新三江排澇工程—鏡湖直江工程河道護岸設計分析

郭鳳霞

（紹興市鏡湖新區(qū)開發(fā)集團有限公司,浙江 紹興 312000）

護岸設計上首先確保行洪、排澇的基本功能,在這個基礎上充分考慮到工程區(qū)位以及對環(huán)境、生態(tài)的要求。把生態(tài)治水的理念引入到設計中來,盡量避免河道的“硬化”“白化”“渠化”。建設生態(tài)型岸堤是現(xiàn)代城市河流治理的發(fā)展趨勢。一方面,利用生態(tài)岸堤生長的水生植物和由此而生存的水生生物凈化水質(zhì)；另一方面,通過河底、湖底坡面表層泥面生長的大量微生物、藻類、水生動植物形成的自然生物膜凈化水體,提高河道本身的自凈能力,達到改善水環(huán)境的效果

1 工程概況

新三江排澇（梅南路南側(cè)區(qū)塊水利及環(huán)境提升）工程—鏡湖直江是紹虞平原整體防洪排澇工程體系的重要組成部分,工程位于紹興平原中北部,鏡湖直江南起獅子口河,北至梅南路,存在的主要問題是區(qū)內(nèi)鏡湖直江等骨干河道部分河段寬窄不一,狹窄河段河寬僅為數(shù)米,且河床淤積明顯；同時沿河人行橋結(jié)構(gòu)簡單,跨度較小,行洪斷面狹窄,極大地影響了鏡湖核心區(qū)骨干河道的行洪排澇能力。根據(jù)《曹娥江流域綜合規(guī)劃修編》（2015 年～2030 年）,獅子口河至馬山閘西江段最小控制河寬100 m。區(qū)域總面積1310 km2（合196.5 萬畝）。本工程治澇面積為23.33 km2（合3.5 萬畝）,保護范圍主要涉及鏡湖核心區(qū)靈芝街道及其周邊地區(qū)。

鏡湖直江樁號K1+814.60～K1+948.30 段流經(jīng)蛟河橋（隸屬洋江路,橋梁現(xiàn)狀規(guī)模5 跨×20 m,橋面寬35 m,橋下現(xiàn)狀河寬約75 m）,蛟河橋為近年新建橋梁,若拆除或加長對洋江路正常通行影響較大,故工程擬保持該段河道現(xiàn)狀河寬不變。樁號K2+062.00～K2+132.20 段東、西岸分別為金群家園（又稱洋江安置小區(qū)）、靈芝街道辦事處,河道兩岸均不具備拓寬條件,故工程擬維持該段河道現(xiàn)狀規(guī)模,其余河段的最小控制河寬與《曹規(guī)》保持一致,見表1。

表1 工程規(guī)模表 單位：m

2 護岸設計

2.1 河道岸線選擇

鏡湖直江南起獅子口河,北至規(guī)劃梅南路,為南北向主要行洪排澇河道。

（1）獅子口至鳳林西路

該段河道現(xiàn)狀河寬170 m～315 m,現(xiàn)狀河長0.76 km。河道西岸自南向北依次為農(nóng)田、越城區(qū)環(huán)境衛(wèi)生管理處；東岸自南向北依次為官渡路、綠地。該段河道寬度滿足規(guī)劃要求,工程擬基本沿現(xiàn)狀岸線新建護岸。

（2）鳳林西路至洋江路段

該段河道現(xiàn)狀河寬5 m～270 m,現(xiàn)狀河長1.15 km。河道西岸自南向北依次為建材市場（含建材倉庫）、農(nóng)田；東岸自南向北依次為農(nóng)田、已拆遷廠區(qū)、農(nóng)田、蛟里村村址（現(xiàn)已拆遷）。

自鳳林西路至北環(huán)河段最小河寬為167 m,河寬滿足規(guī)劃要求,本工程擬基本保持該段河道現(xiàn)狀河岸線不變,僅對其進行護岸整治。

北環(huán)河至靈芝路段約有430 m長河道平均寬度僅為9.0 m,不滿足規(guī)劃要求；該段河道現(xiàn)有老化龍橋1 座,老化龍橋位于靈芝路化龍橋以南約55 m,始建于乾隆27 年（即1762 年）,并先后于咸豐五年、2007 年進行過維修加固。為拓寬河道以滿足規(guī)劃河寬要求,保護百年老橋,同時營造良好的區(qū)域水環(huán)境,鏡湖直江自北環(huán)河至靈芝路段擬基本保持現(xiàn)狀河寬和老化龍橋不變,于鏡湖直江西側(cè)20 m～28 m 新開95 m～110 m寬河道。工程拓浚完成后,鏡湖直江自北環(huán)河至洋江路段由兩條東、西河組成,東河為老河道,河寬6.5 m～52 m；西河為新開河道,河寬95 m～110 m；東、西河之間為20 m～30 m寬河心島。

