南沙河高台子大桥高速桥段河道治理工程研究

张蛟龙

(本溪市水利电力勘测设计有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

1 工程总体布局

工程段现有岸坎为面板护坡，面板破损明显，河道内淤积严重，滩地杂草丛生。本次岸坡防护为利用河道清淤土方在原有岸坡上进行培厚；在岸坡中设置马道增加岸坡稳定；马道下岸坡建设生态硬化结合种植植物防护，以提高河岸的防冲抗冲能力；在马道上岸坡种植植物防护；在岸顶种植乔木，形成有层次的植物生态景观；在河道中新建谷坊拦砂蓄水，与生态护岸形成防洪、景观、亲水及休闲为一体的生态工程。

2 工程设计

2.1 工程型式

工程段现状护岸型式为土堤，迎水侧为面板护坡。该工程是根据现有护岸型式进行护岸防护，在保留原有岸坡基础上培土加固，并结合生态河道治理理念，在岸坡上种植生物护坡防护。拟选定2种方案，①护脚水平防护生态护坡复式断面防护型式，②固滨笼生态护坡复式断面防护型式，简图见图1。

图1 方案比选防护型式简图

2.1.1 护脚型式

绿滨垫护脚水平防护施工技术要求较低，施工工序少，所需劳动力少，开挖量少，排水要求低，占用土地多；固滨笼护脚防护施工技术要求较高，施工工序多，所需劳动力多，开挖量大，排水要求低，占用土地少。水平防护占用土地均为河滩地，且施工过程中开挖断面小，对现状岸坡没有破坏；固滨笼护脚开挖断面大，施工过程中对现状岸坡破坏较大。

2.1.2 护坡型式

生态护坡应选择耐干旱、耐瘠薄、根系发达、覆盖度好、易于成活、便于管理、兼顾景观效果的植物，主要有草本植物、灌木、藤本植物以及乔木等。乔木栽植会提高坡面负载，增加土体下滑力和正滑力，在有风的情况下，树木把风力转变为地面推力，造成坡面的失稳和破坏；藤本植物主要用于坚硬的岩石护坡或土石混合护坡的绿化，是边坡防护的特殊形式；草本植物种植方便简单，且价格低廉。生长周期快，对防止土壤侵蚀效果较好；灌木具有良好的抗旱、保水、保土、防风沙、降尘土、抗盐碱等优点，而且生长快、耐贫瘠、对土壤环境要求不高。结合本工程现有防护型式及生态治河理念，护脚加固选择绿滨垫水平防护型式；马道以下护坡硬性防护采用绿滨垫防护。岸坡生物护坡防护在马道以上选择种植草本植物，在马到以下选择种植灌木。

2.1.3 河道断面型式

该工程河道内断面为主河槽与滩地相结合，采取主河槽清淤措施，对河道内阻水滩地清除；河道滩地进行高滩地平整及沙坑填埋。余土在两岸护坡处培厚，对现状岸坡起到稳固作用。清淤后使主河槽位于河道中部，宽度为15-35m。

2.2 建筑物高程确定

2.2.1 岸顶高程确定

该工程为护岸加固，岸顶高程与现有岸顶高程一致。

2.2.2 滩地高程确定

滩地整平后高度按照谷坊回水高度确定，高度为1m。

2.2.3 马道高程确定

马道为护岸工程日常维护使用，兼顾城市居民休闲、亲水作用。马道高程确定原则为特征水位加安全超高。特征水位指南沙河汛期常水位，即汛期河道水位，根据现场踏勘调查，并结合统计资料，最终确定南沙河汛期常水位为1.5m，安全超高是考虑南沙河水受风作用产生的波浪，若超高值选择过大，则亲水效果差，本次设计按0.5m取。最终确定马道高程为高于设计河底2m处。

2.3 断面设计

该工程护岸加固。断面型式：采用护脚、马道结合护坡的复式断面型式。护脚采用绿滨垫水平防护，水平段在滩地上铺设长度5m，护坡段沿1∶3坡比向上铺设至马道高程；在滩地以上1m高程处设置马道，马道上、下部位岸坡迎水坡比均为1∶3，马道下在硬化防护岸坡上覆土种植紫穗槐，马道上岸坡种植早熟禾；马道总宽2.3m，以临河侧依次为0.15m×0.25m×0.99m(宽×高×长)路缘石、2m宽沥青混凝土路面、0.15m×0.25m×0.99m(宽×高×长)路缘石，路缘石下设置0.1m厚混凝土垫层；马道临河设置警戒桩，警戒桩沿河间隔5m设置1处。

