三道河某河段治理生态防洪堤设计

金星池

(辽宁辽东水务控股有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

河道是实现城市防洪排涝、景观文化、生态环境、雨洪调蓄和生活游憩等功能的重要载体，河道治理是城市封闭防洪体系建设和水生态环境修复的重要途径[1- 2]。随着本溪市沿河乡镇的建设发展、沿河居民非法建筑侵占行洪空间以及工业废水无序排放，导致三道河流域部分河段存在水资源枯竭、行洪能力下降、水污染严重、自净功能退化等问题。十八大后生态文明建设新要求提出流域综合治理要从单纯防洪排涝向兼顾生态景观建设方面转变，确保新时代治水工作可持续稳定发展[3- 4]。在充分分析三道河(甬子峪—杨木沟崴子段)河道防洪现状的基础上，按照“水清、河畅、岸绿、景美、宜居、繁荣”的治理要求，通过“重建生态环境、重塑河堤岸线、重构河堤护岸”，构筑“水安全保证、水文化丰富、水生态良好、水景观优美”的生态景观河道[5]，以确保河流功能的稳定发挥和河流生态的健康持续。

1 工程概况

三道河发源于南芬区思山岭乡台沟岭，由东南向西北流经思山岭乡甬子峪、三台子、杨木沟、思山岭、三道河村至平山区桥头镇河东村汇入细河。三道河流域面积238km2，河长35.5km，河道平均比降11.45‰。三道河(甬子峪—杨木沟崴子段)治理工程设计工程起点以上集水面积234.92km2，河长34.98km，河道平均比降11.88‰。河道治理范围从连心桥至6#桥上245m处，治理河道长度15.45km。按10年一遇防洪标准设防，通过在河道两岸新建堤防、新建护岸与现有防护措施连接形成封闭的生态防洪堤，以完善思岭乡防洪体系。

2 防洪现状及建设内容

2.1 河段防洪现状

根据三道河流域防洪现状及相关规划治理，三道河连心桥以下已全部治理，三道河连心桥以上河道多年来一直未得到有效治理，沿岸大部分河道沿岸无完整的堤防或护岸工程，已建防洪设施多为沿岸老百姓自行修筑，型式多为铁丝石笼护岸。该河段防洪标准较低，极易导致汛期洪水泛滥，主要问题体现在：①防洪标准较低；②结构型式不稳定；③施工不完善，施工工艺粗糙，无法达到较好的防洪防冲效果；④受多年洪水冲击影响，老化、损坏严重，部分设施已被洪水完全冲毁；⑤岸坎不连续、防洪能力不达标、汛期存在漫堤可能。现状典型情况如图1所示。

2.2 治理河道分段

根据三道河现状特点及保护对象重要性，结合近几年三道河沿岸居民受水灾影响程度，以三道河现有拦、跨河建筑物为节点，将三道河流域治理工程分重点治理段和非重点治理段，由下游至上游共分为8个工程段，即：连心桥上游段、房家堡桥下游段、财神庙河口段、二道河子桥段、牛河淀大桥上游段、甬子峪桥段、南沟桥下游段、南沟桥上游段。其中连心桥上游段、房家堡桥下游段、二道河子桥段、甬子峪桥段、南沟桥上游段等5段为汛期水灾重灾区，为重点治理段，采用工程措施防护；其余3段为非重点治理段，以河道疏浚、修坡整形及种植生态植物为主。如图2所示。

图1 治理河段防洪现状

2.3 工程建设内容

三道河(甬子峪—杨木沟崴子段)治理工程，上游始于6#桥上245m处，下游止于连心桥，治理河道长度15.45km。主要建设内容包括：新建防洪堤防总长1741.77m，其中左岸475.91m，右岸1265.86m；新建生态护岸总长4326.06m，其中左岸1722.19m，右岸2603.87m；河道疏浚8682m，岸坡修坡整形6768m，治理河道总长15450m；穿堤建筑物9座。

3 生态防洪堤设计计算

3.1 工程地质

治理河道位于低山区，地势起伏较大。钻孔勘探揭露工程区域内地层属华北地层区辽东分区辽南小区。出露地层主要为早侏罗世侵入岩、元古界混合岩、震旦系沉积岩及新生界第四系的全新统及地层。工程区位于中朝准地台北部、胶辽台隆、太子河—浑江台陷、辽阳—本溪凹陷的四级构造单元之上。地震动峰值加速度分别为0.05g，相应地震基本烈度Ⅵ度，属区域构造相对稳定区。堤基土主要由卵石层及全风化花岗岩组成。堤基各土层的承载能力可满足稳定性要求。堤基卵石层呈强透水性，渗透变形类型为流土管涌，允许坡降为0.10～0.20。工程区内环境水对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋微腐蚀性，对钢结构有微腐蚀性。标准冻结深度1.2m。

