豐城市槎水杜市段河道治理結構類型及施工方法探究

楊 波

(江西省贛撫平原水利工程豐城市管理站，江西 宜春 331100)

豐城市槎水杜市段河道治理工程位于槎水中上游段，工程區域內涉及人口3.29 萬人，保護耕地0.21萬hm2。本工程所處區域為亞熱帶季風氣候區，年降水量集中、春夏季常發生洪水等自然災害，該區域受槎水、清豐山溪洪水威脅和鄱陽湖高水位頂托影響，極易形成洪澇災害。因此，有必要結合該地區地理條件與項目概況，加強對河道的有效治理。

1 項目概況

豐城市槎水杜市段河道治理工程位于槎水中上游段，工程區域內涉及杜市一個鎮，保護人口3.29 萬人，保護耕地 0.21萬hm2。本工程起點位于徐家村晏家橋，終點位于港邊村，擬整治河道總長 21.4 km。本次河道治理項目主要有：現有堤防加固、兩岸局部岸坡加固、清淤疏浚、涉河建筑物新建及拆除重建等。

工程主要建設內容有：河道綜合治理總長 21.40 km，其中現有堤防加固1.11 km；河道岸坡加固 13.81 km；清淤疏浚 0.64 km；拆除重建機耕橋 1 座；拆除重建人行橋 1 座，拆除重建穿堤涵管 5 座，新建過路排水涵管 4 座，加固排水渠 27.0 m，新建便民下河埠頭 21 座。堤防護坡加固方式為：臨水坡、背水坡均采用草皮護坡，總長 1.11 km。河岸護岸加固方式為：采用拋石固腳+干砌塊石護坡護岸，總長 6.915 km，采用拋石固腳+M7.5 漿砌塊石趾墻+干砌塊石護坡護岸， 總長 5.1 m，采用 C20 混凝土固腳+生態磚護坡，總長 1.795 km。

2 河道治理結構類型

河道治理工程中，常見的治理結構類型主要有以下幾種：

(1)山溪性生態河道。部分河道存在著泥沙淤泥情況，有的地區進行分段攔截水產養殖，或者存在較為嚴重的濫挖河砂現象，導致河道的基本功能受到影響，面對這一情況需采取山溪性河道治理，以河漫灘為主要結構，依靠河漫灘對洪水期產生行洪與滯洪效果。施工時保留河漫灘的滯洪功能，增加休閑與親水區域，由于該結構會有蜿蜒性特征，可促進生物多樣性，為生物提供良好的生存環境。以往河道治理會采取渠化的方式，導致河道自然結構受到破壞，而山溪性河道結構能夠實現深淺交替，有利于水中生物與微生物的生存[1]。

(2)平原河網生態河道。這樣的河道治理模式適合用于地勢平坦且土質疏松的區域，一般這些區域人口密集，水體容易被污染，生態系統缺乏足夠的自我恢復能力，所以面對這類污染情況，可采取平原河網河道處理模式，搭建生態護堤塔，依靠河道的自然坡岸和植物進行治理。具體施工時應適當地放緩坡比，采取土質岸坡，發揮植物的護岸效果，也為水生物提供良好的生存條件。如果河岸邊坡比較陡，需采用木樁加固的方式強化治理效果。

(3)集聚地生態河道。這一結構類型一般會在河道的兩側布置植物緩沖帶，依靠水生植物形成的緩沖帶吸收污染物，凈化水體，凈化溝渠，降低河道產流量，減少地表徑流污染物堆積，以植物截留的方式去除污染物。施工時需要根據生態設計要求，以防洪的目的為前提，保持河道蜿蜒特征，防止河道渠化，將淺灘與深潭相結合，協調生態河道完成治理。

3 河道治理工程施工方法

3.1 河道斷面施工

根據5年一遇設計洪峰流量由吳石站水位流量關系查得施工期吳石站5年一遇設計洪水位為 20.38 m。工程有關控制斷面施工期設計流量按吳石站面積比的 2/3次方求得，結果如表1所示。

表1 吳石水文站與有關控制斷面施工期設計流量計算

根據具體河道治理類型，多角度確定斷面結構，主要有以下三種情況，如圖1所示。

圖1 河道斷面結構

確定河道斷面結構的時候，應結合當地土地資源實際利用情況，綜合河道周圍生態環境，確保與自然生態的循環相協調，降低河道治理工程施工對生態環境的不良影響，穩定生態河道體系。施工時保證河道天然性，強化河道的自身功能，盡可能地減少人工施工的痕跡，優先選擇復合斷面結構，其次是梯形斷面結構，確定斷面結構之后需要在正常水位上通過毛石堆砌形成斜坡結構，從而擴大動植物生存空間。如果河道的水流速度較快，為了緩解斷面的抗沖刷能力，建議在兩側設置干砌塊石擋墻，保證河道兩側抗沖刷效果[2]。