2.4 土堤稳定计算

2.4.1 渗流稳定计算

本次设计护岸形式为土堤，渗流稳定计算过程如下：

1)计算基本数据

渗流计算根据《堤防工程设计规范》的有关规定按照稳定渗流进行设计，根据地质勘测的试验资料，确定填筑土料的设计基本数，具体指标见表1。

表1 填筑土料设计指标表

2)计算方法及计算程序

计算按《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)的有关规定进行，首先判定土的渗透变形类型，根据地质条件和有关规范计算出土的渗透允许坡降；然后计算出各种可能的最不利工况的浸润线、渗流等压线等；最后计算出渗透坡降并判定渗流的稳定性。

3)计算工况选取

根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)对稳定计算控制时期和运行条件的规定，选取如下计算工况：临水侧为设计洪水位，背水侧为相应水位。洪水降落时对临水侧堤坡不稳定渗流。

4)计算断面选取

采用典型断面R0+000处断面。

5)计算公式

护岸为透水堤基上的均质土堤，工况(1)渗流计算采用《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)附录E.3计算公式，具体如下：

堤身、堤基单位宽度渗流量之和按下式计算：

(1)

式中：q为堤身、堤基单位宽度渗流量之和[m3/(s·m)]；qD为不透水地基上求得的相同排水形式的均质土堤单位宽度渗流量[m3/(s·m)]；H1为上游水位，m；H2为下游水位，m；L为上游水位与上游堤坡交点距下游堤脚上游端部的水平距离，m；m1为上游坡坡率。

其中qD按《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)附录E.2计算公式如下：

L1=L+△L

(2)

式中：qD为不透水地基上求得的相同排水形式的均质土堤单位宽度渗流量，[m3/(s·m)]；k为堤身渗透系数，m/s；h0为下游出逸点高度，m；m2为下游坡坡率；△L为上游水位与堤身浸润线延长线交点距上游水位与上游堤坡交点的水平距离，m；L1为渗流总长度，m；y为浸润线上任意一点距下游堤脚的垂直高度，m；x为浸润线上任意一点距出逸点的水平距离，m。

其他符号与前式相同。

特征水深和浸润线按下式计算：

h0-H2=

(3)

工况(2)渗流计算采用《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)计算公式，具体如下：

均质土堤水位下降时浸润线置按下式计算：

(4)

式中：H为降距，m；T为水位从初始位置至降落到堤脚或降落到最大降距所需的时间，s；T为计算时刻距始降时刻的时间间隔，s；he(t)和q(t)/k按下式联合计算：

(5)

6)计算结果

对选取断面计算出各种可能的最不利工况的出逸渗流坡降及稳定性，计算成果见表2、图2、图3。

表2 土堤渗透稳定计算成果表

图2 工况(1)

图3 工况(2)

2.4.2 土堤抗滑稳定计算

本次设计土堤抗滑稳定计算选取典型断面仍为设计桩号R0+000处断面，相关计算基本数据见表5-3，计算方法采用瑞典圆弧法进行计算，公式如下：

(6)

式中：W为土条重量，kN；Q、V为水平和垂直地震惯性力，kN；μ为作用于土条底面的孔隙压力，kN/m2；α为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，°；b为土条宽度，m；c′、φ′为土条底面的有效凝聚力，kN/m2和有效内摩擦角，°；MC为水平地震惯性力对圆心的力矩，kN·m；R为圆弧半径，m。

对选取断面按稳定渗流期和洪水位骤降期的计算成果见表3、图4、图5。

图4 稳定渗流期

图5 洪水位骤降期

表3 土堤抗滑稳定计算成果表

2.5 生态河道植物设计

2.5.1 生态工程布设原则

生态工程布设遵循以防洪、生态效益为主，兼顾经济效益。河流生态带工程要在确保河道防洪安全的前提下，努力实现生态、经济、社会等多种效益的有机结合。因地制宜，分段施策，综合治理，提出切实可行的治理典型模式。以河流、地域为单位，兼顾林业、畜牧业、农村产业结构调整等多种因素，构建结构合理、效果明显的生态防护体系。必要河段生态带布置要与护岸工程有机结合，相互协调，形成统一整体。结合原地表植被及工程措施，合理选择乡土植物，合理布局栽植区域。吸取当地河道生态措施建设的成功经验，结合河道两侧植物生长的状况，提出合理的治理模式。按照乔木、灌木和草植相结合的原则，统筹兼顾，形成综合防护体系。

