東江北干流石龍段北岸岸線調(diào)整工程設(shè)計(jì)

竇 飛，薛江寒

（1.安徽水安建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院，河南 鄭州 450046）

珠三角地區(qū)位于我國(guó)南部、廣東省東南部、珠江下游，毗鄰港澳，與東南亞地區(qū)隔海相望；有著與東南亞、非洲、歐洲最便捷的海上交通條件，是通往世界各地的主要門戶。現(xiàn)今，緊抓河流岸線資源的合理開發(fā)利用及調(diào)整是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和城市競(jìng)爭(zhēng)力提升的重要手段[1]。合理、有效地開發(fā)利用珠江三角洲岸線資源、進(jìn)一步提高岸線使用效益，充分發(fā)揮岸線利用價(jià)值[2]，是一個(gè)當(dāng)即要解決的問題，也是國(guó)家推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)、攜手建設(shè)粵港澳大灣區(qū)的關(guān)鍵之一。

河流岸線是維護(hù)河流生態(tài)、維持河流健康生命最重要的基礎(chǔ)，是河流行洪的通道，也是保證水生態(tài)環(huán)境安全的主體[3]。為保障河道行洪安全和維護(hù)河流健康，科學(xué)合理地利用和保護(hù)岸線資源，總結(jié)近年來岸線開發(fā)利用現(xiàn)狀、管理經(jīng)驗(yàn)和存在問題，對(duì)河流岸線進(jìn)行功能分區(qū)，實(shí)現(xiàn)岸線資源的科學(xué)管理、合理利用、有效保護(hù)，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，保障防洪安全、供水安全、發(fā)展航運(yùn)、保護(hù)水生態(tài)等方面都具有十分重要的作用[4]。基于此，眾多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究、分析。例如，徐嘯等[5]進(jìn)行了深水港西港區(qū)的岸線功能規(guī)劃調(diào)整研究，并開展一系列模型試驗(yàn)，證明了岸線優(yōu)化后可以保持甚至改善汊道內(nèi)和已建港區(qū)潮流條件；陳誠(chéng)[6]利用時(shí)空變化數(shù)據(jù)庫(kù)（2003—2013 年），以泰州長(zhǎng)江岸線為基礎(chǔ)，從規(guī)模擴(kuò)張、結(jié)構(gòu)變化和類型轉(zhuǎn)移3 個(gè)方面分析岸線的時(shí)空變化特征，剖析岸線利用變化的影響因素與作用特點(diǎn)，為岸線利用政策調(diào)整提供依據(jù)；蘇波[4]介紹了珠江流域河道岸線利用管理規(guī)劃的背景與規(guī)劃工程歷程，分析了珠江流域岸線利用現(xiàn)狀，并簡(jiǎn)要介紹了岸線規(guī)劃成果與管理要求。

本文依托珠江三角洲東江北干流石龍段北岸岸線調(diào)整工程，研究工程設(shè)計(jì)中遇到的堤型選擇、岸線調(diào)整后水面線等問題，既為東江三角洲行洪、納潮、生態(tài)等安全提供了保障，也為后續(xù)類似工程推進(jìn)提供了幫助。

1 工程背景

東江下游及三角洲的水量主要來自東江干流博羅以上的流域，注入東江下游及三角洲的主要河流有東江干流、石馬河、沙河、增江、寒溪水、西福河，工程位置如圖1所示。

圖1 工程位置

本工程上游為沙河在東江北干流匯入口。沙河發(fā)源于增城、博羅、龍門三縣交界的獨(dú)山，經(jīng)博羅的何家田、黃竹至蘆村與沙肚水匯合后稱橫河，南流至顯崗與響水匯合后稱沙河，主流經(jīng)九潭、里坡水匯里坡水后經(jīng)石灣流入東江，河流總長(zhǎng)89 km，平均坡降0.64‰，流域面積1 235 km2。沙河上游建有顯崗水庫(kù)（大Ⅱ型），控制面積295 km2，總庫(kù)容1.38億m3。

工程主要任務(wù)是防洪，保障東莞市區(qū)、惠州市博羅縣城鎮(zhèn)防洪安全，同時(shí)保障東江三角洲行洪、納潮、生態(tài)等安全。同時(shí)，按照建設(shè)發(fā)展目標(biāo)，力爭(zhēng)將中外運(yùn)碼頭和石龍鐵路貨運(yùn)口岸規(guī)劃建設(shè)為統(tǒng)一的一類口岸，整體提升口岸建設(shè)水平，確保與珠三角大港口實(shí)現(xiàn)有效銜接。綜上，東江北干流石龍段北岸岸線調(diào)整工程是勢(shì)在必行的。

