山丘區河道綜合整治實例

魏玉翠，薛 晶，鮑書娜，胡裕婷，姜新媛

(1.鎮江市工程勘測設計研究院有限公司，江蘇 鎮江 212003；2.江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800；3.蘇州新一造價師價格事務所有限公司常熟分公司，江蘇 常熟 215500)

1 工程概況

句容市位于江蘇省西南部，境內水庫眾多，因此產生了較多的水庫移民。句容市茅山鎮何莊村屬于句容市重要移民村，地處二圣水庫上游，距離南京市、鎮江市均不到1 h的路程，104國道、常溧高速近在咫尺。何莊村環境優美、氣候宜人，曾經接納水庫移民76戶，現存移民156人，移民后代304人。

為提高后扶結余資金的使用效益，改善安置村環境，特別是改善水系環境面貌，集中使用后扶資金，把茅山鎮何莊村列為建設對象，實行“美麗庫區幸福家園”建設，經過省、市地方慎重考慮，重點實施崗南河整治工程。

崗南河多年未進行過清淤，河道蜿蜒曲折，現狀岸線自然多變，迎水坡為自然土坡，岸坡雜草雜樹叢生，影響河道行洪及周邊水環境。目前，崗南河北岸正在新建居民小區，河道現狀與新村環境極不協調，河道水景觀效益得不到充分發揮。

為滿足河道周邊移民村莊改善人居環境的迫切需要，對崗南河進行岸線整治，增加人與河道親水交互，方便周邊群眾用水親水。同時，利用河岸整坡清雜，可使河道更加通暢地吸納雨洪，并能有效地改善河道附近丘陵山區基本農田的農業生產條件[1-4]。

崗南河是山丘區河道，境內丘陵山區地形起伏較大。崗南河現狀底寬3～40 m，河口寬度7～60 m，河底高程14.23～18.14 m，堤頂高程16.34～23.75 m，平均淤積深度0.8 m。

2 河道工程布置

2.1 總體布置原則

(1)崗南河河道、堤防設計滿足行洪、擋洪要求，原則上不小于其自然或歷史寬度。

(2)充分利用崗南河河道及現有堤防，以減少占地、拆遷及加固工程量，降低工程造價。

(3)河道整治應與周邊環境、地區開發相結合，在滿足河道現有功能前提下，提高河道的水土保持綜合能力及景觀效果。

2.2 工程布置

崗南河堤防沿現有堤防進行加高培厚，一般以堤防內肩線向外坡加寬加高至設計標準；崗南河起始段約100 m裁彎取直，其余段基本沿原河道中心線進行整治。

3 斷面結構型式比選

河道護砌結構型式不僅應滿足結構穩定和行洪安全，還應考慮工程造價，用地范圍和河道景觀。崗南河護砌段的河道斷面型式，根據河道過水斷面形狀，可采用矩形斷面、梯形斷面，及復式斷面三種。對這三種結構型式比較如下：

(1)矩形斷面。此斷面與矩形相似，占地面積不大，通常適合于用地受到很大限制的河道。這種斷面可以改善河道過流能力，但是很難構建有利于生態系統恢復的基底條件，這對河道中的水生動植物會產生不利的影響，生態親和性也比較差。

(2)梯形斷面。這種斷面與梯形相似，占地面積較矩形斷面大，通常適合于場地較充裕的河道。這種斷面可以構建有利于生態系統修復的基底條件，但是由于邊坡的單一性和水深條件的限制，使得能夠生長的水生植物相對較少，因此，生態親和性一般。

(3)復式斷面。復式斷面按河道水位特征設置分級護坡和平臺，占地面積略大，適合于場地較充裕的河道。這種斷面容易構建利于生態系統恢復的基底條件，因地制宜設置了邊坡和平臺，有利于河道水生動植物的生長，生態親和性較佳[1-2]。

結合本工程的實際需求，崗南河襯砌段北岸為新建居民點，南岸多為農田，總體用地較為寬松，河道過流斷面經比較后采用復式斷面。

4 護岸型式比選

4.1 護岸結構選擇

傳統的護岸結構有鋼筋混凝土擋墻、砌石擋墻、木樁和石籠擋墻等，它們能有效地防止河道沖刷，維持岸坡穩定，并能充分發揮河道防洪、灌溉、航運等功能。鋼筋混凝土擋墻和砌石擋墻均為硬質化結構，墻體建成后阻隔了水體與土壤之間的自然交換，從而導致河道的生態系統受到一定的損害；木樁和石籠擋墻在促進水土交換上有著一定的作用，但是原材料為不可再生資源，且耐久性一般[3]。