会展旅游业的发展对于成都来说，不仅促进了城市经济的多元化发展，还大大解决了城市居民的就业问题，成为塑造城市形象的重要推动力，为成都市的核心竞争力的提升做出了巨大贡献。成都市会展旅游业的发展不仅仅带动了其自身的盈利能力，还带动了城市基础设施建设、餐饮业、住宿业、交通业、广告业等一大批相关产业的发展，使各个行业得到了有效的整合，促进了成都市服务产业水平的整体提升。随着市场经济的发展和产业结构的整合，成都市的会展旅游业也在逐步规范，形成了由政府主导和市场发展相结合的模式，使会展旅游业市场进一步扩大。

2.5.2 生态河道植物选择

植物选择应考虑河流栽植区域具体情况，栽植当地乡土树种，保障树木成活，并与周边环境相协调。为更好的发挥植物的生态效益，迎水侧种植物中选择耐水湿、耐瘠薄土壤、固土能力强的适宜水边生长的品种；岸顶种植物种选择当地河道常用乔木树种。

2.5.2.1 灌木选择

岸坡灌木选择种植紫穗槐。紫穗槐是耐寒、耐旱、耐湿、耐盐碱、抗风沙、抗逆性极强的灌木。紫穗槐具有以下优点。

1)紫穗槐主、侧根发达，韧性强，须根稠密，根幅大于冠幅，各级根系纵横交织形成网状结构，网络固持土壤。

2)紫穗槐可以减少雨水对边坡的冲刷强度，对降低水土流失更是有着明显的效果。该树种还具有一定的耐涝能力，可以在沟渠旁、河岸、坑洼和短期积水地种植。

3)紫穗槐对改良土壤十分有益，大面积紫穗槐种植可增加地表植被，有利于生态的恢复和防止水土流失。

2.5.2.2 草植选择

岸坡草本植物选择种植早熟禾。早熟禾喜阳光耐阴冷，有很强的抵御寒冷环境能力及耐阴性，被大量用于绿化，有绿化之王的美称。早熟禾具有以下优点。

1)生长速度非常快，能防止其他草种侵入，对比竞争有很强的优势，有重生能力，草型姿态优美，耐修剪，具有良好的景观及美化效果。

2)早熟禾有非常强的耐阴能力，可以在阳光照射比较微弱的情况下，捕捉微弱阳光，它既适合阴坡种植，也适合在北方寒冷的环境中大面积使用。

3)早熟禾做为景观绿化的栽培，具有优秀的景观及美化效果并有防止水土流失的功能。

2.5.2.3 乔木选择

岸顶乔木选择种植五角枫。五角枫树干高大，树形优美，叶片变色，耐寒、耐旱。五角枫具有以下优点。

1)五角枫生命力强，易生长，深根性，抗风力强，耐粗放管理。对环境的要求不高，对土壤要求不严，在中性、酸性及石灰性土上均能生长。

2)秋叶变亮黄色或红色，适宜做庭荫树、行道树及风景林树种。

3)五角枫为较好的防火树种。五角枫含水量大，含油量小，不易被点燃和燃烧。此外，五角枫枯枝落叶分解较快，有利于迅速减少可燃物载量，改变起火环境。适宜在居民区周边种植。

2.5.3 生态河道植物栽植设计

植物工程设计，马道下迎水侧坡面栽种1年生紫穗槐。紫穗槐栽种密度为：每500×500mm种植一丛，每丛2株。马道上撒播早熟禾草籽。岸顶栽种一排五角枫，胸径40-60mm，定干5m，顺水流方向栽植株距为5m。

2.6 谷坊设计

采用重力式毛石混凝土结构型式：跌水坝迎水面为直立面，高出河底1m；背水侧坡比为1∶0.75，顺水流方向长4m；谷坊上错落摆放景石与固宾笼浇筑一体。谷坊两侧与护脚水平防护绿滨垫相接。

2.7 交叉建筑物设计

本次设计交叉建筑物1座，为按原规模改造接长。交叉建筑物特性见表4。

表4 交叉建筑物特性表

3 结 语

综上所述，工程主要建筑物选址区无滑坡、溶洞等直接危害地段；无淹没区、发震断层区和地方病高发区及化学废弃物层等，上游无严重的污染物和有害物，工程对区间水文、泥沙、水生生物、气候没有明显的不利影响；工程区亦无较大敏感对象，没有制约工程兴建的重大环境问题。另外，选址区与周邻区域之间保持的安全距离和卫生防护距离均符合国家规定，二者在危险、危害性方面相互影响的程度较小，对工程本身无大的影响。对于工程范围内，影响建筑物本身的危险因素，通过治理均能保证主体建筑物的安全运行。