豐城市槎水杜市段河道治理結(jié)構(gòu)類型及施工方法探究

楊 波

(江西省贛撫平原水利工程豐城市管理站，江西 宜春 331100)

豐城市槎水杜市段河道治理工程位于槎水中上游段，工程區(qū)域內(nèi)涉及人口3.29 萬人，保護(hù)耕地0.21萬hm2。本工程所處區(qū)域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，年降水量集中、春夏季常發(fā)生洪水等自然災(zāi)害，該區(qū)域受槎水、清豐山溪洪水威脅和鄱陽湖高水位頂托影響，極易形成洪澇災(zāi)害。因此，有必要結(jié)合該地區(qū)地理?xiàng)l件與項(xiàng)目概況，加強(qiáng)對河道的有效治理。

1 項(xiàng)目概況

豐城市槎水杜市段河道治理工程位于槎水中上游段，工程區(qū)域內(nèi)涉及杜市一個(gè)鎮(zhèn)，保護(hù)人口3.29 萬人，保護(hù)耕地 0.21萬hm2。本工程起點(diǎn)位于徐家村晏家橋，終點(diǎn)位于港邊村，擬整治河道總長 21.4 km。本次河道治理項(xiàng)目主要有：現(xiàn)有堤防加固、兩岸局部岸坡加固、清淤疏浚、涉河建筑物新建及拆除重建等。

工程主要建設(shè)內(nèi)容有：河道綜合治理總長 21.40 km，其中現(xiàn)有堤防加固1.11 km；河道岸坡加固 13.81 km；清淤疏浚 0.64 km；拆除重建機(jī)耕橋 1 座；拆除重建人行橋 1 座，拆除重建穿堤涵管 5 座，新建過路排水涵管 4 座，加固排水渠 27.0 m，新建便民下河埠頭 21 座。堤防護(hù)坡加固方式為：臨水坡、背水坡均采用草皮護(hù)坡，總長 1.11 km。河岸護(hù)岸加固方式為：采用拋石固腳+干砌塊石護(hù)坡護(hù)岸，總長 6.915 km，采用拋石固腳+M7.5 漿砌塊石趾墻+干砌塊石護(hù)坡護(hù)岸， 總長 5.1 m，采用 C20 混凝土固腳+生態(tài)磚護(hù)坡，總長 1.795 km。

2 河道治理結(jié)構(gòu)類型

河道治理工程中，常見的治理結(jié)構(gòu)類型主要有以下幾種：

(1)山溪性生態(tài)河道。部分河道存在著泥沙淤泥情況，有的地區(qū)進(jìn)行分段攔截水產(chǎn)養(yǎng)殖，或者存在較為嚴(yán)重的濫挖河砂現(xiàn)象，導(dǎo)致河道的基本功能受到影響，面對這一情況需采取山溪性河道治理，以河漫灘為主要結(jié)構(gòu)，依靠河漫灘對洪水期產(chǎn)生行洪與滯洪效果。施工時(shí)保留河漫灘的滯洪功能，增加休閑與親水區(qū)域，由于該結(jié)構(gòu)會有蜿蜒性特征，可促進(jìn)生物多樣性，為生物提供良好的生存環(huán)境。以往河道治理會采取渠化的方式，導(dǎo)致河道自然結(jié)構(gòu)受到破壞，而山溪性河道結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)深淺交替，有利于水中生物與微生物的生存[1]。

(2)平原河網(wǎng)生態(tài)河道。這樣的河道治理模式適合用于地勢平坦且土質(zhì)疏松的區(qū)域，一般這些區(qū)域人口密集，水體容易被污染，生態(tài)系統(tǒng)缺乏足夠的自我恢復(fù)能力，所以面對這類污染情況，可采取平原河網(wǎng)河道處理模式，搭建生態(tài)護(hù)堤塔，依靠河道的自然坡岸和植物進(jìn)行治理。具體施工時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)胤啪徠卤龋扇⊥临|(zhì)岸坡，發(fā)揮植物的護(hù)岸效果，也為水生物提供良好的生存條件。如果河岸邊坡比較陡，需采用木樁加固的方式強(qiáng)化治理效果。

