新塘鎮坭紫涌整治工程治理方案分析

余慕琴

（廣州禺山水務勘測設計股份有限公司,廣東 廣州 511400）

1 引言

河道綜合治理工程可改善城鎮河道淤積、排水不暢等問題。設計水面線是河涌治理工程設計中的重要參數,在水面線推求中常用的方法為實測資料、能量守恒定律推求[1-2]。河道治理工程中合理選擇堤防形式對工程的造價以及耐久性影響較大[3-4]；在河水長期的侵蝕、沉積等作用影響下,河道沿線分布面積較廣的軟弱土層,對堤防工程實施產生不利影響,需要采取相關措施加以治理。

2 河涌水面線推求

2.1 河涌工程規模

整治河涌長度為232.71 m,河涌工程標準為20 年一遇24 小時暴雨不成災,河涌級別為Ⅳ級,屬二類河涌,河涌主要建筑物級別為4 級,次要建筑物為5 級,臨時建筑物為5 級,設計使用年限為30 年。

2.2 河涌水面線計算

（1）計算條件

坭紫涌的終點水位參照坭紫泵站設計的閘前最高控制水位為1.60 m。由此水位作為起始斷面水位,向上游推算,從坭紫泵站推求至坭紫村村口處,推求總長度為440 m,每隔50 m 設計算控制斷面一個。

（2）計算方法

基于能量守恒定理對天然河涌建立的水面線計算公式。基本計算公式為：

式中：Z1、Z2為上、下游斷面水位；為上、下游斷面水頭；V 為斷面平均流速；為修正系數；hf、hj為沿程損失、局部水頭損失。

（3）計算結果

水面線計算成果見表1。

表1 河涌整治后水面線統計表（珠基高程）

根據河涌整治后水面線推求結果,河涌整治后,河涌斷面加大,寬度加大至4.5 m～8.0 m,深度加深0.28 m～0.62 m,河涌整治后水面線比規劃方案的水面線低0.3 m～0.5 m,滿足規劃要求。河涌整治后河道的過流能力滿足該排澇區的過流要求。

3 河涌治理工程設計

3.1 河涌斷面型式方案比選

根據河涌斷面設計原則,綜合考慮堤防現狀過流斷面小、坡度大、流速快等特點、周邊環境及工程投資等條件和生態景觀型堤防的建設目標,吸取本地區類似工程的成功經驗,提出以下三種河涌斷面方案進行比選。

（1）方案一：生態擋墻復式斷面型式

河涌斷面采用生態磚擋墻復式斷面型式。生態磚擋墻高1.6 m,與堤頂采用1∶2.5 坡連接,上植臺灣草；擋墻采用C25鋼筋砼擋墻底板,并設置C15 砼墊層和碎石墊層；擋墻采用松木樁基礎,臨河測采用格賓石籠護腳。河涌設置1.5‰的坡降,高程為-0.90 m～-1.25 m。河涌堤頂寬度3.8 m,臨河側設砼壓頂,上設C25 鋼筋砼仿木防護欄桿,堤頂設置3 m 寬防汛砼路面。

（2）方案二：漿砌石擋墻梯形斷面型式

方案二平面布置與現狀河涌走向基本一致,方案二斷面形式為漿砌石護岸,邊坡1∶1.2。河涌底寬度為4.5 m～8 m,河涌兩側350 mm 厚漿砌石護岸,下鋪C15 砼墊層10 cm+碎石墊層20 cm。墻腳采用漿砌石護腳加固。漿砌石護腳采用松木樁基礎。底板下鋪C15 砼墊層10 cm+碎石墊層20 cm。河涌堤頂道路與后坡連接與方案一相同。

（3）方案三：直立擋墻矩形斷面型式

方案三平面布置與現狀河涌基本一致,方案三采用C30鋼筋砼直墻,河涌底寬度為10 m～33 m,高度為2.95 m,擋墻采用松木樁基礎,間距0.5 m×0.5 m。底板下鋪C15 砼墊層10 cm。河涌堤頂道路與后坡連接與方案一相同。

