北沙河本溪城區河段治理生態防洪堤設計

韓 露

(本溪市水利電力勘測設計有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

河道是城市發展、防洪排澇、人文景觀建設的重要組成部分，河道治理是城市封閉防洪體系建設和水生態環境修復的重要途徑[1-2]。隨著本溪市城市建設的發展，天然河道行洪能力急劇下降、水生態環境遭受破壞，尤其是流經人口稠密區和產業集群發展的高新區和溪湖區，受沿河建筑設施擠壓行洪空間封閉防洪體系未建成、工業發展污水無序排放等因素影響，部分河段功能嚴重受損。因此，面對十八大后生態文明建設新要求以及城市新區發展防洪排澇新特點，在充分分析河道防洪現狀的基礎上，通過“重建生態環境、重塑河堤岸線、重構河堤護岸”，構建集“防洪、生態治理和濱水景觀建設”等功能為一體的封閉防洪生態功能體系，營造“人、水、自然和諧相處”的生態景觀河道[3-4]，促進本溪市社會、經濟和生態環境的協調發展。

1 工程概況

北沙河為太子河右岸最大的一條支流，流域面積1618.27km2，主河道長117km，在本溪市境內北沙河主要流經溪湖區及高新區，尤其高新區境內北沙河為唯一主要河流。河流水量季節性變化明顯，汛期水量豐富，驟漲驟落，旱季則易干；河水含沙量較大，多年平均侵蝕模數為850t/km2。北沙河本溪市河道除M橋-三綠老年公寓河段外，均已通過防洪和水生態環境修復系統治理。治理河段防洪保護對象為沿河兩岸居民及現有耕地，按10a一遇防洪標準設防，治理河長5.41km。

2 防洪現狀及建設內容

治理河道多年來一直未經過綜合整治，除西高堡橋下游段外，工程段河道內普遍淤積嚴重，主河槽明顯縮窄；兩岸岸坎大部分無防洪措施，防洪隱患較嚴重，如圖1所示。

根據北沙河封閉防洪體系與本溪市“生態立市”戰略要求，在滿足防洪安全保障前提下，將水生態環境治理和濱水景觀建設充分融入規劃方案中[5]，設計維持原河道天然路徑，沿河道岸線通過鞏固提升已建工程、新建護岸等措施進行綜合整治。M橋-三綠老年公寓河段治理范圍為：M橋-西高堡橋護岸鞏固提升工程長度854m，其中左岸366m、右岸488m；西高堡橋段-三綠老年公寓新建護岸4971m，其中左岸1707m、右岸3264m。M橋-三綠老年公寓河道分段治理內容，如圖2所示。

圖2 治理河道分段建設內容

M橋-西高堡橋河堤為已建防洪工程，現狀為固濱籠護腳結合聯鎖磚護坡，經多年運行和歷史洪水考驗，工程整體運行狀況良好。針對部分聯鎖磚破損問題，維持原來河堤結構型式更換破損聯鎖磚，鞏固提升工程長度854m；西高堡橋至三綠老年公寓，河岸為天然土石岸坎，岸后多為耕地，需采取合理工程措施對護腳及護坡進行全面整治，新建護岸4971m。

3 生態防洪堤設計計算

3.1 工程地質

鉆孔勘探揭露工程區地質構造單元為：一級為柴達木-華北板塊(Ⅲ)，二級為華北陸塊(Ⅲ-5)，三級為遼東新元古代—古生代坳陷帶(Ⅲ-5-7)，四級為龍崗隆起(Ⅲ-5-7-1)，本工程位于該4級構造單元西南部。地震動峰值加速度為0.10g，相應地震基本烈度Ⅶ度，屬構造穩定性較差。地層巖性主要為第四系沖洪積卵石及強風化片麻巖。沿線地下水為第四系孔隙潛水，主要含水層為卵石，地下水位1.5m。地下水對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結構有弱腐蝕性。地基土主要由卵石組成，承載能力可滿足穩定性要求。地基卵石呈強透水性，滲透變形類型均為管涌，允許水力比降建議值為0.11。邊坡坍塌形式主要為沖蝕型，堤岸穩定性均較差-差。標準凍結深度1.4m。

