村段河道疏浚工程設(shè)計(jì)研究

左學(xué)文

(山西水務(wù)工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山西 太原 030000)

河流對(duì)人民群眾來說，不僅可以提供灌溉水源，而且可以改善周邊的生態(tài)環(huán)境，減少洪澇災(zāi)害的發(fā)生[1-4]。為響應(yīng)黨的二十大精神和習(xí)近平總書記重要講話精神，在狠抓生態(tài)文明和社會(huì)文明的建設(shè)的同時(shí)，需要加強(qiáng)對(duì)鄉(xiāng)村河道的改善治理[5-6]。完善鄉(xiāng)村防洪體系，充分發(fā)揮村段河道在防洪、防汛、生態(tài)環(huán)境美化等方面的重要作用，提高沿線村莊的綜合承載力，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，保障社會(huì)大局和諧穩(wěn)定，提升人民群眾的幸福指數(shù)。

近年來，隨著沿口河兩岸村莊經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，兩岸的農(nóng)田不斷被開墾利用，棄土直接棄于沿口河河內(nèi)，加之生活垃圾和棄渣鈞堆積在河道內(nèi)側(cè)，導(dǎo)致河內(nèi)淤積嚴(yán)重，河床十分凌亂，河道斷面變淺變窄。導(dǎo)致河道行洪能力大大下降，增大了河道的不安全性，直接威脅到兩岸人民的生命財(cái)產(chǎn)安全；河流生態(tài)環(huán)境日趨惡化，既與繁峙縣總體發(fā)展規(guī)劃、美麗鄉(xiāng)村建設(shè)目標(biāo)相違背，也影響兩岸居民的生活品質(zhì)，降低了人民群眾的幸福指數(shù)。沿口河河道治理勢(shì)在必行，刻不容緩。

1 工程概況

繁峙交通便利，境內(nèi)靈河高速、108國(guó)道、京原鐵路橫貫東西，縣鄉(xiāng)村道路便捷通暢。本工程位于繁峙縣，沿口河義興寨村段全長(zhǎng)2.62km。沿口河是滹沱河的一級(jí)支流，發(fā)源于繁峙縣砂河鎮(zhèn)地卜溝村，于繁峙縣砂河鎮(zhèn)代堡村匯入滹沱河口。干流全長(zhǎng)25km，流域面積153km2，其中渾源縣境內(nèi)15.8km2，應(yīng)縣境內(nèi)34.2km2，繁峙縣境內(nèi)103km2，流域面積大于20km2的一級(jí)支流有仲溝和長(zhǎng)才溝2條。在河流出山口處建有龍山水庫(kù)，控制流域面積135km2，總庫(kù)容991萬m3。河道位置如圖1所示。該工程對(duì)主河槽進(jìn)行疏浚、清淤，調(diào)整理順紊亂的河道，減少河槽擺動(dòng)；新建兩岸堤防，滿足20年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)，解決兩岸的防洪安全問題；對(duì)治理段河道進(jìn)行整治梳理、攔壩蓄水，改善治理段的水生態(tài)環(huán)境。

圖1 河道位置圖

2 河道現(xiàn)狀及存在的主要問題

本次河道治理工程位于沿口河義興寨村段，治理長(zhǎng)度2.62km。義興寨村地處砂河鎮(zhèn)東北面，東和柏家莊為鄰，西與后河相通，南與龍山水庫(kù)相應(yīng)，北與應(yīng)縣接壤。砂義路沿河橫貫全村。境內(nèi)高山林立，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，是一處典型的土石山區(qū)。全村共有381戶余人。經(jīng)過實(shí)地勘察：河道兩岸房屋、農(nóng)田居多且有工礦企業(yè)，局部地段堤防破損，河槽開挖嚴(yán)重；河道中有垃圾及采礦堆積物，現(xiàn)河道內(nèi)淤積較嚴(yán)重，影響河道兩岸防洪安全和生態(tài)環(huán)境。河道現(xiàn)狀如圖2所示。

圖2 河道現(xiàn)狀圖

3 蓄水壩建設(shè)與設(shè)計(jì)

3.1 蓄水壩型式比選

本工程在河道主槽新建蓄水壩2座，建筑物設(shè)計(jì)選型時(shí)結(jié)合兩側(cè)現(xiàn)狀河道主槽進(jìn)行規(guī)劃。在保證蓄水壩基本功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)上盡量采取美化措施。讓蓄水壩不但能夠調(diào)節(jié)河水的容量，同時(shí)可以美化周邊的環(huán)境，促進(jìn)沿河兩岸經(jīng)濟(jì)良好發(fā)展，使其成為鄉(xiāng)村水景觀工程的重要組成部分。