隨著社會經濟的發展，在河道整治工程中，防洪與景觀、生態兼顧的需求逐漸提高。以安全為基礎、以景觀生態為導向，減少破壞河道自然環境，保證岸坡穩定的同時改善水生態環境是近年河道整治的主流。近年來，裝配式生態護岸在工程中的運用越來越廣泛。這是一種能適應生物生長，并具有多孔透水性的預制混凝土護岸，其具有施工速度快、造價合理、生態環保、質量可靠等優點。

傳統護岸與生態護岸各有優缺點，本次崗南河護岸結構選擇重點考慮以下幾個方面：

(1)崗南河是山丘區河道，境內丘陵山區地形起伏較大，崗南河的護岸結構應有效防止水流對岸坡的侵襲和淘刷，維持岸線穩定。

(2)何莊村地處道教圣地茅山風景區，擁有果園等產業，經濟基礎較好，經多次現場踏勘、訪談，群眾期盼全面提升新規劃居民點的基礎設施與村落風貌，崗南河的護岸結構應該有利于將何莊村打造成草木花香、生態觀光、文脈相承的“美麗庫區、幸福家園”。

(3)崗南河緊鄰何莊村新規劃的居民點，目前河道處于粗放、基本無維護的荒蕪狀態，河道水景觀效益尚未發揮。崗南河的護岸結構應便于利用岸線整治提供充足活動空間，通過棧道、步道的置入提升可達性，能增加人與河道親水互動，改善居住條件，方便周圍居民用水親水，滿足河道周邊移民村莊改善人居環境的迫切需求。

為了更好、更快地實現《國務院辦公廳關于改善農村人居環境的指導意見》(國辦發〔2014〕25號)提出的全面建成小康社會，在居住條件、公共設施和環境衛生等方面完全符合小康社會要求、為進一步改善農村人居環境的目標，在保障防洪安全的前提下充分考慮造福移民，改善移民村生活環境的重要思想，本次崗南河護岸結構選擇裝配式生態護岸。

4.2 生態護岸型式比選

為促進何莊村美麗移民鄉村建設，本次崗南河護岸形式采用裝配式生態護岸。按照結構形式，裝配式生態護岸可分為墻式護岸、坡式護岸和板樁式護岸。根據句容市山丘區河道特性，在三種護岸形式中選擇常用的幾種結構進行比選。

(1)墻式護岸。階梯式預制混凝土擋墻材料砌塊工廠化生產，施工速度快，視覺效果好；可實現水體自凈；柔性結構，能承受較大的地基變形，適應性好；但擋墻后回填土方要求高。

(2)坡式護岸。聯鎖式生態護坡主要適用于河坡較緩、河道兩側場地較為開闊的情況，聯鎖式生態護坡具有預制塊護坡的優點，同時又能滿足外觀的需要，其中間孔洞可以種植耐水植物，凈化水環境。其主要缺點是鋪設的時間長，占地大。

(3)板樁式護岸。仿木樁適應變形能力較好，且樁本身及施工質量相對容易控制，仿木樁的景觀、生態效果及后期維修與養護費用低，但工程費用略高。

結合以上三種結構的優缺點，考慮到崗南河為山丘區河道，河道蜿蜒曲折且地形起伏較大，為有效應對河道施工與沉降影響，并結合工程造價及景觀效果，本次工程崗南河護砌段采用階梯式預制混凝土擋墻進行護砌。

根據設計流量擬定河道最小設計斷面：河道底寬7.0 m，兩側高于河底1.0 m處各設1個平臺，平臺寬1.0 m，平臺以下坡比為1∶2.0，平臺上設階梯式預制混凝土擋墻，擋墻頂部與堤頂連接。

5 河道邊坡穩定復核

5.1 計算代表斷面

根據河道設計斷面，對崗南河河道水面線進行推算。根據計算，崗南河全線按照20 a一遇洪水達標建設后設計水位為▽20.02～17.17 m。

根據《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013)，堤頂設計高程應按設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定。堤頂超高公式(1)如下：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y為堤頂超高，m；R為設計波浪爬高，m；e為設計風壅水高度，m；A為安全加高，m。

崗南河屬內河，風壅水面高度很小，可忽略不計，本次計算不考慮風壅高度。根據規范GB 50286—2013表2.2.1，不允許越浪的4級堤防安全加高值為0.6 m。崗南河及姜家河20 a一遇設計水位為▽20.02～18.39 m。由此，擬定崗南河護砌段堤頂高程為20.80～19.00 m。計算代表斷面選用土質較差、堤頂較高的具有代表性的最不利斷面CS5、CS9。

