兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程设计研究

曹 钦

（广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510635）

当下城区河道堤防改造与市政基础建设结合项目逐渐增多,如何对城区河道堤防改造工程进行合理设计、科学规划一直备受诸多学者关注。本次研究从实际案例入手,对兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程设计进行系统分析,并提出优化方法,如堤顶高程精确计算、堤身设计、堤身整体稳定性计算分析、创新技术及因素考量提升稳定性、强化质量保障的全过程管理等,为项目工程开展与组织实施提供参考。

1 项目概况

1.1 项目工程

兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程位于梅州兴宁市境内,本桥段项目工程,即“兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程”,起点位于兴南大桥,线路整体位于宁江右岸由南北上,途径海燕大桥、兴宁大桥。本项目工程贯通改造段长1428 m,拟建370 m达标加固堤段；1058 m堤顶道路贯通改造；跨河交通桥1座；以及全段道路、绿化景观设计。兴南大桥至兴宁大桥段总平面布置见图1。

图1 兴南大桥至兴宁大桥段总平面布置图

1.2 环境条件

1）地形地貌。拟建碧道位于兴宁市城区宁江右岸边,本次勘察区间上游至兴宁大桥,下游至兴南大桥。场地范围属于宁江河谷平原地貌及残丘地貌,包含宁江河冲蚀河道、河岸堆积阶地,华侨中学附近为侵蚀残丘。沿线地面高程106 m～120 m,地形较为平缓。地层岩性根据区域地质资料、现场地质测绘、钻孔揭露,场地地层从上至下分布如下：①第四系填土层（Qs）；②第四系冲积层（Qal）；③基岩。

2）地质构造与地震。工程区位于兴宁盆地中部,兴宁盆地处在区域性莲花山断裂带和河源深断裂带之间,但距离两断裂带较远,都大于50 km。盆地西部和西北部受南北、北东断裂控制,东部受限于燕山期花岗岩,盆地内断裂构造不多,区域稳定性较好。

3）水文地质条件。场地地下水主要为上层滞水、潜水及微承压水,主要赋存于线路的砂层中,接受降雨及宁江河水补给,上覆粘性土层,在河水高涨时,有承压性。

2 工程设计要点分析

2.1 以安全质量保障为重点

基于兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程建设实施的重要性,需提升前期设计的质量保障与安全巩固,结合实际需求及项目建设工程,在前期设计中侧重对工程本身价值及应用功能进行考虑。首先工程项目位于兴宁市核心区,涉及地域及环境较多,具有一定的复杂多变性,基于此在城区河道堤防改造工程的影响效应,首先以项目设计的安全性、质量性为核心,对该改造堤段的整体设计进行全面巩固,防止征地移民、生态环境、社会治安、媒体舆论等问题对项目实施的影响,设计中根据实际需求对堤防控制线、改造方案及施工方案等进行合理规划,并充分考虑现场环境及水文地质等,经过数据调查分析后,对设计方案进行二次升级,满足该项目设计的稳定性需求。

2.2 注重结合科学优化布局

在本次项目设计中注重现状结合,堤防控制线均沿用原堤防河岸线进行布置,最大程度减少对堤内建筑物的占有和侵占,开展相关贯通与堤顶市政道路改造建设,满足项目改造段长1428 m要求,桩号为兴南大桥至兴宁大桥段Z0+000～Z1+428。其中：跨河交通桥1座,桩号为Z1+117～Z1+177,位于支流曾坑河口位置,设计荷载采用公路-II级,抗震设防烈度为6 度,拟建3 孔预应力钢筋混凝土交通桥,单孔净宽20 m,桥宽度为11 m。在保证防洪需求的要求下采用碧道游径的连通,营造地区特色与景观,构建游憩系统,故本次规划景观节点一个,规划景观节点位于海燕大桥桥底空地,兼顾红色文化融入和配套休憩平台设施设备,形成一个以红色文化为主题的纪念性滨水景观空间,红色文化公园建筑面积约为3600 m2。

3 工程设计实践及方法分析

3.1 堤顶高程精确计算

堤顶高程根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）的规定,按设计洪水位加堤顶超高确定,精准计算如下： 堤顶高程根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）的规定,按下式计算：

式中：Y为堤顶超高,m；R为设计波浪爬高,按《堤防工程设计规范》附录C计算；e为设计风雍水面水高,按《堤防工程设计规范》附录C计算；A为堤顶安全超高,按《堤防工程设计规范》3.2.1确定,4级堤防（允许越浪）取A1=0.3 m。

计算结果,计算选取设计洪水位时水面宽度较大的部位,取桩号中1+250断面进行复算。计算成果见表1。

表1 堤顶超高计算成果表

工程范围内宁江河道区间的设计洪峰流量为1173～1203 m3,设计洪水位为111.56 m～112.83 m,故本次计算堤顶高程为112.06 m～113.33 m。

