三道河某河段治理生態防洪堤設計

金星池

(遼寧遼東水務控股有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

河道是實現城市防洪排澇、景觀文化、生態環境、雨洪調蓄和生活游憩等功能的重要載體，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]。隨著本溪市沿河鄉鎮的建設發展、沿河居民非法建筑侵占行洪空間以及工業廢水無序排放，導致三道河流域部分河段存在水資源枯竭、行洪能力下降、水污染嚴重、自凈功能退化等問題。十八大后生態文明建設新要求提出流域綜合治理要從單純防洪排澇向兼顧生態景觀建設方面轉變，確保新時代治水工作可持續穩定發展[3- 4]。在充分分析三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)河道防洪現狀的基礎上，按照“水清、河暢、岸綠、景美、宜居、繁榮”的治理要求，通過“重建生態環境、重塑河堤岸線、重構河堤護岸”，構筑“水安全保證、水文化豐富、水生態良好、水景觀優美”的生態景觀河道[5]，以確保河流功能的穩定發揮和河流生態的健康持續。

1 工程概況

三道河發源于南芬區思山嶺鄉臺溝嶺，由東南向西北流經思山嶺鄉甬子峪、三臺子、楊木溝、思山嶺、三道河村至平山區橋頭鎮河東村匯入細河。三道河流域面積238km2，河長35.5km，河道平均比降11.45‰。三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)治理工程設計工程起點以上集水面積234.92km2，河長34.98km，河道平均比降11.88‰。河道治理范圍從連心橋至6#橋上245m處，治理河道長度15.45km。按10年一遇防洪標準設防，通過在河道兩岸新建堤防、新建護岸與現有防護措施連接形成封閉的生態防洪堤，以完善思嶺鄉防洪體系。

2 防洪現狀及建設內容

2.1 河段防洪現狀

根據三道河流域防洪現狀及相關規劃治理，三道河連心橋以下已全部治理，三道河連心橋以上河道多年來一直未得到有效治理，沿岸大部分河道沿岸無完整的堤防或護岸工程，已建防洪設施多為沿岸老百姓自行修筑，型式多為鐵絲石籠護岸。該河段防洪標準較低，極易導致汛期洪水泛濫，主要問題體現在：①防洪標準較低；②結構型式不穩定；③施工不完善，施工工藝粗糙，無法達到較好的防洪防沖效果；④受多年洪水沖擊影響，老化、損壞嚴重，部分設施已被洪水完全沖毀；⑤岸坎不連續、防洪能力不達標、汛期存在漫堤可能。現狀典型情況如圖1所示。

2.2 治理河道分段

根據三道河現狀特點及保護對象重要性，結合近幾年三道河沿岸居民受水災影響程度，以三道河現有攔、跨河建筑物為節點，將三道河流域治理工程分重點治理段和非重點治理段，由下游至上游共分為8個工程段，即：連心橋上游段、房家堡橋下游段、財神廟河口段、二道河子橋段、牛河淀大橋上游段、甬子峪橋段、南溝橋下游段、南溝橋上游段。其中連心橋上游段、房家堡橋下游段、二道河子橋段、甬子峪橋段、南溝橋上游段等5段為汛期水災重災區，為重點治理段，采用工程措施防護；其余3段為非重點治理段，以河道疏浚、修坡整形及種植生態植物為主。如圖2所示。

圖1 治理河段防洪現狀

2.3 工程建設內容

三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)治理工程，上游始于6#橋上245m處，下游止于連心橋，治理河道長度15.45km。主要建設內容包括：新建防洪堤防總長1741.77m，其中左岸475.91m，右岸1265.86m；新建生態護岸總長4326.06m，其中左岸1722.19m，右岸2603.87m；河道疏浚8682m，岸坡修坡整形6768m，治理河道總長15450m；穿堤建筑物9座。

3 生態防洪堤設計計算

3.1 工程地質

治理河道位于低山區，地勢起伏較大。鉆孔勘探揭露工程區域內地層屬華北地層區遼東分區遼南小區。出露地層主要為早侏羅世侵入巖、元古界混合巖、震旦系沉積巖及新生界第四系的全新統及地層。工程區位于中朝準地臺北部、膠遼臺隆、太子河—渾江臺陷、遼陽—本溪凹陷的四級構造單元之上。地震動峰值加速度分別為0.05g，相應地震基本烈度Ⅵ度，屬區域構造相對穩定區。堤基土主要由卵石層及全風化花崗巖組成。堤基各土層的承載能力可滿足穩定性要求。堤基卵石層呈強透水性，滲透變形類型為流土管涌，允許坡降為0.10～0.20。工程區內環境水對混凝土結構、混凝土結構中的鋼筋微腐蝕性，對鋼結構有微腐蝕性。標準凍結深度1.2m。