5.2 地質資料

句容市位于寧鎮山脈南麓，區域大地構造處于揚子地臺華夏系構造寧鎮隆起，無明顯影響安全的活動斷裂通過，第四系晚期區域地殼活動已十分微弱，區域地質穩定性較好。根據地質勘察報告提供的地質物理力學指標及規劃要求，對崗南河進行河道斷面抗滑穩定復核。

5.3 計算工況及水位組合

正常情況，設計洪水位驟降至常水位時的臨水側堤坡，堤后水位取地面以下0.3 m；施工期河道無水的穩定滲流期的迎水側堤坡，堤后水位取地面以下1.0 m；地震期河道多年平均水位遭遇地震，堤后水位取地面以下0.3 m。

5.4 計算方法

根據測量和設計斷面、地質勘探報告和選定的水位組合，按照規范GB 50286—2013的要求，計算按瑞典圓弧滑動法，采用穩定計算軟件AutoBank7.3進行分析計算。

5.5 抗滑穩定計算成果

本次設計對土質較差、堤頂較高的具有代表性的最不利斷面CS5、CS9進行抗滑穩定計算，計算結果見表1。

表1 堤防設計斷面抗滑穩定計算成果

由上表結果得出，設計斷面堤防抗滑穩定均滿足要求。

6 擋墻結構設計

6.1 擋墻結構

擋墻型式選用階梯式生態框擋墻，崗南河兩岸護砌總長1200 m。墻底高程▽18.30～16.50 m，墻頂高程▽20.80～19.00 m，底板采用C25素混凝土結構，寬1.5 m，厚0.4 m。墻后設置0.4 m寬級配碎石。擋墻墻后素土夯實，壓實度0.93。根據崗南河周邊風貌及當地河道的環境條件，常水位以上內河側種植馬尼拉草，擋墻頂部沿線按照1∶1∶1的比例種植云南黃馨、馬尼拉草、芒草，種植空隙間鋪設高羊茅草皮增加綠化覆蓋率。堤頂兩側采用仿木混凝土欄桿，欄桿高1.2 m。

6.2 擋墻穩定計算

階梯式生態框擋墻主要靠自重來保持穩定，擋墻抗滑穩定按照重力式擋土墻計算，擋土墻基底應力的最大值與最小值之比按照《水工擋土墻設計規范》(SL 379—2007)6.3.1的公式、擋墻穩定計算方法6.3.5的公式、抗傾覆穩定計算按照6.4.1的公式、地基承載力計算按照6.3.3的公式進行計算。計算工況為完建期、正常運行期工況，以CS5為例，水位組合見表2。

表2 斷面CS5水位組合

根據水位計算組合，對擋墻進行穩定驗算，如式(1)～(4)：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：σmax、σmin分別為最大、最小地基應力，kPa；∑G為作用于底板上的豎向力之和，kN；∑M為作用于底板上的力對底板中心力矩之和，kN·m；B為擋墻底板的寬度，m；L為擋墻底板的長度，m；η為地基不均勻系數；K為抗滑安全系數；f為底板與地基的摩擦系數，淤泥質土取0.35；∑H為作用于結構上的水平力之和，kN；K0為抗傾覆安全系數；∑MV為對擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩，kN·m；∑MH為對擋土墻基底前趾的傾覆力矩，kN·m。

計算結果如表4。

表4 斷面CS5擋墻穩定計算成果

由以上計算可知，擋墻的抗滑及抗傾覆穩定計算結果均滿足規范要求，擋墻基底最大平均應力為59 kPa，擋墻基礎位于③號粉質黏土及④號粉質黏土上，地基承載力分別為70 kPa、200 kPa，擋墻基底最大應力小于地基承載力，所以此段擋墻無需進行地基處理。考慮到擋墻建在河坡上，擋墻底部長期泡水，為減少施工擾動及不均勻沉降，在擋墻基礎位于③號粉質黏土上的擋墻底板下設杉木樁，樁長3 m，梢徑≥120 mm，施打間距1.0 m×1.0 m，總計1884根。

7 結 語

目前崗南河整治工程已經完成，工程中采用的階梯式生態框擋墻是開放式的系統，與傳統護岸相比較，其空箱式結構既滿足防洪功能又達到景觀及生態功能。該工程以河道整治為切入點，以水生景、以景提質，塑造成片水景觀效果，將何莊村移民居民點打造成天藍、地綠、水清的生態宜居家園，對句容市社會主義新農村建設起到至關重要的作用。