2 工程建設(shè)內(nèi)容分析

該工程主要建設(shè)內(nèi)容有新建增博大堤、岸線調(diào)整工程、河道疏浚工程，如圖2所示。

圖2 工程岸線修改方案

2.1 新建增博大堤

新建增博大堤上游起點(diǎn)位于石灣大橋收費(fèi)站西側(cè)（現(xiàn)狀增博大堤路口），下游終點(diǎn)位于石龍大橋東側(cè)，全長(zhǎng)1 583.202 m。場(chǎng)地現(xiàn)有地面標(biāo)高為1.36～10.21 m，大堤沿線分布厚度較大的軟弱～中軟土層，建議對(duì)沿線分布素填土、淤泥質(zhì)土及細(xì)砂的地段采用素混凝土樁、水泥攪拌樁或高壓旋噴樁復(fù)合地基處理方案，以處理后的地基土作為擬建增博大堤的基礎(chǔ)持力層。擬建增博大堤防滲要求較高，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮基礎(chǔ)的防滲、抗沖處理。同時(shí)，預(yù)留2個(gè)交通旱閘，基礎(chǔ)類型建議采用旋挖、沖（鉆）孔灌注樁，以強(qiáng)～中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為樁端持力層。

2.2 岸線調(diào)整工程

本工程岸線調(diào)整包括石龍辦事處南面292.40 m岸線修整段及擬建碼頭局部岸線315.40 m，合計(jì)長(zhǎng)607.80 m。排架間距7 m，采用3 m高擋墻。岸線現(xiàn)狀為直立式擋墻，岸線后有鐵路專用線、中外運(yùn)辦公樓、宿舍樓等建筑物，場(chǎng)地現(xiàn)有地面高程6.36～7.78 m（陸域部分）、-9.66～-2.98 m（河道部分），現(xiàn)需對(duì)原有岸線進(jìn)行開挖調(diào)整，重新形成新的岸墻結(jié)構(gòu)。

因岸線調(diào)整段緊鄰東江北干流，水流湍急，江水深度變化大，潮汐漲退快，建議該部分建設(shè)選擇在枯水期施工。為保證調(diào)整后的擋墻及其基礎(chǔ)施工，建議設(shè)置圍堰，利用鋼板樁圍堰結(jié)合開挖土方編織袋裝土堆填后對(duì)原有岸線進(jìn)行開挖清除，采用灌注樁輔以高壓旋噴樁緊密成排形成岸墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型建議采用旋挖、沖（鉆）孔灌注樁，以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為樁端持力層，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮基礎(chǔ)的防滲、抗沖處理。

2.3 河道疏浚工程

中外運(yùn)碼頭下游廣深鐵路石龍大橋至下游江龍大橋2.4 km 河段，河床高程疏浚至-5.256 m，疏浚寬約310 m。中外運(yùn)碼頭上游東江北干流與南支流分汊口至石灣大橋約1.4 km，河床高程疏浚至-5.756 m，疏浚河道寬約100～250 m。

3 堤型選擇

常用的堤防斷面型式有斜坡式、陡墻式和混合式等[7]。本次對(duì)斜坡式、陡墻式2種堤型結(jié)構(gòu)比選如下。

3.1 斜坡式方案

斜坡式擋墻斷面大，占地較多；其堤身填土的方量大幅增加，填筑土料質(zhì)量要求相對(duì)較高，導(dǎo)致堤身主體填筑工程量相對(duì)較大。但是，該擋墻堤身及其護(hù)坡在各種情況下產(chǎn)生的沉降能相互協(xié)調(diào)，堤身整體穩(wěn)定性較強(qiáng)；同時(shí)，該方案施工較為簡(jiǎn)易，便于機(jī)械化施工、施工速度快。堤基與地基接觸面積大，對(duì)地基土層承載力的要求不高，對(duì)軟土地基產(chǎn)生的變形和沉降適應(yīng)性強(qiáng)，能夠較好地滿足堤防荷載對(duì)地基穩(wěn)定和變形的要求。但該方案堤身占用土地較多，不利于本項(xiàng)目的土地利用和功能布局。

