大同御河南环桥至京大高速桥段河道治理方案简述

梁倩倩

（山西省水利水电勘测设计研究院有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概况

御河流域位于山西省的最北端，流域总面积约5 016 km2，其中山西省境内流域面积2 612.7 km2。针对近年流域内产生的一系列生态环境问题，2015 年在大同市委、市政府高度重视下编制了大同市《御河流域生态修复与保护规划》，力争经过5 年整治，10 年自然修复，使御河流域生态全面恢复，重现“塞外明珠”风光。

工程位于大同城区御河已治理段的下游，自上游南环桥至下游京大高速桥，治理总长度为5.2 km。根据御河流域规划及工程现状确定本工程建设的主要任务是防洪、蓄水、生态，治理内容包括河道清淤、建设防洪体系、新建壅水液压坝、河道交叉建筑物设计等，通过对御河城区治理段的建设，形成“水、生态、自然、家园”的人与生物共舞的生态空间。

2 工程总布置

根据《防洪标准》（GB50201—2014），结合《大同市城市总体规划》，本次治理防洪标准采用100 年一遇，根据《堤防工程设计规范》（GB50286—2013），堤防及穿堤建筑物等级为1 级。本次总蓄水量为236.2 万m3，蓄水面积127.2 万m2，按蓄水量划分，壅水闸坝的等别和建筑物级别为5 级。

治理段起于南环桥下游现状5#橡胶坝，止于京大高速桥，治理长度为5.2 km。疏浚后河道为复式断面，由主槽、滩地、堤防组成。堤防控制线间距为300～670 m，布置与河势相适应且平顺衔接，防洪标准为100 年一遇。河道清淤后形成主槽，考虑河道生态水面的景观效果、行洪能力等，确定主槽线间距为120～530 m。滩地位于堤防控制线与主槽控制线之间，由现状沙坑及滩涂平整形成，在河道近岸蓄水范围内设置安全水域，河道设置深水主槽。自上游3.4 km 范围新建液压坝3 座，生态蓄水主槽宽度300～390 m，形成蓄水面积127.2 万m2，蓄水量236.2 万m3。

桩号N1+900 m 处册田水库引水工程管线为本工程的生态补水水源之一，对其进行更新改造。河道清淤后主槽内高压线塔基及大张高铁跨河桥，根据要求进行防渗防护处理。治理段西侧污水箱涵连接至非蓄水段河道；东侧箱涵为雨水箱涵，可直接进入蓄水河道。

3 方案比选

3.1 控渗方案确定

根据地质勘探资料，堤基及坝基主要为第四系级配不良砂（砾），局部夹含砂低液限粉土，属于中等～强透水性地层，存在堤基渗漏、渗透稳定等工程地质问题，需对河道进行控渗处理。河道控渗形式主要分为水平防渗与垂直防渗两种。本工程河道设计河底以下12～20 m 范围内存在低液限黏土层（Q2pal），渗透系数满足作为相对不透水层要求，但根据钻孔资料显示，该地层并不连续，因此本工程无可靠的相对不透水层，不适合垂直防渗，应采用水平防渗方案。

3.2 壅水建筑物型式比选

在天然河道上兴建壅水闸坝，应既满足日常立坝蓄水，又能满足汛期倒伏行洪，保证河道的行洪安全。在河道蓄水工程中常用景观壅水闸坝有：橡胶坝、液压坝、钢坝闸。对比三种坝型：橡胶坝造价低，但使用寿命短、塌坝时间长、冲砂性能差、运行维护较复杂；钢坝闸使用寿命长、闸门开启迅速，利于行洪、景观效果较好、运行维护较简便，但造价较高、坝体整体升降冲砂性能较差；液压坝使用寿命长、闸门开启迅速利于行洪、景观效果较好、运行维护较简便，可分片塌坝、集中排砂，造价比橡胶坝略高但比钢坝闸低。综合考虑，工程采用塌坝迅速，利于冲砂，费用较低的液压坝。

4 工程总体设计

4.1 生态蓄水工程设计

4.1.1 河道控渗方案设计

防渗材料选用复合土工膜，规格为800 g/m2，膜厚0.4 mm。为满足严寒地区防冻要求复合土工膜埋深为1.0 m，上设150 mm 筛分土保护层。土工膜基面处理分为以下情况：铺膜基础面为开挖基面，且基面无建筑垃圾，对基础进行碾压；河道开挖后基础面为杂填土时，开挖至铺膜基面以下2.0 m 或完全挖除深度小于2.0 m 的建筑垃圾，开挖后基面进行碾压并换填，碾压处理深度不小于1.5 m，压实系数不小于0.93，或相对密实度不小于0.6。河道内回填土采用开挖料内的原土，不得采用建筑垃圾等，回填压实系数不小于0.93。

