平頂山市湛河上游（凌云路湛河橋-新城區(qū)污水處理廠）河道整治方案設(shè)計

葛麗繁

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 前言

湛河是沙河支流，上游稱烏江河，發(fā)源于伏牛山余脈、平頂山市新華區(qū)的馬跑泉，自西向東橫貫平頂山市區(qū)，于葉縣張莊匯入沙河，是一條以防洪為主，兼有排水、灌溉和改善城市環(huán)境景觀等多項功能的中型河流。湛河現(xiàn)狀水質(zhì)發(fā)黑、發(fā)臭，水體嚴重污染，河道淤積嚴重，過流斷面減小，河道狹窄，淤塞嚴重，淤泥深度達1 m，縮小了河道行洪斷面。根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范、標準及平頂山總體規(guī)劃，湛河上游河道整治項目所在地區(qū)防洪標準取100 a一遇。該工程的防洪工程的等別為2等，該工程的主要建筑物按1級設(shè)計，次要建筑物按2級設(shè)計,臨時性建筑物按照3級設(shè)計。

1 河道水面線推求

1.1 洪水位計算

該項河道整治工程的范圍為：烏江河口-凌云路湛河橋，長度2 220 m。該項河道整治工程的河道控制中心線基本沿老河道中心線布置。河道底寬取50 m，縱比降基本按現(xiàn)狀河底比降確定，取1/3000，河道糙率取0.03。安全加高值按1級堤防取為1.0m，另加0.5 m的風浪爬高，但結(jié)合平頂山市實際情況，河道在高水位運行時間較短。堤防過高將對城市基礎(chǔ)設(shè)施配套及景觀帶來諸多不便，本著安全經(jīng)濟的原則，結(jié)合平頂山市已經(jīng)治理的河道經(jīng)驗，堤防高程為100 a一遇洪水位加上1.0m超高。

該段河道水流屬明槽恒定非均勻漸變流，該項計算采用水面曲線試算法進行。并結(jié)合現(xiàn)狀河底，計算成果見表1所列。

表1 水力計算表

1.2 設(shè)計常水位

根據(jù)業(yè)主提供的下游橡膠壩測量資料，下游現(xiàn)狀橡膠壩壩頂標高為79.9 cm，故該段河道常水位為79.9 m。

2 河道斷面設(shè)計

湛河斷面設(shè)計的原則：應(yīng)適當考慮“生態(tài)優(yōu)先、以人為本、人水協(xié)調(diào)”的原則。在使用功能上應(yīng)滿足通過洪峰流量的要求，同時考慮現(xiàn)有斷面型式、地質(zhì)條件、邊坡穩(wěn)定及征地拆遷的經(jīng)濟性。

如圖1所示，河道標準斷面采用復(fù)式梯形斷面，充分利用現(xiàn)狀路堤。河底寬50m，河道縱坡1/3000，設(shè)計河底高程為78.5～77.84m，現(xiàn)狀河底需下挖0.5～1.0 m。自河底至現(xiàn)狀路以下邊坡坡度不陡于1:3，對于部分現(xiàn)狀路寬度不到3m處，對現(xiàn)狀路進行規(guī)整，保證寬度不小于3 m，現(xiàn)狀路根據(jù)景觀要求設(shè)計，盡量蜿蜒曲折、高低起伏，滿足親水休閑、景觀要求?，F(xiàn)狀路至堤頂坡度不陡于1:3，堤頂內(nèi)設(shè)5 m寬堤頂路（可結(jié)合區(qū)域規(guī)劃進行調(diào)整），設(shè)計堤頂高程為86.71～87.10 m，滿足100 a一遇的防洪標準。

結(jié)合現(xiàn)狀地形，河道護岸采用復(fù)式斜坡式護岸更具經(jīng)濟性及合理性。

3 河道護岸結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 河道護岸結(jié)構(gòu)型式的選擇

河道護岸包括擋墻及護坡兩部分，為體現(xiàn)生態(tài)特色，更好地與河道景觀設(shè)計融合，該段河道護岸結(jié)構(gòu)重點考慮生態(tài)護岸型式。目前生態(tài)擋墻主要有自嵌式景觀擋墻、格賓石籠擋墻、生態(tài)擋墻等形式。生態(tài)擋墻不僅外表美觀，而且環(huán)保經(jīng)濟，適合河流生態(tài)、綠化等方面的要求，但總體來說擋土能力稍弱。針對上述生態(tài)擋墻的缺點，目前又開發(fā)出了一些生態(tài)化硬質(zhì)擋墻，主要是對硬質(zhì)擋墻臨水側(cè)進行生態(tài)處理，在滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時提高擋墻的生態(tài)效果。

圖1 標準河道斷面圖

護坡目前常用的主要有干砌塊石護坡、漿砌塊石護坡、現(xiàn)澆混凝土護坡、預(yù)制混凝土塊護坡、生態(tài)混凝土護坡、鉸接式混凝土塊護坡、格賓石籠護坡、加筋麥克墊等形式。塊石護坡、混凝土等傳統(tǒng)護坡，外型不夠美觀、不能滿足生態(tài)的要求；加筋麥克墊、格賓石籠護坡、鉸接式混凝土塊護坡、生態(tài)混凝土護坡等新型護坡的孔隙或間隙內(nèi)能夠長草，適合河流生態(tài)、綠化等方面的要求。

該項設(shè)計綜合考慮了上述各種類型擋墻及護坡的優(yōu)缺點，因地制宜，在確保結(jié)構(gòu)安全的前提下選擇生態(tài)化硬質(zhì)擋墻及生態(tài)護岸。其中格賓石籠擋墻及鍍高爾凡加筋麥克墊是近年來較常用的生態(tài)化硬質(zhì)擋墻生態(tài)護岸。格賓擋墻與加筋麥克墊在水渠岸坡中的運用實景效果見圖2、圖3所示，格賓擋墻與加筋麥克墊護坡的特點如表2、表3所列。

