某河道綜合治理工程措施分析

劉艷明

（北京市北運河管理處，北京 101100）

1 基于一維水動力模型水面線推求

計算河段為工程河段起點至河口處，總計算河長為2.45 km。計算范圍的天然河道大斷面資料采用此次的測量成果，工程后斷面工程段采用設計斷面，其余河段采用測量成果；其中工程河段計算范圍共布置了81個大斷面。一般大斷面間距50 m，河段內遇橋梁、攔河陂、局部縮窄斷面的上或下游加設斷面。

為了準確分析沿河涉水建筑物對河道行洪的影響，測量時對橋梁的路基、橋墩和攔河閘壩的連接壩、閘墩及攔河陂尺寸一一測量，計算時將橋梁的路基、橋墩和攔河閘壩的連接壩、閘墩投影在下游大斷面的面積，作為涉河建筑物的阻水面積，并將其作為不透水區域處理，橋梁采用能量方程計算其壅水值，閘壩采用堰流公式計算其壅水值。

工程河段計算范圍雖然較小，僅2.45 km，但由于河道坡降較陡，洪水陡漲陡落，同時有較大支流，故計算對河段進行分段劃分；治理河道及支流河段分段流量均與設計洪水成果一致。

工程河段水面線計算河道糙率根據河道過流情況選定，此工程在中小河流治理工程中進行過整治，但因河道內石塊較多，且河道治理項目有一定時間間隔，故此項目工程前河段大部分斷面糙率考慮采用0.035～0.04，最終取值為0.038；工程河段經整治后進行適當的平整，對河道內的部分石塊進行規整，同時增加景觀建筑物，對河道糙率有一定影響，故此次計算工程后的河段糙率基本與工程前取值一致，為0.038，部分河段河道內設有汀步，會形成一定阻力，該河段糙率增加至0.040。

根據上述計算資料和邊界條件，采用一維數學模型計算出計算范圍（P=2%、P=5%、P=20%、P=50%）工程前和工程后的水面線成果。

2 護岸型式及河底防滲方案分析

2.1 護岸形式比選

河道護岸改造型式主要坡式護岸、墻式護岸、組合式護岸三大類。

①坡式護岸斷面相對較大，占地較多；基礎與地基接觸面積大，地基應力分布較分散均勻，對地基土層承載力的要求不高，對軟土地基產生的變形和沉降適應性強，能夠較好地滿足岸坡結構荷載對地基穩定和變形的要求，且相對施工較簡易，便于機械化施工，施工速度快，工期短，便于修復。②陡墻式河道岸坡斷面相對較小，占地相對較少，擋墻防滲性能較強，對堤身土料防滲要求相對較低且堤身填土量較小，但擋墻對于基礎要求相對較高，地基承載力難以滿足要求的需進行地基處理。墻身與填土之間易產生不均勻沉降差，波浪易產生墻腳淘刷，對工程的整體穩定性不利；樁基施工時局部需做圍堰，施工難度相對較大。③混合式河道岸坡斷面占地較斜坡式斷面小，較直立式斷面大，比斜坡式斷面減少占地，擋墻高度一般設置較小，容易滿足基礎要求。

三種護岸方案技術上均可行，從工程現狀地形、安全運行、工程占地和便于施工、管理和使用條件等方面綜合考慮，因地制宜選用。

2.2 河底防滲處理

河底現狀工程段現狀河底以漂石、卵石、粉細砂為主，抗沖刷能力較差，其中漂石、砂卵石為強透水性，粉細砂為中等透水性，為相對透水層。河床平時無生態基流，近年來隨著水資源量的減少，大和坑程段基本無法形成有效徑流，除雨季外，河道幾乎處于干涸狀態。

河底防滲目的是打造有效的水面景觀，現擬采用適當的人工防滲措施保證景觀蓄水水深，通過河槽防滲整治、生態河岸防護等綜合措施，逐步修復河流自然生態系統，促進河道生態環境的發展，為宜居宜游地親近自然生態河流，營造人與自然和諧共處的水域空間。