由于本次设计起止点应与现状西区防洪堤堤顶道路上下衔接,结合上下游堤顶高程,本次设计范围的堤顶高程取为112.10 m～113.60 m。

3.2 堤身设计

桩号0+000～0+370 采用衡重式挡墙,衡重式挡墙墙高6.5 m,上墙高3.5 m,挡墙顶宽0.7 m,台宽1.5 m,面坡坡比1∶0.05,上墙背坡坡比1∶0.3、下墙背坡坡比1∶-0.5,墙趾台阶高度为1 m,台阶宽1 m；桩号0+370～0+900 范围内,保持现状土堤,堤坡坡比1∶2直斜复合式断面边坡；桩号0+900～1+187、1+300～1+428 范围内采用悬臂式重力挡墙,悬臂式挡墙高4.5 m～5.0 m,挡墙顶宽0.5 m,背坡坡比1∶0.1,墙趾台阶高度为0.5 m,宽度为1.5 m,墙踵台阶高度为0.5 m,宽度为1.75 m；桩号1+187～1+300 范围内,保持现状堤防,堤坡坡比1∶2 直斜复合式断面边坡,本次设计坡面采植生混凝土护面；背水坡采用草皮护坡,坡比1∶2。

3.3 堤身整体稳定性计算分析

堤防整体稳定计算采用河海大学开发的AUTOBNAK7.7进行计算。边坡稳定计算根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）,采用瑞典圆弧滑动法,瑞典圆弧滑动法的总应力法公式：

瑞典圆弧滑动法的有效应力法公式：

计算参数取值：稳定计算的物理力学参数由现场钻孔芯样土工室内试验成果统计值并结合参考类似工程确定,堤防的物理力学参数采用值见表2。

表2 堤防抗滑稳定计算参数取值

计算成果：各断面整体稳定计算成果见表3以及图2～图3。

图2 Z0+180稳定计算结果

图3 Z1+000稳定计算结果

从表2中可以看出,Z0+180 断面在各工况下稳定安全系数均满足规范要求,故山边段堤防整体稳定安全满足规范要求；Z1+000 段在设计水位工况和水位骤降工况下的安全系数均不满足规范要求,故桩号0+910～1+100、1+300～1+428 段堤顶市政道路提升改造采用悬臂式挡墙堤防整体稳定不满足规范要求,需要进行抗滑处理。

4 优化工程施工方法及主要途径

4.1 创新技术及因素考量提升稳定性

河道堤防工程施工中涉及问题较多,会对整个改造堤段施工质量造成影响,例如在进行边坡施工管理中应对结合性进行明确,结合性主要是指对改造堤段岩土边坡稳定的标准化明确,通过边坡信息及标准化分析,对改造堤段施工过程及图纸等进行结合设计。对提升边坡工程质量尤为关键[1]。如缺乏结合性则会导致改造堤段岩土边坡施工中问题频出,如未结合地勘情况进行基础处理,可能会导致边坡出现结构安全问题,基础处理也应根据现场地质情况进行适当调整,如缺乏结合性可能导致基础处理不达标,对工程质量造成一定影响[2]。同时,在改造堤段施工质量管理中要对应用技术进行创新,施工技术的创新在于对改造堤段稳定效果提升。传统施工技术与工艺都会对改造堤段施工质量提升造成影响,技术创新与管理融合,可在较短时间内提升改造堤段施工质量[3]。

4.2 强化质量保障的全过程管理

从以往改造堤段施工层面分析,质量管理只涉及在阶段性层面,缺乏对整体施工流程,即全过程化质量控制。全过程化质量控制侧重于对传统质量管理的优化创新,在于对阶段性质量管理及控制工作的提升。以整体化、过程化对施工过程进行管控,并对各施工工序及过程进行阶段性控制、考核及检测,最后进行整个工程项目质量检测[4]。其优势特点在于巩固改造堤段工程整体质量,在于诠释阶段检测与整体检测的融合功能,在于将质量控制的细化向全过程转移。同时,质量标准作为质量管理重要环节,对提升质量、强化质量十分重要。在进行质量管理中要从标准化入手,将质量控制的时效性、功能性进行诠释。以国家市政施工标准为例,将质量管理方向进行明确,对质量管理制度进行设计。为日后全面提升质量控制及质量效率奠定基础[5]。

5 结语

通过对兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程进行深入分析,结合相关资料及实际案例,全面系统的开展城区河道堤防设计分析,本项目设计实施中主要以现场勘察、数据分析、计算整理及问题研究等为主,系统全面的对兴宁市宁江河碧道兴南大桥至兴宁大桥段工程进行设计优化,主要包括堤顶高程精确计算、堤身设计、堤身整体稳定性计算分析、创新技术及因素考量提升稳定性、强化质量保障的全过程管理等,为日后工程施工进行建议提出,为下一步工作开展奠定坚实基础。