河道治理工程中河道斷面設計探討

劉祖煥

（惠州市碧水工程項目管理有限公司，廣東 惠州 516000）

1 工程概況

南部3 條河涌（蓮塘布河、冷水坑河、河橋水）水環境綜合整治工程位于惠州市惠城區三棟、河南岸兩個街道（鎮）境內。蓮塘布河位于惠州市惠城區三棟、河南岸街道兩個街道（鎮）境內，治理河道長約9.2 km。起點位于蓮塘布水庫，流經惠大鐵路、商貿技校及衛生職業技術學院、穿過惠南大道、后流經田心村、河村，穿過奧林匹克體育場館，最后匯入金山湖[1］。冷水坑河發源于惠城區西南面的大山嶂，自西南向東北流動，穿越惠大鐵路后流經上坑村，再穿越惠南大道后流經東江學府、冷水坑村，至紅光村轉北流，與河橋水匯合后，再沿金山大道在冰糖村附近流入金山湖，最終匯入西枝江。河橋水發源于惠州市區筆架山，河道起點位于新塘村，由西向東途徑惠州學院、山水華府、金湖苑，至邱屋村匯入冷水坑主河道，最終流入金山湖。

蓮塘布河流域集雨面積18.03 km2（不含規劃新增的集雨面積5.25 km2），河長12.86 km，坡降0.0049；冷水坑河流域集雨面積為5.35 km2，主河道長度為5.42 km，縱坡平均坡降0.0088；河橋水流域集雨面積9.97 km2，主河道長度為6.53 km，縱坡平均坡降0.0048。

2 河道斷面方案及設計計算

2.1 防洪排澇計算

蓄排澇采用閘排電排相結合的原則，計算時需同時滿足排水閘出流公式及水量平衡公式。

水量平衡方程式：

式中：V末為時段末蓄澇容積；V初為時段初蓄澇容積；Qt為時段平均入流；qt為時段平均出流。

紅樓水閘過流為堰流，公式如下：

式中：Q 為流量，m3／s；σs為淹沒系數，根據水閘設計規范SL265-2016 附錄A 中表A.0.1-2 查算；ε為側收縮系數；m為流量系數；b 為閘孔總凈寬，m；g 為重力加速度9.81；H0為閘前總水頭，m。

根據以上邊界條件計算可得規劃情況下圍內最高調蓄水位為13.74 m，《紅樓水閘遷建工程可行性研究報告》調蓄計算的最高水位為13.91 m；《金山河綜合整治項目初步設計報告》調蓄計算的最高水位為14.09 m；《惠州市惠城中心城區防洪排澇規劃》調蓄計算的最高水位為14.28 m。以上三本報告所采用的西枝江水位過程線均為惠陽站1974.10 的成果，均已通過相關部門的審批通過，從工程安全的角度，且考慮金山湖片區規劃地面高程均采用《惠州市惠城中心城區防洪排澇規劃》的水位成果進行豎向規劃，最終選用14.28 m進行下一步的計算。

2.2 河道斷面選擇

2.2.1蓮塘布河

蓮塘布河根據兩岸用地情況，部分河段近期以沿老河道清淤疏浚為主，遠期可根據南部新城規劃及進程，進行防洪達標整治；部分河段周邊建設發展較快，按20 年一遇洪水進行防洪達標整治。原則上在用地允許的條件下盡量拓寬河道過水斷面以降低洪水位，本次整治主要是采用的斷面形式包括：斷面形式①混合復式斷面（上梯形下矩形），斷面形式②矩形斷面及斷面形式③復式斷面（上、下均為梯形斷面）。

方案一：復式斷面+重力式擋墻

設計河道斷面采用復式斷面，河道設計底寬12 m；河床上設置重力式擋墻，采用C20 砼結構，墻凈高1.85 m，擋墻墻頂設置3 m 寬親水平臺，平臺以上邊坡為1∶2.5；河道左岸堤頂路總寬6 m，瀝青路面寬4 m，道路兩側設置1 m 的行道樹綠化，右岸恢復現狀人行道。

方案二：矩形斷面+灌注樁式板樁墻

河道過水斷面為矩形，設計河底寬15 m，兩岸設置灌注樁式板樁墻墻，灌注樁樁長11 m，擋墻于墻頂設2.5 m 寬的懸飄板，其中包括0.5 m 寬的花池。河道左岸堤頂路總寬6 m，瀝青路面寬4 m，道路兩側設置1 m 的行道樹綠化，右岸恢復現狀人行道，見圖1。

圖1 方案二：矩形斷面+灌注樁式板樁墻

方案一投資較大，征地拆遷費用較大，景觀效果較好；方案二投資較少，施工快捷，征地拆遷費用較少。綜上所述，蓮塘布河河道斷面采用方案二。

滲流穩定計算主要根據《堤防工程設計規范》（GB 50286-2013），采用河海大學工程力學研究所的《水工結構有限元分析系統（AutoBANK v7.0）》進行計算及分析。由計算結果可知，各斷面均滿足允許水力坡降的要求。各斷面滲透穩定計算成果見表1。

表1 各斷面滲透穩定計算成果表

2.2.2 冷水坑河

本次河道整治布置原則是按照土地利用規劃結合現狀河道進行河道軸線布置，河道斷面選擇盡量采用采用梯形斷面方案，以利于水生生物的生存、繁殖，保持良好的水生態環境，盡量避免三面光的河道設計，無法放坡的河段采用矩形河道斷面，其中河道斷面底寬、岸坡寬度、岸坡高程等應根據各段地形及景觀要求進行確定，根據河道的不同位置，從下游向上游分段論述各河段斷面方案。