三個方案均能適用于本工程施工,均能滿足防洪排澇的要求。

從占地考慮：方案一采用復式斷面,占地寬度最大；方案二采用梯形斷面占地寬度最小；方案三采用矩形斷面,占地寬度較大。

從生態性及河道過流能力考慮：方案一墻身為生態擋墻,生態景觀好,過流斷面較大；方案二墻身為漿砌石,生態效果不明顯,過流斷面最小；方案三采用混凝土直墻,墻身外觀生硬,生態效果較差,過流斷面最大。

從施工角度來看：方案一施工工序少,施工速度快；方案二施工砼方量較少,施工內容簡單,工序少,工期短；方案三砼方量較多,施工期長。

從工程投資考慮,方案一投資約為1.5 萬/m,方案二投資約為0.9 萬/m,方案三投資約為1.95 萬/m。

表2 河涌斷面方案比較表

綜上所述,堤身斷面型式主要從安全性、生態性、施工、工程占地和工程投資等多方面進行綜合比選,三個方案各有優缺點,在滿足防洪排澇的基礎上盡量采用投資少、過流能力好、施工速度快,占地少的方案,同時力求與一期和諧順接,因此本工程采用方案一做為推薦方案,方案二、三做為比較方案,建議采用方案一進行施工。

3.2 堤頂高程的確定

堤頂超高按下式確定：

式中：Y、R、e 分別為堤頂超高、波浪爬高、風壅水高；A為安全加高。

由于河涌斷面較小,可不考慮風浪的影響,不計波浪爬高和風雍增水高度。河涌堤防為4 級,不允許越浪的安全超高為0.6 m。土堤的堤頂高程應高出設計靜水位0.5 m 以上,內河涌的堤頂最小超高取以上兩值中的較大值,即取0.6 m。根據河涌過流能力計算及水面線推算成果,河涌設計水位為1.63 m～1.66 m,所以坭紫涌計算堤頂高程應為2.23 m～2.26 m,因此堤頂高程（仿木欄桿底高程）定為2.20 m,本工程堤頂路面各樁號對應堤頂高程見表3。

表3 坭紫涌堤頂高程計算成果表

3.3 堤基處理

1）軟土的主要處理方法

由于臨河擋墻下淤泥層較淺,因此,臨河擋墻下采用C15素砼墊層+碎石墊層及松木樁聯合處理的方案,以提高地基承載力、減少地基沉降。C15 素砼墊層100 mm 厚,碎石墊層200 mm 厚,松木樁采用尾徑不小于60 mm 的松木樁,樁長4 m,間距0.3 m×0.3 m 矩形布置。

生態擋墻基礎位于淤泥層,基底應力大于淤泥層承載力30 kPa,進行基礎處理后,其承載力計算如下：

2）復合地基承載力

松木樁復合地基承載力通過下式計算：

式中：m 為面積置換率,0.03；Ap、up分別為樁截面積、周長；fs,為天然地基承載力,40 kPa;為樁間土承載力折減系數,取0.1；Rk為單樁豎向承載；qs為樁周土平均摩擦力；fa為樁身承壓強度設計值,取1.0 MPa。

經計算,松木樁復合地基承載力特征值fsp,k=90 kPa,基礎處理后的承載力大于基底最大應力,滿足規范要求。

4 結論

河涌綜合治理工程旨在改善河涌沿線防洪排澇現狀,構建生態宜居的生態環境。基于能量守恒定律確定了新塘鎮坭紫涌的設計水面線。選取3 種方案進行比選,采用生態磚復式斷面作為河涌治理的斷面形式。由于河涌沿線淤泥分布廣、承載力低不滿足要求,綜合考慮采用松木樁復合地基進行處理,經計算處理后的復合地基承載力滿足要求。