3.2 污染水體治理

施工后需要做好水體的有效治理，按照水體的污染情況綜合采取物理、化學以及生物治理方法。對此，以下建議可供參考：(1)對于污染程度比較低，且施工不會影響水體的區域，建議采取物理治理措施，依靠機械設備去除河道水藻與污泥，引水稀釋。(2)對于污染程度屬于中等，且施工會影響水體的區域，建議采取化學治理措施，在水中加入化學藥劑，消除水藻，或者加入鐵鹽使水體的磷成分逐漸沉淀，但是該方法容易引發二次污染問題。(3)對于污染程度較高且治理難度較大的區域，為了避免污染治理造成水體嚴重污染，建議采取生物治理措施，在河道內加入外源微生物，比如使用光合細菌，加速污染物降解，提高水體的凈化能力?；蛘咦屛⑸锶郝淠軌蚋街谔烊徊牧仙希⑸锬?，發揮生物膜對于污染物的吸附作用，強化水體自凈效果。

3.3 護坡搭建

在現有堤防中有5座穿堤自排涵管，分別位于樁號K16+130左岸、K19+905左岸、K20+240左岸、K21+020左岸、K21+175左岸，涵管采用混凝土預制圓管，因年久失修，涵管管身破損、材料老化、漏水嚴重，已不能正常運行。具體情況如圖2～圖3所示。

圖2 K6+950處機耕橋現狀

圖3 K19+158處人行便橋現狀

按照豐城市槎水杜市段河道的特點，科學搭建護坡，選擇植物根系與工程相協調的搭建方式。依靠植物根系生長情況，在土壤內形成較為復雜的根系結構，鞏固河道土壤，再用硬質工程，使用鋼筋混凝土在邊坡處搭建穩定結構。施工時提前澆筑混凝土，按照河道網格結構尺寸來澆筑，比如使用魚鱗型的網格，形成中間凸起而兩邊比較低的澆筑結構，這樣的結構類似于天然蓄水臺，雨季來臨時通過魚鱗型結構存儲雨水資源，提高水資源利用效率。存儲后的雨水可以用來澆灌周圍植物。施工時還需做好相關工程參數的有效調整，保證網格結構邊坡傾斜角度能夠達到河道休止長度，降水時，河道地表徑流不會對施工材料造成不必要的沖刷影響，能夠盡可能地延長材料使用壽命。對于護坡結構和河道的連接部分，建議選用錨桿結構，用鋼筋混凝土制作錨桿結構，再將錨桿結構放在邊坡中，將護坡網格和河道邊坡連接在一起，保證護坡的穩定性，發揮護坡在河道治理工程中的支護作用。此外，為了提高支護的穩定性，選用鋼筋混凝土材料需要以實際施工條件為重點，選擇硬度較高的材料[3]。

根據河岸現狀及地質情況采用不同護岸加固方式，具體情況如下：對岸坡較緩的凹岸迎流頂沖河岸段，采用拋石固腳+干砌塊石護坡，總長6.915 km；對岸坡陡且較高的凹岸迎流頂沖河岸段，采用拋石固腳+M7.5漿砌塊石趾墻+干砌塊石護坡，總長5.1 m；對臨近村莊且人口密集的河岸段，采用C20 混凝土固腳+生態磚護坡，總1.795 km。

3.4 植物種類選擇

遵循物種多樣性的原則，優先選擇當地鄉土植物，提高植物成活率，降低病蟲害發生概率。鄉土植物在河道治理工程中具有良好的防護作用，可有效提高河道治理的生態價值。對于植物群落來說，應根據地形選擇不同植物，比如山丘區域，河道的流速比較快，洪水水位比較高，植物應具有較強的抗沖刷能力，且根系更加發達，建議選擇細葉水團花和碩苞薔薇植物類型；平原地區河道坡降比較小，但汛期時水位上升較快，要求植物有一定的耐水淹能力，可選擇蘆葦。如果河道水體內含鹽量較高，或者土壤有機物豐富，建議選擇的植物同樣具有耐鹽堿性，可選擇怪柳這種中小型植物[4]。

3.5 堤防工程

槎水位于清豐山溪中游，據觀測資料統計，多年平均年降雨量為1540.3 mm，降雨量年際變化較大，實測最大年降雨量達2689.0 mm，最小年降雨量1042.6 mm，最大年降雨量是最小年降雨量的2.58倍。因此，有必要做好堤防設計，土堤抗滑穩定安全系數如表2所示。