在天然河道上設(shè)置蓄水建筑物，首先要考慮的問題是行洪要求。目前國(guó)內(nèi)外采用液壓壩、鋼壩閘和溢流(蓄水)壩居多。首先對(duì)溢流(蓄水)壩、液壓壩和鋼壩閘進(jìn)行比較。

(1)液壓壩和鋼壩閘優(yōu)點(diǎn)：密封性好，可任意調(diào)節(jié)壩高溢流，可控制上游水位和泄流量，適應(yīng)范圍交廣。缺點(diǎn)：電源動(dòng)力故障、機(jī)械故障、液壓驅(qū)動(dòng)卡死會(huì)造成不能正常倒伏，河道中間閘墩影響安全泄洪而引發(fā)安全隱患，啟閉設(shè)備操作比較復(fù)雜，使用壽命短。

(2)溢流(蓄水)壩優(yōu)點(diǎn)：取材方便，有景觀效果，整體性好，耐久性好，使用壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)：壩高不能隨意調(diào)節(jié)，有一定的阻洪作用，對(duì)地基要較求高。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，本著“管理方便、經(jīng)濟(jì)合理、實(shí)施方便、功能完善”的原則，在滿足河道景觀布置的基礎(chǔ)上，結(jié)合周邊的地質(zhì)環(huán)境以及水文狀況。在滿足經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來其它中小河流治理經(jīng)驗(yàn)，本次采用溢流(蓄水)壩。

3.2 蓄水壩設(shè)計(jì)

蓄水壩布置于河道主槽內(nèi)，位于樁號(hào)K1+200、K1+400處，壩軸線垂直于河道中心線，壩長(zhǎng)根據(jù)主槽寬度確定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，蓄水壩的壩體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為21m。壩體高度根據(jù)河道的坡度設(shè)計(jì)要求以及防汛防洪的需要等要求設(shè)計(jì)為2.5m。砌筑上采用M10漿砌石，迎水面邊坡坡比1∶0，背水側(cè)為臺(tái)階式，頂寬0.5m，基礎(chǔ)埋深1.5m，墻趾、墻踵寬0.5m，高0.5m。蓄水壩基礎(chǔ)坐落于砂卵石地層上。壩后采用5m長(zhǎng)、1.0m厚格賓石籠海漫進(jìn)行防護(hù)，壩體兩邊向外延伸1m，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。工程特性見表1。

表1 蓄水壩工程特性表 單位：m

圖3 蓄水壩主斷面圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，本次河道蓄水壩工程不做排洪渠。洪水期蓄水區(qū)淤滿后，在每年洪水期結(jié)束后由管理單位組織人員對(duì)淤積來砂進(jìn)行清理，不得影響下一次使用。

3.3 蓄水區(qū)防滲設(shè)計(jì)

蓄水工程的關(guān)鍵在于水，水是工程的靈魂，水量是保證本工程成敗的關(guān)鍵。水量的滲漏，不僅造成水源的浪費(fèi)，而且會(huì)造成造成蓄水工程的失敗。河道蓄水后，將抬高河道水位，必須采取防滲措施。否則將對(duì)兩岸建筑形成一定的浸沒影響。因此，對(duì)蓄水區(qū)采取防滲措施是必要的。蓄水區(qū)的防滲方案受河床地層組成、地下水埋深、施工季節(jié)、補(bǔ)水水源等多方面的制約。水平防滲是是柔性防滲的一種，借助于柔性防滲材料對(duì)整個(gè)蓄水區(qū)底部進(jìn)行防滲，形成一個(gè)完整的防滲結(jié)構(gòu)，然后在防滲結(jié)構(gòu)上部進(jìn)行防沖刷的處理。水平防滲效果可靠、滲漏損失小；施工工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量容易控制；可大面積施工，工期快；施工不受氣溫的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和水工布置，蓄水區(qū)河底大部分是砂卵石層，存在的滲漏問題。工程蓄水后，將抬高河道水位，加大蓄水池的滲漏。由于本次蓄水區(qū)位于河道主槽，蓄水范圍較小，采用水平防滲效果可靠，節(jié)省投資。因此，本工程防滲措施采用水平防滲。即在主槽蓄水范圍內(nèi)鋪設(shè)土工膜，在土工膜上覆蓋砂卵石墊層及格賓石籠作為防沖措施。

4 河道疏浚設(shè)計(jì)

4.1 河道斷面設(shè)計(jì)