圖2 加筋麥克墊在水渠岸坡中的運用實景

圖3 格賓擋墻實景

表2 格賓擋墻特性表

表3 加筋麥克墊護坡特性表

該項工程河道常水位為79.9 m，非汛期水位基本無變化（由下游橡膠壩控制），護岸擋墻采用格賓重力式擋墻，頂高程控制在80.9～80.4 m。該項河道整治工程的設(shè)計洪峰流量應(yīng)為兩部分組成：干流控制斷面100 a一遇設(shè)計洪峰流量和白龜湖水庫泄洪流量。該河道來自白龜湖水庫泄洪流量為330 m3/s，干流控制斷面100 a一遇設(shè)計洪峰流量為1 145 m3/s，總設(shè)計洪峰流量為1 475 m3/s，經(jīng)測算洪水流速約為3 m/s。加筋麥克墊在受水流沖刷時，其穩(wěn)定性能與洪水的流速和持續(xù)時間有關(guān)，且有植被的情況下防護性能為無植被情況下的兩倍，在有植被的情況下加筋麥克墊能承受約6 m/s的流速持續(xù)沖刷約8 h，如果洪水持續(xù)時間達到60 h或以上，則只能承受3.65 m/s的流速。

考慮到湛河主汛期（6月21日—8月20日），正是植被茂密的時候，結(jié)合平頂山市實際情況，河道在高水位運行時間較短，故選用加筋麥克墊護坡比較合適，護岸邊坡采用大于1∶3的坡比鋪設(shè)加筋麥克墊至標高約86 m（100 a一遇水位），超高部分采用草皮護坡。

3.2 河道結(jié)構(gòu)斷面設(shè)計（見圖4）

圖4 河道斷面圖

該項工程護岸型式采用柔性護岸，斷面采用復(fù)式斜坡式護岸，護岸擋墻采用格賓重力式擋墻，頂高程80.9～80.4 m，邊坡坡比為1∶3.0放坡至81.4～80.9 m，邊坡采用植生袋植被護坡。標高81.4～80.9 m處設(shè)一級平臺（寬度7.0 m，其中親水步道寬度取3 m）。一級平臺與二級平臺之間采用加筋麥克墊柔性邊坡結(jié)構(gòu)，二級邊坡坡比為1∶3～1∶3.5，二級平臺寬6 m，標高約86 m，二級平臺由人行步道與格賓組成（二級平臺標高及寬度需根據(jù)景觀設(shè)計進行調(diào)整）。護岸三級邊坡采用加筋麥克墊柔性邊坡結(jié)構(gòu)，三級邊坡坡比為1∶3.0，放坡至設(shè)計堤頂高程為86.71～87.10 m，滿足100 a一遇的防洪標準。堤頂處結(jié)合區(qū)域規(guī)劃和景觀進行調(diào)整，河道工程填土至堤頂標高。

3.3 結(jié)構(gòu)斷面計算分析

3.3.1 整體穩(wěn)定計算

整體穩(wěn)定分析:由于擋墻墻前和墻后存在一定的高差，在土體自重及其它外力作用下，整個墻體有從高處向低處滑動的趨勢，首先需對擋墻結(jié)構(gòu)進行整體穩(wěn)定分析。整體穩(wěn)定采用瑞典條分法計算。

3.3.2 外部穩(wěn)定性計算

通常將格賓結(jié)構(gòu)看作剛體進行傳統(tǒng)重力式支擋結(jié)構(gòu)的安全分析，其分析項目包括：土壓力計算、基底滑移驗算、傾覆穩(wěn)定性驗算、基礎(chǔ)底面地基承載力驗算。

3.3.3 內(nèi)部穩(wěn)定性計算

在格賓擋墻的設(shè)計驗算中，除應(yīng)保證擋土墻有足夠的外部整體穩(wěn)定性（抗滑移，抗傾覆、地基承載力）以外，還必須具有足夠的內(nèi)部穩(wěn)定性。

格賓擋墻內(nèi)部穩(wěn)定性計算包括如下兩個部分：截面抗壓強度、截面抗剪強度。

在擋墻設(shè)計時，必須確保擋墻任一截面上的正應(yīng)力不能超過格賓網(wǎng)箱所能允許的最大壓應(yīng)力，并保證格賓網(wǎng)箱之間不發(fā)生錯動（墻身剪切破壞）。

4 結(jié)語

該項工程按照湛河主河道防洪標準100 a一遇的標準，對現(xiàn)狀河道進行整治，擴大河道的泄洪和調(diào)蓄能力。通過與道路工程、截污工程的同步實施杜絕污染源，保證水體的清潔。并與景觀工程結(jié)合，大量應(yīng)用格賓石籠擋墻及鍍高爾凡加筋麥克墊護坡，營造綠色生態(tài)的水岸環(huán)境，大大提高湛河的防洪能力，改善城市環(huán)境，提升城市地位，促進湛河兩岸土地增值，對整個平頂山市的經(jīng)濟建設(shè)起到有力的帶動作用。從而達到了“局部改善湛河上游段景觀環(huán)境，總體上完善平頂山市東西綠色走廊和景觀走廊（一軸），全局上提升城市品質(zhì)”的目的。

[1]黃河勘察規(guī)劃設(shè)計有限公司.平頂山市湛河治理工程可行性研究報告[R].2013.

[2]平頂山水文水資源勘測局.平頂山市凌云路湛河橋工程防洪評價報告[R].2009.