3.2 護岸型式比選

根據北沙河流域暴雨洪水特性、M橋-三綠老年公寓河段地形地質條件和本溪市封閉城市防洪體系和生態水景觀建設要求，對新建4971m防洪堤“固濱籠護腳+綠濱墊護坡”“埋石混凝土護腳+草皮護坡”2種堤型進行比選，見表1。

表1 新建防洪堤堤型比較

由堤型結構、地基適應性、生態環境、施工養護等技術經濟方面的對比分析可知：雖然方案一綜合造價比方案二略高，但考慮到治理河段以軟基為主且水位變幅較大，方案一有利于河道自然生態及水景觀環境建設，采用生態堤方案更利于生態修復和城市景觀建設。從長遠發展和本溪市“生態立市”戰略方面考慮，結合治理河段工程地質條件，優選“固濱籠護腳+綠濱墊護坡”堤型。

3.3 生態堤結構

新建護岸段位于西高堡橋-三綠老年公寓，護岸總長4971m，采用“固濱籠護腳+綠濱墊護坡”堤型，其標準橫斷面，如圖3所示。

圖3 綠濱墊生態防洪堤標準斷面(單位：mm)

生態防洪堤邊坡坡比為1∶2.5，采用綠濱墊護坡，厚度為0.3m，單個籠箱尺寸：3m×2m×0.3m，隔片數2。綠濱墊下鋪設厚度為0.15m的碎石墊層及土工布反濾。其中：土工布型號為SNG-PET-15-6，縱橫向斷裂強度不小于15kN/m，頂破強度不小于2.5kN/m，縱橫向撕破強力不小于0.4kN；綠濱墊上覆土厚度為0.3m并按株距0.5m/叢栽種紫穗槐，覆土利用清基及清灘土。綠濱墊上端至坡頂間設寬度為0.5m的固濱籠封邊擋墻銜接，籠箱尺寸1.5m×1m×0.5m，隔片數0；下端與固濱籠護腳擋墻銜接。固濱籠擋墻護腳埋深1.5m；護腳頂高于設計河底高程0.5m。護腳固濱籠擋墻為2層，單個籠箱尺寸上下層均為1.5m×1m×1m，隔片數0。

3.4 河道沖刷深度計算

河道沖刷深度按GB 50286—2013《堤防工程設計規范》進行計算，結果見表2。

根據表2計算成果和當地水利工程建設經驗，選取固濱籠護腳基礎埋深為1.5m。

表2 沖刷深度計算成果表

3.5 岸坡抗滑穩定分析

選擇最不利斷面R2+458作為坡式護岸典型斷面進行岸坡抗滑穩定計算，護岸及岸坡基礎土的滑動分析采用不考慮條塊側面作用力的瑞典圓弧法，計算程序為《北京理正巖土軟件》中的邊坡穩定分析模塊。計算工況選取設計洪水位驟降期的臨水側邊坡。堤壩填筑土料特性指標為：天然容重18.26kN/m3；飽和容重20.36kN/m3；內摩擦角Φ=38°；滲透系數2.5×10-1cm/s。根據GB 50286—2013計算公式，計算得到生態防洪堤護岸邊坡整體穩定分析成果，見表3。

表3 防洪堤護岸邊坡整體穩定分析成果

由表3可知，新建生態防洪堤護岸邊坡整體穩定系數為1.682，大于規范要求1.10的技術指標，防洪堤護岸邊坡整體安全穩定。

4 結論

本溪市M橋-三綠老年公寓河段是北沙河干流治理中唯一尚未進行完全整治的河段，屬于北沙河封閉防洪體系建設的薄弱環節，通過河段整治工程建設對補齊本溪市城區防洪短板和完善北沙河防洪體系至關重要。針對治理河段河道縱向坡較緩、水位驟漲驟落、兩岸多為天然土坎及沖積沙灘、堤防較矮等問題，通過已建工程鞏固提升、新建生態防洪堤等治理方案，采用“固濱籠護腳+綠濱墊護坡”堤型與上下游穩定可靠銜接，恢復了治理河段防洪、排澇等功能，實現本溪市城區自然環境、水生態和人文景觀的和諧發展。