對(duì)河道的斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)是河道治理的基礎(chǔ)。河道斷面行設(shè)計(jì)包括縱斷面和橫斷面的設(shè)計(jì)。它的設(shè)計(jì)原則是為減小挖填工程量，避免河道整治后形成新的沖淤。河道斷面行設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)劃的河道縱坡要和原河道縱坡基本一致，可以在局部地段進(jìn)行調(diào)整，使河道縱坡變化趨小，同時(shí)縱坡趨于合理。河道縱坡設(shè)計(jì)要上下游兼顧，兼顧河道現(xiàn)狀及已建擬利用堤防，確保現(xiàn)狀堤防滿足水面洪水位及沖刷要求，并盡可能使河道縱坡變化小一些。較陡和較緩的坡段要給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以利水流平穩(wěn)過渡，避免流態(tài)出現(xiàn)大的不均勻性，以利于河床的相對(duì)穩(wěn)定。根據(jù)以上原則，在2.62km河道治理范圍內(nèi)，縱坡設(shè)計(jì)采用4.5‰～44‰。

本工程治理段河道現(xiàn)狀寬度30～100m，治理后的河道斷面形式采用梯形復(fù)式斷面，由主槽和堤岸組成。根據(jù)河道現(xiàn)狀主槽流道，疏出10～21m寬的主槽，治理后的主槽保持天然河道的蜿蜒性。

4.2 重力式漿砌石堤防設(shè)計(jì)

重力式漿砌石堤防，主要布置在河床現(xiàn)狀較窄的河段。重力式漿砌石堤防采用M10漿砌石砌筑，頂寬0.6m，堤高4.05m，迎水面邊坡1∶0.1，背水面邊坡1∶0.35，基礎(chǔ)埋深1.5，墻趾、墻踵寬0.8m，高1m。壩頂設(shè)0.1m厚C20混凝土壓頂，堤身設(shè)PVC排水管，規(guī)格為DE90PVC管，間、排距2m。為防止排水孔堵塞，在排水孔進(jìn)口處外包無紡布(300g/m2)并設(shè)置砂礫料反濾體。具體設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 重力式堤防斷面圖

計(jì)算斷面為重力式擋墻，根據(jù)設(shè)計(jì)高度對(duì)4.05m(基礎(chǔ)面以上高度)高度的擋墻進(jìn)行計(jì)算。穩(wěn)定性計(jì)算針對(duì)不同墻高和埋深最不利情況分別驗(yàn)算，各斷面穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 擋土墻穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

由上表可知，各種工況下的基底應(yīng)力均小于地基允許承載力。以上各種工況的最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的比值均小于2.0，滿足規(guī)范要求。

4.3 河道坡面設(shè)計(jì)

河道縱坡盡量遵循現(xiàn)有河道縱坡，對(duì)河道狹窄段以及阻水段進(jìn)行拓寬疏浚。土方中清基的表層土可以直接用于填筑大堤，略有富余的土方則直接堆放至河道兩側(cè)的灘地上的洼地處，不另外規(guī)劃渣場(chǎng)。河道疏浚需考慮土方平衡問題，并與上、下游現(xiàn)狀河道平順銜接。

本次疏浚河道主槽長(zhǎng)度為2.62km，河道設(shè)計(jì)縱坡以現(xiàn)狀自然河槽高程略作調(diào)整，為4.5‰～44‰。主槽斷面為梯形，底寬10～20m，邊坡為1∶2。河道清淤量為19331.38m3。

河道疏浚主要采用1m3挖掘機(jī)挖裝5t自卸汽車運(yùn)輸。河道工程棄渣主要為河道疏浚棄土。棄土可以用于治理段內(nèi)微地形塑造，土方在治理段內(nèi)平衡，建筑垃圾需轉(zhuǎn)運(yùn)至指定的垃圾場(chǎng)。

5 結(jié)語

沿口河義興寨村段河道河床淤積嚴(yán)重，生活垃圾和棄土堆積在堤防內(nèi)側(cè)，導(dǎo)致河內(nèi)淤積，河床比較凌亂，河道變淺變窄等現(xiàn)象。為確保河道兩岸保護(hù)對(duì)象的安全，完善防洪體系，改善河道及周邊環(huán)境，充分發(fā)揮沿口河在沿線村莊的防洪、防汛等方面的重要作用，需要對(duì)該段河道進(jìn)行疏浚治理。通過對(duì)河道堤防工程的設(shè)計(jì)，可以提高沿線防洪標(biāo)準(zhǔn)，工程的實(shí)施必將極大地改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境，提升工程區(qū)的整體形象。但是本文缺乏對(duì)河道兩岸生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)研究，可以在后續(xù)的類似研究中進(jìn)行，借以讓沿口河沿岸生態(tài)環(huán)境更美麗，助推當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展，促進(jìn)當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展。