表2 土堤抗滑穩定安全系數

堤防工程中，加強堤身斷面設計，嚴格按照《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)的施工標準，根據圩堤現狀，基于堤線順直的情況下合理選擇加高培厚的方式。結合河堤周邊場地條件與建設要求，將堤頂的寬度設置為4.0 m，圩堤臨、背水面邊坡均采用1∶2.0，堤防加固總長1.11 km。設計堤頂路面寬4 m，鋪設0.2 m厚、 3.5 m寬的C20 混凝土路面，下墊0.15 m厚度的5%水泥碎石穩定基層。為便于排除雨水，堤頂采用由路中心向臨水側背水側傾斜，坡度為1%。

基于就近的原則進行護堤夯填，使用礫石材料，其余的在土料場取料，填筑作業使用裝載機攤鋪，整平后再機械碾壓，局部位置需人工夯填。混凝土施工時，需要一邊澆筑，一邊提漿壓光，采用滑式模板，要求模板與支架必須有足夠的剛度和穩定性，模板表面光滑，接縫處嚴密且不會漏漿。伸縮縫施工時，結構尺寸與填充料伸縮縫可每隔5 m設置一條，寬度在30 mm左右，要求深度和板的厚度相同，用聚氯乙烯膠泥進行嵌縫，內部填入瀝青砂漿材料，將瀝青切割為10 cm，厚度3 cm的小塊，加熱后攪拌均勻，采用瀝青砂漿填充法完成施工。

3.6 清淤疏浚工程

遵循清淤疏浚的基本原則，結合當地實際情況，從防洪要求、親水景觀方面考慮，依據河道枯水水位線和實測河道底高程線，選取4個重點淤積段進行疏浚設計，設計疏浚河道總長0.64 km，清淤疏?？偭繛?0 403 m3。科學控制下游水位，為清淤疏浚提供便利條件。清豐山溪干流河段下游控制斷面起始水位由設計洪水流量查水位流量關系確定，吳石水文站10年一遇設計，洪峰流量986 m3/s，所對應的設計洪水位為24.03 m，支流槎水出口斷面起始水位采用2017 年編制的《鄱陽湖區1～5萬畝及其他重要堤防除險加固工程豐城市塅上聯圩可行性研究報告》相關成果，詳見表3。

表3 設計水面線計算邊界條件

河道綜合糙率需要依據現場勘察情況，根據河道特征與河床組成情況，聯合水流流體確定，具體為0.025～0.030。此外，還需按照《水力計算手冊》計算跨河橋梁的橋孔水力情況，確保清淤疏浚工程開展順利。橋孔水力計算如式(1)：

(1)

根據上述公式進行推導，得出式(2)：

ΔZ0=(Q/μ/ω)2/2/g

(2)

式中：ω為橋孔總過水斷面面積，m2;ΔZ0為上游的壅高水頭，m；μ為流量系數，一般與橋孔進出口漸變段形式，以及橋墩墩頭形狀有關。

優化工程導流方案。根據施工特點及地形條件，穿堤涵管、人行橋、機耕橋、下河埠頭以及混凝土固腳需考慮施工導流，其余受外河水位影響的施工項目，選擇在最枯時段進行施工，不考慮在圍堰保護下施工。機耕橋和人行橋施工采用分期圍堰施工，一期施工約2/3 段橋梁，利用另一側開口導流，填筑圍堰擋水；二期利用已完工部分橋梁的橋孔導流，填筑圍堰擋水，施工剩余橋梁。經估算機耕橋需布置圍堰約 130 m，人行橋需布置圍堰約120 m。穿堤涵管施工分別在進出口布置擋水圍堰，各布置6 m。下河埠頭施工采用全段圍堰施工，每個下河埠頭布置圍堰26 m。圩鎮段生態護坡混凝土固腳擬安排在最枯月份施工，導流圍堰比枯水位高 0.5 m以上，本次設計擬建臨時圍堰高 1.0 m，頂寬1.5 m，填筑邊坡 1∶1，經計算，圩鎮段生態護坡混凝土固腳的均質土圍堰填筑4650 m3。

4 結 論

以豐城市槎水杜市段河道治理工程為例，根據治理結構類型，完成現有堤防加固、兩岸局部岸坡加固、清淤疏浚、涉河建筑物新建及拆除重建等施工內容，對施工方法進行設計研究。根據不同河道治理類型，采用不同施工方法，強化河道治理的生態效應，經過護坡工程、堤防工程、清淤疏浚工程的合理設計，突出河道治理工程的經濟效益與生態效益。