圖2 治理河道工程段劃分

3.2 護岸型式比選

三道河為典型山區性河流，坡降大，水流急，堤防護腳應采取抗沖刷性強的處理方式。根據治理河段防洪現狀及地質條件，擬定4種堤防型式進行比選，見表1。

充分考慮現狀堤防情況，以生態主導、因地制宜為原則，確保選擇的堤型與現有堤防可以平順連接[6]。根據河道上下游防洪堤現狀，5段重點治理段的堤型選擇為：

(1)連心橋上游段左岸現狀為岸坎，采用土堤，右岸現狀上游為固土擋墻，為便于岸線平順連接，采用重力式擋土墻；

(2)房家堡橋下游段右岸現狀為岸坎與石籠擋墻連接，采用土堤結合重力式擋土墻；

(3)二道河子橋段右岸現狀為岸坎，采用土堤；

(4)甬子峪橋段左岸現狀為岸坎，采用土堤，右岸現狀為零散擋墻與岸坎連接，零散擋墻段之間采用重力式擋土墻，岸坎段采用土堤；

(5)南溝橋上游段左、右岸現狀為岸坎，采用土堤。

3.3 防洪堤選材

3.3.1堤坡選材

根據選定的防洪堤堤型，優選格賓網石籠和聯鎖磚兩種護坡型式進行比選，見表2。

從材料來源、施工難度、生態結合性、景觀性和綜合造價等技術經濟方面綜合對比，雖然聯鎖磚大規模鋪設景觀效果好，但由于需外購成品且施工難度大、成本高。因此，堤坡選材優選格賓網石籠。

3.3.2護腳選材

根據選定的防洪堤堤型，優選素混凝土、漿砌石和格賓網石籠三種護腳型式進行比選，見表3。

表1 防洪堤堤型比較

表2 堤坡選材比較

表3 堤腳選材比較

從占地面積、施工難度、基槽排水、護腳抗沖耐腐能力和綜合造價等技術經濟方面綜合對比，雖然素混凝土綜合造價較漿砌石高，但占用土地少，開挖量少，排水要求低，護腳抗沖耐腐能力較好，因此優選素混凝土護腳。

3.4 生態堤結構

防洪堤采用格賓網石籠生態護坡和素混凝土護腳，其標準橫斷面如圖3所示。

生態防洪堤護坡坡比為1∶2.5，采用格賓網石籠護坡，厚0.4m，單個籠箱尺寸：3m×2m×0.3m，下端與素混凝土護腳擋墻銜接，擋墻頂寬0.6m，底寬1.8m；背水側坡比1∶0.4，墻趾長0.3m。擋墻每隔10.0m設置分縫，擋墻混凝土強度等級為C25，抗凍等級為F200。

3.5 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4。

根據表4計算結果，并結合該地區類似水利工程建設經驗，考慮當地凍土深度，綜合確定素混凝土護腳基礎埋深為1.5m。

3.6 岸坡抗滑穩定分析

選擇最不利斷面Z12+600作為護岸典型斷面進行抗滑穩定計算，護岸及岸坡地基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19kN/m3；飽和容重20.8kN/m3；內摩擦角Φ=42°；滲透系數1.27×10-1cm/s。根據GB 50286—2013，計算生態防洪堤整體安全系數，見表5。

從表5可知，在洪水驟降期和施工期防洪堤整體安全系數均大于允許安全系數，符合抗滑穩定要求，確定的生態防洪堤護坡坡比1∶2.5合理、安全。

圖3 生態防洪堤標準斷面

表4 沖刷深度計算成果表

表5 防洪堤整體穩定分析成果

4 結語

三道河(甬子峪—楊木溝崴子段)是流域中唯一尚未進行完全整治的河段，通過綜合治理工程的實施，可以提高河道防洪標準，確保汛期沿河居民生命財產安全。治理河段屬典型山區性河流，針對河道坡降大、水流急、漫灘阻水、土質岸坡沖刷塌岸等問題，通過新建堤防、新建護岸，采用“素混凝土護腳+格賓網石籠護坡”生態堤型與上下游防護措施有機連接形成封閉防洪體系，并有效修復河道生態屬性。

在類似工程設計實踐中，要綜合考慮河道已建成防洪堤結構型式，優選工程適宜性高、銜接有效的防洪堤堤型、護岸和護腳型式及選材，確保河道治理工程既具有較好的安全穩定性，又具有良好的生態景觀效果。