(3)集聚地生態(tài)河道。這一結(jié)構(gòu)類型一般會在河道的兩側(cè)布置植物緩沖帶，依靠水生植物形成的緩沖帶吸收污染物，凈化水體，凈化溝渠，降低河道產(chǎn)流量，減少地表徑流污染物堆積，以植物截留的方式去除污染物。施工時(shí)需要根據(jù)生態(tài)設(shè)計(jì)要求，以防洪的目的為前提，保持河道蜿蜒特征，防止河道渠化，將淺灘與深潭相結(jié)合，協(xié)調(diào)生態(tài)河道完成治理。

3 河道治理工程施工方法

3.1 河道斷面施工

根據(jù)5年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量由吳石站水位流量關(guān)系查得施工期吳石站5年一遇設(shè)計(jì)洪水位為 20.38 m。工程有關(guān)控制斷面施工期設(shè)計(jì)流量按吳石站面積比的 2/3次方求得，結(jié)果如表1所示。

表1 吳石水文站與有關(guān)控制斷面施工期設(shè)計(jì)流量計(jì)算

根據(jù)具體河道治理類型，多角度確定斷面結(jié)構(gòu)，主要有以下三種情況，如圖1所示。

圖1 河道斷面結(jié)構(gòu)

確定河道斷面結(jié)構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)赝恋刭Y源實(shí)際利用情況，綜合河道周圍生態(tài)環(huán)境，確保與自然生態(tài)的循環(huán)相協(xié)調(diào)，降低河道治理工程施工對生態(tài)環(huán)境的不良影響，穩(wěn)定生態(tài)河道體系。施工時(shí)保證河道天然性，強(qiáng)化河道的自身功能，盡可能地減少人工施工的痕跡，優(yōu)先選擇復(fù)合斷面結(jié)構(gòu)，其次是梯形斷面結(jié)構(gòu)，確定斷面結(jié)構(gòu)之后需要在正常水位上通過毛石堆砌形成斜坡結(jié)構(gòu)，從而擴(kuò)大動植物生存空間。如果河道的水流速度較快，為了緩解斷面的抗沖刷能力，建議在兩側(cè)設(shè)置干砌塊石擋墻，保證河道兩側(cè)抗沖刷效果[2]。

3.2 污染水體治理

施工后需要做好水體的有效治理，按照水體的污染情況綜合采取物理、化學(xué)以及生物治理方法。對此，以下建議可供參考：(1)對于污染程度比較低，且施工不會影響水體的區(qū)域，建議采取物理治理措施，依靠機(jī)械設(shè)備去除河道水藻與污泥，引水稀釋。(2)對于污染程度屬于中等，且施工會影響水體的區(qū)域，建議采取化學(xué)治理措施，在水中加入化學(xué)藥劑，消除水藻，或者加入鐵鹽使水體的磷成分逐漸沉淀，但是該方法容易引發(fā)二次污染問題。(3)對于污染程度較高且治理難度較大的區(qū)域，為了避免污染治理造成水體嚴(yán)重污染，建議采取生物治理措施，在河道內(nèi)加入外源微生物，比如使用光合細(xì)菌，加速污染物降解，提高水體的凈化能力?；蛘咦屛⑸锶郝淠軌蚋街谔烊徊牧仙希⑸锬?，發(fā)揮生物膜對于污染物的吸附作用，強(qiáng)化水體自凈效果。

3.3 護(hù)坡搭建

在現(xiàn)有堤防中有5座穿堤自排涵管，分別位于樁號K16+130左岸、K19+905左岸、K20+240左岸、K21+020左岸、K21+175左岸，涵管采用混凝土預(yù)制圓管，因年久失修，涵管管身破損、材料老化、漏水嚴(yán)重，已不能正常運(yùn)行。具體情況如圖2～圖3所示。

