新塘鎮(zhèn)坭紫涌整治工程治理方案分析

余慕琴

（廣州禺山水務(wù)勘測(cè)設(shè)計(jì)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(zhèn)河道淤積、排水不暢等問題。設(shè)計(jì)水面線是河涌治理工程設(shè)計(jì)中的重要參數(shù),在水面線推求中常用的方法為實(shí)測(cè)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(duì)工程的造價(jià)以及耐久性影響較大[3-4]；在河水長(zhǎng)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(duì)堤防工程實(shí)施產(chǎn)生不利影響,需要采取相關(guān)措施加以治理。

2 河涌水面線推求

2.1 河涌工程規(guī)模

整治河涌長(zhǎng)度為232.71 m,河涌工程標(biāo)準(zhǔn)為20 年一遇24 小時(shí)暴雨不成災(zāi),河涌級(jí)別為Ⅳ級(jí),屬二類河涌,河涌主要建筑物級(jí)別為4 級(jí),次要建筑物為5 級(jí),臨時(shí)建筑物為5 級(jí),設(shè)計(jì)使用年限為30 年。

2.2 河涌水面線計(jì)算

（1）計(jì)算條件

坭紫涌的終點(diǎn)水位參照坭紫泵站設(shè)計(jì)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(zhǎng)度為440 m,每隔50 m 設(shè)計(jì)算控制斷面一個(gè)。

（2）計(jì)算方法

基于能量守恒定理對(duì)天然河涌建立的水面線計(jì)算公式。基本計(jì)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(shù)；hf、hj為沿程損失、局部水頭損失。

（3）計(jì)算結(jié)果

水面線計(jì)算成果見表1。

表1 河涌整治后水面線統(tǒng)計(jì)表（珠基高程）

根據(jù)河涌整治后水面線推求結(jié)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(guī)劃方案的水面線低0.3 m～0.5 m,滿足規(guī)劃要求。河涌整治后河道的過流能力滿足該排澇區(qū)的過流要求。

3 河涌治理工程設(shè)計(jì)

3.1 河涌斷面型式方案比選

根據(jù)河涌斷面設(shè)計(jì)原則,綜合考慮堤防現(xiàn)狀過流斷面小、坡度大、流速快等特點(diǎn)、周邊環(huán)境及工程投資等條件和生態(tài)景觀型堤防的建設(shè)目標(biāo),吸取本地區(qū)類似工程的成功經(jīng)驗(yàn),提出以下三種河涌斷面方案進(jìn)行比選。

（1）方案一：生態(tài)擋墻復(fù)式斷面型式

河涌斷面采用生態(tài)磚擋墻復(fù)式斷面型式。生態(tài)磚擋墻高1.6 m,與堤頂采用1∶2.5 坡連接,上植臺(tái)灣草；擋墻采用C25鋼筋砼擋墻底板,并設(shè)置C15 砼墊層和碎石墊層；擋墻采用松木樁基礎(chǔ),臨河測(cè)采用格賓石籠護(hù)腳。河涌設(shè)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(cè)設(shè)砼壓頂,上設(shè)C25 鋼筋砼仿木防護(hù)欄桿,堤頂設(shè)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(xiàn)狀河涌走向基本一致,方案二斷面形式為漿砌石護(hù)岸,邊坡1∶1.2。河涌底寬度為4.5 m～8 m,河涌?jī)蓚?cè)350 mm 厚漿砌石護(hù)岸,下鋪C15 砼墊層10 cm+碎石墊層20 cm。墻腳采用漿砌石護(hù)腳加固。漿砌石護(hù)腳采用松木樁基礎(chǔ)。底板下鋪C15 砼墊層10 cm+碎石墊層20 cm。河涌堤頂?shù)缆放c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(xiàn)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(chǔ),間距0.5 m×0.5 m。底板下鋪C15 砼墊層10 cm。河涌堤頂?shù)缆放c后坡連接與方案一相同。

三個(gè)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(fù)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(tài)性及河道過流能力考慮：方案一墻身為生態(tài)擋墻,生態(tài)景觀好,過流斷面較大；方案二墻身為漿砌石,生態(tài)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(tài)效果較差,過流斷面最大。

從施工角度來(lái)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(nèi)容簡(jiǎn)單,工序少,工期短；方案三砼方量較多,施工期長(zhǎng)。

從工程投資考慮,方案一投資約為1.5 萬(wàn)/m,方案二投資約為0.9 萬(wàn)/m,方案三投資約為1.95 萬(wàn)/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(tài)性、施工、工程占地和工程投資等多方面進(jìn)行綜合比選,三個(gè)方案各有優(yōu)缺點(diǎn),在滿足防洪排澇的基礎(chǔ)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(shí)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(jìn)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(fēng)壅水高；A為安全加高。

由于河涌斷面較小,可不考慮風(fēng)浪的影響,不計(jì)波浪爬高和風(fēng)雍增水高度。河涌堤防為4 級(jí),不允許越浪的安全超高為0.6 m。土堤的堤頂高程應(yīng)高出設(shè)計(jì)靜水位0.5 m 以上,內(nèi)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(jù)河涌過流能力計(jì)算及水面線推算成果,河涌設(shè)計(jì)水位為1.63 m～1.66 m,所以坭紫涌計(jì)算堤頂高程應(yīng)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(hào)對(duì)應(yīng)堤頂高程見表3。

表3 坭紫涌堤頂高程計(jì)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(lián)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(zhǎng)4 m,間距0.3 m×0.3 m 矩形布置。

生態(tài)擋墻基礎(chǔ)位于淤泥層,基底應(yīng)力大于淤泥層承載力30 kPa,進(jìn)行基礎(chǔ)處理后,其承載力計(jì)算如下：

2）復(fù)合地基承載力

松木樁復(fù)合地基承載力通過下式計(jì)算：

式中：m 為面積置換率,0.03；Ap、up分別為樁截面積、周長(zhǎng)；fs,為天然地基承載力,40 kPa;為樁間土承載力折減系數(shù),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(qiáng)度設(shè)計(jì)值,取1.0 MPa。

經(jīng)計(jì)算,松木樁復(fù)合地基承載力特征值fsp,k=90 kPa,基礎(chǔ)處理后的承載力大于基底最大應(yīng)力,滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

河涌綜合治理工程旨在改善河涌沿線防洪排澇現(xiàn)狀,構(gòu)建生態(tài)宜居的生態(tài)環(huán)境。基于能量守恒定律確定了新塘鎮(zhèn)坭紫涌的設(shè)計(jì)水面線。選取3 種方案進(jìn)行比選,采用生態(tài)磚復(fù)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(fù)合地基進(jìn)行處理,經(jīng)計(jì)算處理后的復(fù)合地基承載力滿足要求。