心區,涉及地域及環境較多,具有一定的復雜多變性,基于此在城區河道堤防改造工程的影響效應,首先以項目設計的安全性、質量性為核心,對該改造堤段的整體設計進行全面鞏固,防止征地移民、生態環境、社會治安、媒體輿論等問題對項目實施的影響,設計中根據實際需求對堤防控制線、改造方案及施工方案等進行合理規劃,并充分考慮現場環境及水文地質等,經過數據調查分析后,對設計方案進行二次升級,滿足該項目設計的穩定性需求。

2.2 注重結合科學優化布局

在本次項目設計中注重現狀結合,堤防控制線均沿用原堤防河岸線進行布置,最大程度減少對堤內建筑物的占有和侵占,開展相關貫通與堤頂市政道路改造建設,滿足項目改造段長1428 m要求,樁號為興南大橋至興寧大橋段Z0+000～Z1+428。其中：跨河交通橋1座,樁號為Z1+117～Z1+177,位于支流曾坑河口位置,設計荷載采用公路-II級,抗震設防烈度為6 度,擬建3 孔預應力鋼筋混凝土交通橋,單孔凈寬20 m,橋寬度為11 m。在保證防洪需求的要求下采用碧道游徑的連通,營造地區特色與景觀,構建游憩系統,故本次規劃景觀節點一個,規劃景觀節點位于海燕大橋橋底空地,兼顧紅色文化融入和配套休憩平臺設施設備,形成一個以紅色文化為主題的紀念性濱水景觀空間,紅色文化公園建筑面積約為3600 m2。

3 工程設計實踐及方法分析

3.1 堤頂高程精確計算

堤頂高程根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）的規定,按設計洪水位加堤頂超高確定,精準計算如下： 堤頂高程根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）的規定,按下式計算：

式中：Y為堤頂超高,m；R為設計波浪爬高,按《堤防工程設計規范》附錄C計算；e為設計風雍水面水高,按《堤防工程設計規范》附錄C計算；A為堤頂安全超高,按《堤防工程設計規范》3.2.1確定,4級堤防（允許越浪）取A1=0.3 m。

計算結果,計算選取設計洪水位時水面寬度較大的部位,取樁號中1+250斷面進行復算。計算成果見表1。

表1 堤頂超高計算成果表

工程范圍內寧江河道區間的設計洪峰流量為1173～1203 m3,設計洪水位為111.56 m～112.83 m,故本次計算堤頂高程為112.06 m～113.33 m。

由于本次設計起止點應與現狀西區防洪堤堤頂道路上下銜接,結合上下游堤頂高程,本次設計范圍的堤頂高程取為112.10 m～113.60 m。

3.2 堤身設計

樁號0+000～0+370 采用衡重式擋墻,衡重式擋墻墻高6.5 m,上墻高3.5 m,擋墻頂寬0.7 m,臺寬1.5 m,面坡坡比1∶0.05,上墻背坡坡比1∶0.3、下墻背坡坡比1∶-0.5,墻趾臺階高度為1 m,臺階寬1 m；樁號0+370～0+900 范圍內,保持現狀土堤,堤坡坡比1∶2直斜復合式斷面邊坡；樁號0+900～1+187、1+300～1+428 范圍內采用懸臂式重力擋墻,懸臂式擋墻高4.5 m～5.0 m,擋墻頂寬0.5 m,背坡坡比1∶0.1,墻趾臺階高度為0.5 m,寬度為1.5 m,墻踵臺階高度為0.5 m,寬度為1.75 m；樁號1+187～1+300 范圍內,保持現狀堤防,堤坡坡比1∶2 直斜復合式斷面邊坡,本次設計坡面采植生混凝土護面；背水坡采用草皮護坡,坡比1∶2。

3.3 堤身整體穩定性計算分析

堤防整體穩定計算采用河海大學開發的AUTOBNAK7.7進行計算。邊坡穩定計算根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013）,采用瑞典圓弧滑動法,瑞典圓弧滑動法的總應力法公式：

瑞典圓弧滑動法的有效應力法公式：

計算參數取值：穩定計算的物理力學參數由現場鉆孔芯樣土工室內試驗成果統計值并結合參考類似工程確定,堤防的物理力學參數采用值見表2。

表2 堤防抗滑穩定計算參數取值

計算成果：各斷面整體穩定計算成果見表3以及圖2～圖3。

圖2 Z0+180穩定計算結果

圖3 Z1+000穩定計算結果

從表2中可以看出,Z0+180 斷面在各工況下穩定安全系數均滿足規范要求,故山邊段堤防整體穩定安全滿足規范要求；Z1+000 段在設計水位工況和水位驟降工況下的安全系數均不滿足規范要求,故樁號0+910～1+100、1+300～1+428 段堤頂市政道路提升改造采用懸臂式擋墻堤防整體穩定不滿足規范要求,需要進行抗滑處理。

4 優化工程施工方法及主要途徑

4.1 創新技術及因素考量提升穩定性

河道堤防工程施工中涉及問題較多,會對整個改造堤段施工質量造成影響,例如在進行邊坡施工管理中應對結合性進行明確,結合性主要是指對改造堤段巖土邊坡穩定的標準化明確,通過邊坡信息及標準化分析,對改造堤段施工過程及圖紙等進行結合設計。對提升邊坡工程質量尤為關鍵[1]。如缺乏結合性則會導致改造堤段巖土邊坡施工中問題頻出,如未結合地勘情況進行基礎處理,可能會導致邊坡出現結構安全問題,基礎處理也應根據現場地質情況進行適當調整,如缺乏結合性可能導致基礎處理不達標,對工程質量造成一定影響[2]。同時,在改造堤段施工質量管理中要對應用技術進行創新,施工技術的創新在于對改造堤段穩定效果提升。傳統施工技術與工藝都會對改造堤段施工質量提升造成影響,技術創新與管理融合,可在較短時間內提升改造堤段施工質量[3]。

4.2 強化質量保障的全過程管理

從以往改造堤段施工層面分析,質量管理只涉及在階段性層面,缺乏對整體施工流程,即全過程化質量控制。全過程化質量控制側重于對傳統質量管理的優化創新,在于對階段性質量管理及控制工作的提升。以整體化、過程化對施工過程進行管控,并對各施工工序及過程進行階段性控制、考核及檢測,最后進行整個工程項目質量檢測[4]。其優勢特點在于鞏固改造堤段工程整體質量,在于詮釋階段檢測與整體檢測的融合功能,在于將質量控制的細化向全過程轉移。同時,質量標準作為質量管理重要環節,對提升質量、強化質量十分重要。在進行質量管理中要從標準化入手,將質量控制的時效性、功能性進行詮釋。以國家市政施工標準為例,將質量管理方向進行明確,對質量管理制度進行設計。為日后全面提升質量控制及質量效率奠定基礎[5]。

5 結語

通過對興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程進行深入分析,結合相關資料及實際案例,全面系統的開展城區河道堤防設計分析,本項目設計實施中主要以現場勘察、數據分析、計算整理及問題研究等為主,系統全面的對興寧市寧江河碧道興南大橋至興寧大橋段工程進行設計優化,主要包括堤頂高程精確計算、堤身設計、堤身整體穩定性計算分析、創新技術及因素考量提升穩定性、強化質量保障的全過程管理等,為日后工程施工進行建議提出,為下一步工作開展奠定堅實基礎。