該段河道拓寬需拆除蛟龍橋和新化龍橋。

圖2 鏡湖直江（鳳林西路至洋江西路）

（3）洋江路至梅南路

該段河道現(xiàn)狀河寬15 m～150 m,現(xiàn)狀河長1.12 km。河道西岸自南向北依次為靈芝街道辦事處、鏡湖交警大隊、海馬紡織有限公司、天醫(yī)華佗殿、廠區(qū)；東岸大部分為金群家園（又稱洋江安置小區(qū)）、農(nóng)田。樁號K2+062.00～K2+132.20 段河道現(xiàn)狀河寬為90 m～100 m,東、西兩岸分別為金群家園、靈芝街道辦事處影響,兩岸不具備拓寬條件,本工程擬保持該段河道現(xiàn)狀寬度不變。樁號K2+425～K2+700 段河道平均河寬不足30 m,本工程擬向東、西兩側(cè)拓寬河道至河寬不小于100 m,河道兩岸新建護岸。

該段河道另需拆除龍圖橋1 座,橋梁現(xiàn)狀跨度11 m,橋面寬度4.5 m。

圖3 鏡湖直江（荸薺莖至梅南路）

2.2 護岸型式

工程位于建城區(qū),根據(jù)《紹興市鏡湖新區(qū)河湖水系保護治理規(guī)劃》,護岸后地面要求填高至百年一遇設計洪水位以上加20 cm～30 cm 超高,通過地塊填高達到防洪排澇的標準。考慮紹虞平原各頻率洪水位相差較小,尤其是大洪水時的水位相差更小,結(jié)合類似工程,選取安全超高為20 cm。

工程所涉河道20 年一遇洪水位為4.90 m,100 年一遇洪水位為5.08 m。故本次設計護岸頂高程最終按5.30 m 控制。為減少工程投資,同時確保護岸親水性,工程河道護岸采用矮擋墻+緩斜坡的型式,護岸頂高程取3.75 m～5.2 m,內(nèi)側(cè)按1∶2～1∶5 接坡至現(xiàn)狀地面高程,開發(fā)建設后填高地面至不低于5.30 m。

根據(jù)各段河道兩岸及鏡湖核心區(qū)城市規(guī)劃,主要采取以下5 種型式的護岸結(jié)構(gòu)。

（1）A 型護岸

采用單排松木樁+植物護坡型式,適用于生態(tài)性相對較高,景觀性相對較弱的河段。

迎水側(cè)擋墻采用6 m 長梢徑12 cm 松木樁密排布置,樁頂高程3.75 m～3.80 m 低于常水位0.10 m～0.15 m。松木樁前拋填塊石,松木樁后采用生態(tài)緩坡。（2）B 型護岸

圖4 A 型護岸斷面圖

采用雙排松木樁護岸+植物護坡型式,適用于河道較寬,生態(tài)性、景觀性需求高的河段。

迎水側(cè)擋墻采用兩排松木樁+緩斜坡,兩排樁長6 m 梢徑12 cm 松木樁平行密排布置,其中近岸側(cè)松木樁頂高程為3.75 m～3.80 m,外側(cè)松木樁頂高程為3.60 m～3.70 m,兩排松木樁間距為2.5 m。

圖5 B 型護岸斷面圖

（3）C 型護岸

采用景觀石+植物護坡型式,適用于景觀性要求相對較高,生態(tài)性相對較弱的河段。

迎水側(cè)擋墻采用M10 漿砌塊石擋墻+景觀石壓頂,擋墻底部為0.4 m 厚C25 混凝土底板,墻身高1.0 m,墻身采用M10 漿砌塊石砌筑,擋墻頂高程4.2 m,上部采用景觀石壓頂,護岸頂高程約為4.70 m,墻后接坡至現(xiàn)狀地面高程。

圖6 C 型護岸斷面圖

（4）D 型護岸

采用硬質(zhì)擋墻+臨水慢行道型式,親水性好,生態(tài)、景觀屬性相對較弱,適用于周邊為商業(yè)、商務、商住的河段。

護岸基礎采用C25 混凝土,墻身采用M10 漿砌塊石擋墻,墻頂高程為5.20 m。擋墻內(nèi)側(cè)設置親水平臺,鄰水側(cè)設置安全防護欄。

圖7 D 型護岸斷面圖

（5）E 型護岸

采用單排松木樁護腳,適用于現(xiàn)狀硬質(zhì)擋墻生態(tài)改造。

利用現(xiàn)狀老擋墻,拆低現(xiàn)狀高擋墻至4.4 m,擋墻外側(cè)增設2.5 m 寬水生植物平臺,松木樁頂高程3.4 m～3.80 m,梢徑12 cm,松木樁長6.0 m。

圖8 E 型護岸斷面圖

2.3 護岸型式比選

結(jié)合生態(tài)河道兩岸的功能定位、沿河路網(wǎng)規(guī)劃、沿河景觀規(guī)劃,以及工程投資等方面進行綜合比較后確定,新建護岸總長6584.23 m：A 型護岸長3047.21 m；B 型護岸長1218.62 m；C 型護岸長806.43 m；D 型護岸長914.9 m；E 型護岸長597.07 m。