方案一：下部生態擋墻+上部放坡方案

新建河道采用梯形斷面，設計河底控制寬度為6.0 m，矮擋墻采用生態擋墻，采用反濾生態砼砌塊加筋擋墻高2.0 m，墻頂放坡按1∶2，坡面草皮綠化。岸坡坡頂設置綜合道寬3.5 m，沿河道側設花崗巖欄桿，由于放坡空間不足，背水側臨近房屋位置采用擋墻進行支護， 右岸擋墻開挖需要臨時鋼板樁6 m（拔除）。

方案二：下部放坡+上部直墻方案

新建河道采用梯形斷面，設計河底控制寬度為6.0 m，兩岸采用固濱籠護腳，護腳尺寸為1 m×1 m（寬×高），以上邊坡為1∶2，采用中空預制砼六角塊護坡，鏤空位置回填土夯實，常水位以上部分鋪設草皮。高度2.0 m 位置設C20 砼壓頂厚300 mm，寬度0.6 m，高度2.0 m 以上采用草皮護坡。岸坡坡頂設置綜合道寬3.5 m，綜合道岸頂高程高出現狀地面2.0 m，由于受兩側房屋空間限制，無放坡空間，臨水側和背水側都要采用擋墻支護，采用U 型槽結構進行支護，河道兩側側設花崗巖欄桿，右岸U 型槽結構開挖需要臨時鋼板樁支護，長度9 m。

從經濟方面比較，方案一比方案二投資較少，方案一較優。從施工方面比較，方案一采用采用生態擋墻，采用預制塊施工，擋墻采用的砼擋墻，無鋼筋制作安裝，施工速度快，受天氣影響較小；方案二采用固濱籠護腳，要人工放置塊石，U型槽結構需要鋼筋制作安裝，受天氣影響較大。方案一較優。從景觀方面比較，方案一，下部采用生態擋墻，可以填充種植土土進行植生，形成綠色墻體，并且河道立面生態化，生態及景觀效果好；方案二采用中空預制砼六角塊護坡，常水位以上部分鋪設草皮，立面較單調，生態景觀效果一般。方案一較優。綜上所述，建議采用方案一為推薦方案。

本工程岸坡抗滑穩定計算選用樁號冷0+031.57、冷1+105.45 斷面左岸坡。具體計算結果見表2。本次岸坡邊坡級別為5 級，邊坡抗滑穩定安全系數如下：工況一為1.05，工況二為1.05。從計算成果可知，各典型斷面岸坡在各種工況下的最小抗滑穩定安全系數均大于規范允許值，滿足規范要求，故本工程岸坡是穩定安全的。

表2 抗滑穩定計算成果表

2.2.3 河橋水河

根據沿岸現狀調查，現狀河道大部分的位置比較寬敞，局部河道與周邊的建筑物距離較近，有些建筑物直接建于河道擋墻之上，局部河段河道用地被占用。工程總布置要充分考慮河道行洪要求及兩岸用地征地等因素。本次河道盡量按水清岸綠規劃的近期紅線進行布置，減少拆遷，降低工程造價為原則；同時在滿足防洪的基礎上，岸坡布置盡量體現生態、人水和諧理念，為河岸美化提供平臺，營造生態化的水環境。

方案一：左岸直立墻采用旋挖灌注樁方案

由于地基有淤泥質粘土，承載力較低，考慮采用旋挖灌注樁方案。左岸岸坡采用直徑1 m 的C30 砼灌注樁，間距1.2 m，長度14 m，樁頂采用冠梁連接，樁頂高程15.00 m，灌注樁以上采用1∶2 放坡，坡面采用草皮護坡。右岸采用放坡坡面，采用兩岸采用固濱籠護腳，坡比為1∶2.5，岸坡高程12.0 m 以下采用中空預制砼六角塊護坡，高程12.0 m 以上采用草皮護坡。

方案二：左岸直立墻采用懸臂式擋墻加攪拌樁基礎方案

左岸岸坡采用懸臂式擋墻方案，由于淤泥質粘土地基承載力能力不足，需要進行地基處理，采用水泥攪拌樁進行地基處理。懸臂式擋墻采用C25 鋼筋砼，墻高5.45 m，擋墻頂以上采用1∶2 放坡，坡面采用草皮護坡，基礎采用直徑φ550的水泥攪拌樁（粉噴樁），間距1.0 m，梅花型布置，單樁長度6.0 m。右岸與方案一相同。

本工程岸坡抗滑穩定計算選用樁號河0+398.30 斷面右岸坡。具體計算結果見表3。本次岸坡邊坡級別為5 級，邊坡抗滑穩定安全系數如下：工況一為1.05，工況二為1.05。從計算成果可知，各典型斷面岸坡在各種工況下的最小抗滑穩定安全系數均大于規范允許值，滿足規范要求，故本工程岸坡是穩定安全的。

表3 抗滑穩定計算成果表

3 結語

在水利工程建設過程中，要兼顧當地的自然生態，保護周邊環境，滿足城市在發展過程中的需要。對于水利工程，要及時解決河流管理過程中出現的各種問題，并采取相應的措施，更好地開展水利工程建設。通過對蓮塘布河、冷水坑河、河橋水主要是對沿線河段進行綜合整治，河道斷面可滿足20 年一遇洪水不受災，本工程建成后，提高了防洪排澇標準，保障人民生命財產安全，消除了部分區域的后顧之憂，減輕了社會經濟建設遭受洪澇災害的威脅，將有利于促進區域經濟和社會的可持續發展。