4.1.2 蓄水建筑物设计

本项目共布设6#、7#两座液压坝（N3+370.0 处8#液压坝为拟建），特性见表1。6#、7#坝宽度均为300.0 m。液压坝由上游防护、铺盖、液压坝段、消力池、海漫、防冲槽组成，总长83 m。铺盖为长10 m 厚400 mm C25 钢筋混凝土结构，分缝长度15 m。液压坝段采用C25 钢筋混凝土筏式基础，底板长10 m，厚2.0 m，分缝长度20.0 m，边墙采用C25 钢筋混凝土挡墙结构，与底板整体浇筑，高6.5 m，顶宽0.5 m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.3。消力池段长17.0 m，1∶4 斜坡段长5.8 m，平段池长9.2 m，深1.0 m，底板采用厚0.5 m C25 钢筋混凝土，分缝长度15 m，边墙采用C25 钢筋混凝土悬臂挡墙结构，高7.4 m，顶宽0.5 m，底宽7.6 m，临水侧为直立面，背水侧边坡1∶0.1。

表1 液压坝特性表 单位：m

4.2 河道整治工程设计

4.2.1 纵坡、超高和冲刷设计

治理段起始高程1 025.08 m，末端高程1 010.143 m，设计纵坡分别为桩号N0+000—N2+143.9 m，2.4‰；N2+143.9—N3+370.0，2.1‰；N3+370.0—N5+240.2，2.8‰。根据《堤防工程设计规范》（GB50286—2013）和《水力计算手册》计算得：堤防超高为1.692 m，取1.7 m；100 年一遇（20 年一遇）水流平行于岸坡产生的洪水冲刷深度为1.6～1.8（0.5～0.9 m）；弯道冲刷深度为0.8 m～1.0 m。

4.2.2 河道主槽设计

桩号N0+000.0 m—N3+370 m 段为蓄水段，结合景观确定主槽控制线和四种护岸形式，布置长度分别为：自然护岸3 530.6 m，垂直护岸1 628.3 m，台阶护岸1 132.1 m，沙滩护岸586.3 m。综合考虑蓄水水面效果、工程土方开挖、河道护岸工程量及河道冲刷，在河道两侧设蓄水浅水区，即浅滩，根据河道纵坡及蓄水深度变化，浅滩设置范围为N0+450.0—N1+011.0 m（6# 蓄水池）、N1+150.0—N2+067.2 m（7# 蓄水池）、N2+637.0—N3+280.2 m（8#蓄水池）。在无浅滩区，主槽护岸高度不低于2.2 m，且不低于设计蓄水位+0.5 m，基础埋深为1.5～2.0 m，设置长5 m 厚0.5 m 格网石笼护脚，形式见图1～图4；有浅滩区，考虑到运行管理补水条件，蓄水水深设计为1.5 m，护岸顶高程为设计蓄水位+0.5 m，基础埋深为1.5 m，不再设置护脚，深水主槽位于河道中央，宽度不小于250 m，浅滩以下深度为0.5～2.0 m，断面形式见图5。

图1 自然护岸（无浅滩含护脚）

图2 垂直护岸（无浅滩含护脚）

图3 沙滩护岸（无浅滩含护脚）

图4 台阶护岸（无浅滩含护脚）

桩号N3+370 m—N5+240.4 m 段为非蓄水段，主槽控制线基本沿河道水流走势布置，由于现状沙坑的存在，主槽具有一定的蜿蜒性，为力求平顺有利于河道行洪且保证5 年一遇洪水不出槽，主槽宽度设计为120 m～270 m，深度为2.2 m，断面形式见图6。

4.3 河道交叉建筑物设计

4.3.1 补水管线更新设计

册田水库为本工程生态补水水源之一，其引水管线位于河道桩号N1+900 m 处，为7#池蓄水范围。原管线为DN1 200 mm 预应力混凝土管，年久失修，渗水严重，故进行更新改造。工程亦采用DN1 200 预应力混凝土管，全长约860 m，涵盖范围从御河东路西侧至滨河路西侧，设计引水流量1.5 m3/s。

图5 深水主槽

图6 非蓄水区护岸

4.3.2 跨河桥及高压线塔基座防渗设计

开源桥位于桩号N1+350 m 处，河道宽度280 m，蓄水主槽宽度240 m，由于上下游主槽宽度均大于300 m，行洪时开源桥处水面壅高较大，对桥底及下游部分河底形成冲刷，故对开源桥上游10 m 至下游40 m范围内采用5 m×3 m×0.5 m 格宾石笼防护。

大西高铁在桩号N2+450 处交叉，位于8#蓄水池，河道蓄水池内桥墩编号为77～88 号，蓄水段范围内涉及到高压线塔基5 座，因河道清理可能影响主槽内桥墩及高压线塔基，故采用混凝土重力式挡墙进行防护，挡墙高出设计蓄水位1.0 m，基础距塔基最小距离不小于0.5 m，挡墙结构与河底防渗有效联系，形成完整的防渗体系，墙脚设5 m×3 m×0.5 m 格宾石笼防冲。非蓄水段塔基有3 座，采用坡比为1∶2 退台式格宾石笼斜坡防护，上铺0.3 m 种植土加草皮护坡，下设反滤土工布，坡脚设5 m×3 m×0.5 m 格宾石笼。

4.3.3 现状河道排水箱涵处理方案

治理段范围有4 条排水箱涵排入河道，西1 箱涵为少量经常性污水流入，西2 箱涵日常有东郊污水处理厂再生水排入河道，流量约40 000 m3/d，这两处箱涵采用DN1300 双壁波纹管输送至非蓄水段河道；东1 箱涵日常有水排入河道，流量约2 000 m3/d，东2 箱涵除雨水外无其他水排入河道，这两处箱涵水质较好，直接排入河道。