圖2 K6+950處機(jī)耕橋現(xiàn)狀

圖3 K19+158處人行便橋現(xiàn)狀

按照豐城市槎水杜市段河道的特點(diǎn)，科學(xué)搭建護(hù)坡，選擇植物根系與工程相協(xié)調(diào)的搭建方式。依靠植物根系生長情況，在土壤內(nèi)形成較為復(fù)雜的根系結(jié)構(gòu)，鞏固河道土壤，再用硬質(zhì)工程，使用鋼筋混凝土在邊坡處搭建穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。施工時(shí)提前澆筑混凝土，按照河道網(wǎng)格結(jié)構(gòu)尺寸來澆筑，比如使用魚鱗型的網(wǎng)格，形成中間凸起而兩邊比較低的澆筑結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)類似于天然蓄水臺，雨季來臨時(shí)通過魚鱗型結(jié)構(gòu)存儲雨水資源，提高水資源利用效率。存儲后的雨水可以用來澆灌周圍植物。施工時(shí)還需做好相關(guān)工程參數(shù)的有效調(diào)整，保證網(wǎng)格結(jié)構(gòu)邊坡傾斜角度能夠達(dá)到河道休止長度，降水時(shí)，河道地表徑流不會對施工材料造成不必要的沖刷影響，能夠盡可能地延長材料使用壽命。對于護(hù)坡結(jié)構(gòu)和河道的連接部分，建議選用錨桿結(jié)構(gòu)，用鋼筋混凝土制作錨桿結(jié)構(gòu)，再將錨桿結(jié)構(gòu)放在邊坡中，將護(hù)坡網(wǎng)格和河道邊坡連接在一起，保證護(hù)坡的穩(wěn)定性，發(fā)揮護(hù)坡在河道治理工程中的支護(hù)作用。此外，為了提高支護(hù)的穩(wěn)定性，選用鋼筋混凝土材料需要以實(shí)際施工條件為重點(diǎn)，選擇硬度較高的材料[3]。

根據(jù)河岸現(xiàn)狀及地質(zhì)情況采用不同護(hù)岸加固方式，具體情況如下：對岸坡較緩的凹岸迎流頂沖河岸段，采用拋石固腳+干砌塊石護(hù)坡，總長6.915 km；對岸坡陡且較高的凹岸迎流頂沖河岸段，采用拋石固腳+M7.5漿砌塊石趾墻+干砌塊石護(hù)坡，總長5.1 m；對臨近村莊且人口密集的河岸段，采用C20 混凝土固腳+生態(tài)磚護(hù)坡，總1.795 km。

3.4 植物種類選擇

遵循物種多樣性的原則，優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)剜l(xiāng)土植物，提高植物成活率，降低病蟲害發(fā)生概率。鄉(xiāng)土植物在河道治理工程中具有良好的防護(hù)作用，可有效提高河道治理的生態(tài)價(jià)值。對于植物群落來說，應(yīng)根據(jù)地形選擇不同植物，比如山丘區(qū)域，河道的流速比較快，洪水水位比較高，植物應(yīng)具有較強(qiáng)的抗沖刷能力，且根系更加發(fā)達(dá)，建議選擇細(xì)葉水團(tuán)花和碩苞薔薇植物類型；平原地區(qū)河道坡降比較小，但汛期時(shí)水位上升較快，要求植物有一定的耐水淹能力，可選擇蘆葦。如果河道水體內(nèi)含鹽量較高，或者土壤有機(jī)物豐富，建議選擇的植物同樣具有耐鹽堿性，可選擇怪柳這種中小型植物[4]。

3.5 堤防工程

槎水位于清豐山溪中游，據(jù)觀測資料統(tǒng)計(jì)，多年平均年降雨量為1540.3 mm，降雨量年際變化較大，實(shí)測最大年降雨量達(dá)2689.0 mm，最小年降雨量1042.6 mm，最大年降雨量是最小年降雨量的2.58倍。因此，有必要做好堤防設(shè)計(jì)，土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)如表2所示。

表2 土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

堤防工程中，加強(qiáng)堤身斷面設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50286—2013)的施工標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)圩堤現(xiàn)狀，基于堤線順直的情況下合理選擇加高培厚的方式。結(jié)合河堤周邊場地條件與建設(shè)要求，將堤頂?shù)膶挾仍O(shè)置為4.0 m，圩堤臨、背水面邊坡均采用1∶2.0，堤防加固總長1.11 km。設(shè)計(jì)堤頂路面寬4 m，鋪設(shè)0.2 m厚、 3.5 m寬的C20 混凝土路面，下墊0.15 m厚度的5%水泥碎石穩(wěn)定基層。為便于排除雨水，堤頂采用由路中心向臨水側(cè)背水側(cè)傾斜，坡度為1%。

基于就近的原則進(jìn)行護(hù)堤夯填，使用礫石材料，其余的在土料場取料，填筑作業(yè)使用裝載機(jī)攤鋪，整平后再機(jī)械碾壓，局部位置需人工夯填。混凝土施工時(shí)，需要一邊澆筑，一邊提漿壓光，采用滑式模板，要求模板與支架必須有足夠的剛度和穩(wěn)定性，模板表面光滑，接縫處嚴(yán)密且不會漏漿。伸縮縫施工時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸與填充料伸縮縫可每隔5 m設(shè)置一條，寬度在30 mm左右，要求深度和板的厚度相同，用聚氯乙烯膠泥進(jìn)行嵌縫，內(nèi)部填入瀝青砂漿材料，將瀝青切割為10 cm，厚度3 cm的小塊，加熱后攪拌均勻，采用瀝青砂漿填充法完成施工。