河底防滲方案比選河道防滲通常采用垂直防滲和水平防滲兩種型式。垂直防滲采用混凝土沉模板墻沉模伸入不透水層。水平防滲多采用現澆混凝土板防滲黏土鋪蓋防滲、聚乙烯防滲膜料防滲等型式。防滲型式及方案選擇要根據地質條件和河道治理斷面型式等確定其適用性，并考慮工程投資方面因素。

由表1方案對比可知，方案一、二防滲效果優于方案三，方案一生態景觀效果一般，施工難度較大，造價較高，方案二抗沖能力較好。綜合以上分析比較，結合工程的河道治理斷面情況，推薦采用方案二防滲結構。

表1 河底防滲型式比較表

河底防滲采用120 mm 厚碎石灌砂基層、0.10 m 厚現澆混C20凝土板處理，工程就地取材，充分利用現狀河床卵石料，采用鵝卵石作為裝飾和防護層，根據水面線計算成果分析，因中上游段流速較大，混凝土板增設12號鋼筋網加強，可滿足保護防滲板的防沖刷破壞要求。

工程為保持河流的自然狀態，保留河流連續性、蜿蜒性等原有河流地貌形態，沿線防滲改造后河床呈蜿蜒曲溪布置。

3 擋墻穩定性分析

工程擋土墻主要包括：箱式框格擋墻、生態砌塊擋墻、埋石混凝土擋墻。擋土墻典型計算斷面選擇具體如下：

3.1 護岸箱式框格擋墻

擋墻均建于河岸上，基底坐落在砂卵石回填層；此次設計選堤身箱式框格擋墻最大斷面進行穩定計算，具體為：擋墻采用箱式結構框格擋墻形式，箱腔內充填回填土，擋墻總高2.64 m（含頂部0.20 m 厚C20 混凝土壓頂），地面以下高0.56 m，地面以上墻高2.08 m，墻頂部寬1 m，為垂直擋墻。

3.2 埋石混凝土重力式擋墻

工程埋石混凝土重力式擋土墻采用C20 埋石混凝土（20%）澆筑而成，墻頂寬0.60 m，墻高為4 m，墻趾和墻踵處均設0.50 m高，0.50 m寬的臺階，擋墻面坡垂直，背坡坡比為1:0.45。

采用地質勘察報告中的相關巖土物理力學參數，分別對上述擋土墻進行穩定及應力計算，計算方法采用《水工擋土墻設計規范》中相關公式進行計算，并采用理正巖土擋土墻設計軟件進行復核。前池擋土墻穩定計算工況分為：①完建無水。②水位驟降情況（由于擋土墻墻身均設置排水管，墻內外水位差定為0.50 m）。計算結果詳見表2。

表2 擋土墻穩定及應力計算成果匯總表

從表2 可以看出，各種典型擋土墻斷面在最不利工況下的抗滑穩定安全系數Kc 與抗傾覆穩定安全系數K0 均小于規范要求的允許值，基底應力均為壓應力，應力比均滿足規范要求。

4 結論

①結合河道治理工程實際情況，確定適宜的水文計算參數，采用一維水動力模型對河道水面線進行推求計算，確定不同頻率的水面線情況，為工程設計提供參考。②選取坡式護岸、陡墻式護岸、混合式護岸3種類型進行比選，各方案在此工程中均具有一定的適宜性，需要結合實際情況進行選取。通過對典型擋墻斷面穩定性復核計算，擋墻穩定性可滿足相關要求。③選取砂土、聚乙烯防滲膜料、漿砌卵石保護層護底，100 mm厚防滲混凝土、砂卵石保護層，500 mm厚黏土防滲、中細沙、砂卵石保護層3種河底防滲結構進行比選，100 mm厚防滲混凝土、砂卵石保護層投資適中、施工簡便作為推薦方案。