續(xù)表2

2.4 擋墻應力分析

選取河道最不利斷面（樁號JE0+449.0、JG0+204.0、JH0+332.0、JH0+332.0、JI0+235.0JE1+433.0）進行復核,各段土層物理力學指標采用值見表2。

表2 護岸型式比選結(jié)果表

（1）計算工況

工況一：完建期工況,擋墻外無水,擋墻內(nèi)水頭0.5 m；

工況二：正常運行期特殊工況,在防洪調(diào)度時,紹虞平原河網(wǎng)預泄時墻前水位至3.60 m,墻后水位仍為常水位3.90 m。

（2）計算公式

擋土墻的抗滑穩(wěn)定驗算和地基應力及偏心距計算采用如下公式：

式中：Kc為計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；K0為計算抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；∑G為作用于擋墻基底的全部豎向力；∑H為作用于擋墻全部水平向荷載；f為擋土墻底面與地基土之間的摩擦因數(shù)；[Kc]為容許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；[K0]為容許抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；∑My為各力對擋土墻前趾的穩(wěn)定力矩之和；∑M0為各力對擋土墻前趾的傾覆力矩之和；∑M為各力對擋土墻基底中心力矩之和；W為對擋土墻縱向形心軸的截面矩；∑G為作用于擋墻基底的全部豎向力；A為擋土墻的基底面積。

（3）計算結(jié)果

計算結(jié)果見表3,綜合以上計算,在各種工況下均滿足應力要求。

表3 地基土物理力學指標設計參數(shù)表

表3 擋墻穩(wěn)定及應力分析計算成果表

2.5 擋墻整體穩(wěn)定分析

（1）計算方法

護岸抗滑穩(wěn)定計算選取最不利斷面進行計算。按照規(guī)范要求,選用簡化畢肖普法進行計算。

簡化畢肖普法（Simplifiend Bishop）按照下列公式進行計算：式中：K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；W為土條的重量,kN；u為作用于土條底面的孔隙壓力,kN；α為條塊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'為土條底面的有效應力抗剪強度指標的凝聚力,kN/m2；φ'為土條底面的有效應力抗剪強度指標的的內(nèi)摩擦角,（°）。

（2）計算工況

正常運用條件時的工況：工況1,常水位穩(wěn)定滲流期,迎水側(cè)護岸穩(wěn)定計算。坡前水位3.90 m,坡后水位為地下水位取4.8 m（極端連續(xù)下雨工況）。

非常運用條件時的工況：工況2,完建期迎水側(cè)護岸穩(wěn)定計算。坡前水位取2.6 m,坡后水位取地下水位4.1 m。

（3）地質(zhì)參數(shù)選用

本階段在進行抗滑穩(wěn)定計算時,正常運行期和施工完建期均采用固結(jié)快剪指標。各段土層物理力學指標采用值見表2。

（4）計算成果

根據(jù)上述計算理論及參數(shù)選用,進行計算,計算成果見表4,計算圖見圖9～圖12。計算結(jié)果表明擋墻整體穩(wěn)定性均高于規(guī)范要求。

圖1 鏡湖直江（獅子口河至鳳林西路）

表4 護岸整體穩(wěn)定計算成果表

圖9 JE0+449.00 工況一護岸整體穩(wěn)定分析計算圖

圖10 JE0+449.00 工況二護岸整體穩(wěn)定分析計算圖

圖11 JG0+178.00 工況一護岸整體穩(wěn)定分析計算圖

圖12 JG0+178.00 工況二護岸整體穩(wěn)定分析計算圖

3 結(jié)論

新三江排澇（梅南路南側(cè)區(qū)塊水利及環(huán)境提升）工程—鏡湖直江實施后,遭遇20 年一遇洪水時：

（1）通過對鏡湖直江進行拓寬,將在鏡湖核心區(qū)南片形成一條南北向骨干排水綠道,有利于完善紹虞平原“由西向東、由南向北”的排水路徑,改善平原河網(wǎng)整體排澇能力。

（2）區(qū)內(nèi)拓寬河道局部斷面最高洪水下降10 mm～20 mm,4.3 m 以上高水位持續(xù)時間減少約4.5 h,4.7 m 以上高水位持續(xù)時間減少約2 h～3 h。

（3）水質(zhì)方面：通過拓寬鏡湖直江卡口河段,改善了區(qū)域輸水和排水能力,有利于本區(qū)域水環(huán)境的改善。

因此,本工程實施有助于降低鏡湖直江部分河段高水位及其持續(xù)時間,且對鏡湖核心區(qū)內(nèi)河水質(zhì)有較明顯改善。對鏡湖直江梅南路以南段河道進行生態(tài)河岸護砌,對土質(zhì)岸坡進行植物綠化,有利于完善水利基礎設施、減少水土流失,改善河道水環(huán)境。