3.6 清淤疏浚工程

遵循清淤疏浚的基本原則，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，從防洪要求、親水景觀方面考慮，依據(jù)河道枯水水位線和實(shí)測河道底高程線，選取4個(gè)重點(diǎn)淤積段進(jìn)行疏浚設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)疏浚河道總長0.64 km，清淤疏?？偭繛?0 403 m3?？茖W(xué)控制下游水位，為清淤疏浚提供便利條件。清豐山溪干流河段下游控制斷面起始水位由設(shè)計(jì)洪水流量查水位流量關(guān)系確定，吳石水文站10年一遇設(shè)計(jì)，洪峰流量986 m3/s，所對應(yīng)的設(shè)計(jì)洪水位為24.03 m，支流槎水出口斷面起始水位采用2017 年編制的《鄱陽湖區(qū)1～5萬畝及其他重要堤防除險(xiǎn)加固工程豐城市塅上聯(lián)圩可行性研究報(bào)告》相關(guān)成果，詳見表3。

表3 設(shè)計(jì)水面線計(jì)算邊界條件

河道綜合糙率需要依據(jù)現(xiàn)場勘察情況，根據(jù)河道特征與河床組成情況，聯(lián)合水流流體確定，具體為0.025～0.030。此外，還需按照《水力計(jì)算手冊》計(jì)算跨河橋梁的橋孔水力情況，確保清淤疏浚工程開展順利。橋孔水力計(jì)算如式(1)：

(1)

根據(jù)上述公式進(jìn)行推導(dǎo)，得出式(2)：

ΔZ0=(Q/μ/ω)2/2/g

(2)

式中：ω為橋孔總過水?dāng)嗝婷娣e，m2;ΔZ0為上游的壅高水頭，m；μ為流量系數(shù)，一般與橋孔進(jìn)出口漸變段形式，以及橋墩墩頭形狀有關(guān)。

優(yōu)化工程導(dǎo)流方案。根據(jù)施工特點(diǎn)及地形條件，穿堤涵管、人行橋、機(jī)耕橋、下河埠頭以及混凝土固腳需考慮施工導(dǎo)流，其余受外河水位影響的施工項(xiàng)目，選擇在最枯時(shí)段進(jìn)行施工，不考慮在圍堰保護(hù)下施工。機(jī)耕橋和人行橋施工采用分期圍堰施工，一期施工約2/3 段橋梁，利用另一側(cè)開口導(dǎo)流，填筑圍堰擋水；二期利用已完工部分橋梁的橋孔導(dǎo)流，填筑圍堰擋水，施工剩余橋梁。經(jīng)估算機(jī)耕橋需布置圍堰約 130 m，人行橋需布置圍堰約120 m。穿堤涵管施工分別在進(jìn)出口布置擋水圍堰，各布置6 m。下河埠頭施工采用全段圍堰施工，每個(gè)下河埠頭布置圍堰26 m。圩鎮(zhèn)段生態(tài)護(hù)坡混凝土固腳擬安排在最枯月份施工，導(dǎo)流圍堰比枯水位高 0.5 m以上，本次設(shè)計(jì)擬建臨時(shí)圍堰高 1.0 m，頂寬1.5 m，填筑邊坡 1∶1，經(jīng)計(jì)算，圩鎮(zhèn)段生態(tài)護(hù)坡混凝土固腳的均質(zhì)土圍堰填筑4650 m3。

4 結(jié) 論

以豐城市槎水杜市段河道治理工程為例，根據(jù)治理結(jié)構(gòu)類型，完成現(xiàn)有堤防加固、兩岸局部岸坡加固、清淤疏浚、涉河建筑物新建及拆除重建等施工內(nèi)容，對施工方法進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。根據(jù)不同河道治理類型，采用不同施工方法，強(qiáng)化河道治理的生態(tài)效應(yīng)，經(jīng)過護(hù)坡工程、堤防工程、清淤疏浚工程的合理設(shè)計(jì)，突出河道治理工程的經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。