3.2 陡墻式方案

陡墻式擋墻的防滲性能較好，對(duì)墻后堤身土料要求相對(duì)較低；同時(shí)，其占地面積相對(duì)較低、堤身主體的工程量較小、造價(jià)略低。但該方案對(duì)地基的整體性要求較高，需對(duì)原地基進(jìn)行地基處理；通過地勘報(bào)告分析，地基滲流可滿足抗?jié)B要求，無需進(jìn)行特殊處理。該方案主要不足之處有：墻身與堤身易產(chǎn)生不均勻沉降差，波浪上壅回落易造成墻腳淘刷，防護(hù)墻損壞后維修較困難；且該方案對(duì)地基承載力要求高于斜坡堤。

經(jīng)綜合分析，在保證城鎮(zhèn)防洪、河道行洪安全的前提下，考慮到實(shí)際工程的地基承載力問題，決定全線堤身采用斜坡式堤防。

4 岸線調(diào)整后水面線計(jì)算分析

本工程岸線調(diào)整包括石龍辦事處南292.40 m岸線修整段及擬建碼頭局部岸線315.40 m，合計(jì)長(zhǎng)607.80 m。河道疏浚工程分為2段，分別為石龍大橋至下游江龍大橋共2.40 km、東江北干流與南支流分汊口至石灣大橋約1.40 km，即樁號(hào)K0+000—K2+400 段和K3+950—K5+350 段。工程水面線計(jì)算方法如下。

（1）水面線計(jì)算采用逐段試算法。

（2）采用水文水利設(shè)計(jì)計(jì)算軟件HydroLab 軟件計(jì)算。

本次工程設(shè)計(jì)水面線采用天然河道恒定非均勻流公式（水流能量平衡方程），計(jì)算公式如下：

式中：Z1和Z2分別為下斷面和上斷面的水位高程（m）；分別為下斷面和上斷面的流速水頭（m）；α1，α2為動(dòng)能修正系數(shù)，一般取1.05～1.10；g為重力加速度為謝才系數(shù)，C=(1/n)R1/6；n為河道糙率；R為水力半徑（m），R=A/x；A為河道過水?dāng)嗝婷娣e（m2）；x為過水?dāng)嗝鏉裰埽╩）；hf和hj分別為上斷面和下斷面之間的沿程水頭損失和局部水頭損失和Q2分別為下斷面和上斷面的流量（m3/s）；K1和K2分別為下斷面和上斷面的流量模數(shù)為上下斷面的平均水力梯度；J1和J2分別為下斷面和上斷面的水力梯度；ΔS為下斷面和上斷面間的距離（m）。

根據(jù)《東江北干流石龍段岸線調(diào)整優(yōu)化方案》，本工程河段河槽糙率為0.022，水面線起調(diào)水位取江龍大橋100 a 一遇的設(shè)計(jì)水位7.77 m。設(shè)計(jì)水面線計(jì)算結(jié)果，詳見表1。

表1 東江北干流岸線調(diào)整后的設(shè)計(jì)水面線

通過岸線調(diào)整后的水面線計(jì)算，可以得出以下結(jié)論：經(jīng)過岸線調(diào)整及河道清淤，水位較現(xiàn)狀有了降低，優(yōu)化了其行洪安全問題；且流速符合相關(guān)規(guī)范要求，岸線調(diào)整設(shè)計(jì)滿足實(shí)際工程要求，方案是合理的。

該工程的實(shí)施改善了沿河環(huán)境，保護(hù)了東江北干流石龍段免受洪水威脅；改善了現(xiàn)狀沿江路交通狀況，為構(gòu)建和諧社會(huì)、促進(jìn)社會(huì)繁榮和現(xiàn)代化建設(shè)創(chuàng)造了良好的投資環(huán)境。因此，本工程的實(shí)施是必要的也是迫切的。

5 結(jié)論

珠江三角洲東江北干流岸線調(diào)整工程擬定建設(shè)內(nèi)容包括新建增博大堤、岸線調(diào)整工程、河道疏浚工程。對(duì)工程堤型選擇方案進(jìn)行比選，并淺析岸線調(diào)整后水面線計(jì)算問題，得到以下結(jié)論。

（1）在保證城鎮(zhèn)防洪、河道行洪安全的前提下，從工程實(shí)際地質(zhì)條件出發(fā)，考慮到地基承載力問題，全線堤身采用斜坡式堤防。

（2）經(jīng)過岸線調(diào)整及河道清淤后，水位較現(xiàn)狀有所降低，優(yōu)化了行洪安全問題；且流速符合相關(guān)規(guī)范要求，岸線調(diào)整設(shè)計(jì)滿足實(shí)際，方案合理可行。

（3）本文所述工程案例可為相似工程提供有益參考。