图2 治理河道工程段划分

3.2 护岸型式比选

三道河为典型山区性河流，坡降大，水流急，堤防护脚应采取抗冲刷性强的处理方式。根据治理河段防洪现状及地质条件，拟定4种堤防型式进行比选，见表1。

充分考虑现状堤防情况，以生态主导、因地制宜为原则，确保选择的堤型与现有堤防可以平顺连接[6]。根据河道上下游防洪堤现状，5段重点治理段的堤型选择为：

(1)连心桥上游段左岸现状为岸坎，采用土堤，右岸现状上游为固土挡墙，为便于岸线平顺连接，采用重力式挡土墙；

(2)房家堡桥下游段右岸现状为岸坎与石笼挡墙连接，采用土堤结合重力式挡土墙；

(3)二道河子桥段右岸现状为岸坎，采用土堤；

(4)甬子峪桥段左岸现状为岸坎，采用土堤，右岸现状为零散挡墙与岸坎连接，零散挡墙段之间采用重力式挡土墙，岸坎段采用土堤；

(5)南沟桥上游段左、右岸现状为岸坎，采用土堤。

3.3 防洪堤选材

3.3.1堤坡选材

根据选定的防洪堤堤型，优选格宾网石笼和联锁砖两种护坡型式进行比选，见表2。

从材料来源、施工难度、生态结合性、景观性和综合造价等技术经济方面综合对比，虽然联锁砖大规模铺设景观效果好，但由于需外购成品且施工难度大、成本高。因此，堤坡选材优选格宾网石笼。

3.3.2护脚选材

根据选定的防洪堤堤型，优选素混凝土、浆砌石和格宾网石笼三种护脚型式进行比选，见表3。

表1 防洪堤堤型比较

表2 堤坡选材比较

表3 堤脚选材比较

从占地面积、施工难度、基槽排水、护脚抗冲耐腐能力和综合造价等技术经济方面综合对比，虽然素混凝土综合造价较浆砌石高，但占用土地少，开挖量少，排水要求低，护脚抗冲耐腐能力较好，因此优选素混凝土护脚。

3.4 生态堤结构

防洪堤采用格宾网石笼生态护坡和素混凝土护脚，其标准横断面如图3所示。

生态防洪堤护坡坡比为1∶2.5，采用格宾网石笼护坡，厚0.4m，单个笼箱尺寸：3m×2m×0.3m，下端与素混凝土护脚挡墙衔接，挡墙顶宽0.6m，底宽1.8m；背水侧坡比1∶0.4，墙趾长0.3m。挡墙每隔10.0m设置分缝，挡墙混凝土强度等级为C25，抗冻等级为F200。

3.5 河道冲刷深度计算

河道冲刷深度按GB 50286—2013《堤防工程设计规范》进行计算，结果见表4。

根据表4计算结果，并结合该地区类似水利工程建设经验，考虑当地冻土深度，综合确定素混凝土护脚基础埋深为1.5m。

3.6 岸坡抗滑稳定分析

选择最不利断面Z12+600作为护岸典型断面进行抗滑稳定计算，护岸及岸坡地基土的滑动分析采用不考虑条块侧面作用力的瑞典圆弧法，计算程序为北京理正岩土软件边坡稳定分析模块。计算工况选取设计洪水位骤降期的临水侧边坡。堤坝填筑土料特性指标为：天然容重19kN/m3；饱和容重20.8kN/m3；内摩擦角Φ=42°；渗透系数1.27×10-1cm/s。根据GB 50286—2013，计算生态防洪堤整体安全系数，见表5。

从表5可知，在洪水骤降期和施工期防洪堤整体安全系数均大于允许安全系数，符合抗滑稳定要求，确定的生态防洪堤护坡坡比1∶2.5合理、安全。

图3 生态防洪堤标准断面

表4 冲刷深度计算成果表

表5 防洪堤整体稳定分析成果

4 结语

三道河(甬子峪—杨木沟崴子段)是流域中唯一尚未进行完全整治的河段，通过综合治理工程的实施，可以提高河道防洪标准，确保汛期沿河居民生命财产安全。治理河段属典型山区性河流，针对河道坡降大、水流急、漫滩阻水、土质岸坡冲刷塌岸等问题，通过新建堤防、新建护岸，采用“素混凝土护脚+格宾网石笼护坡”生态堤型与上下游防护措施有机连接形成封闭防洪体系，并有效修复河道生态属性。

在类似工程设计实践中，要综合考虑河道已建成防洪堤结构型式，优选工程适宜性高、衔接有效的防洪堤堤型、护岸和护脚型式及选材，确保河道治理工程既具有较好的安全稳定性，又具有良好的生态景观效果。