河道治理工程中河道断面设计探讨

刘祖焕

（惠州市碧水工程项目管理有限公司，广东 惠州 516000）

1 工程概况

南部3 条河涌（莲塘布河、冷水坑河、河桥水）水环境综合整治工程位于惠州市惠城区三栋、河南岸两个街道（镇）境内。莲塘布河位于惠州市惠城区三栋、河南岸街道两个街道（镇）境内，治理河道长约9.2 km。起点位于莲塘布水库，流经惠大铁路、商贸技校及卫生职业技术学院、穿过惠南大道、后流经田心村、河村，穿过奥林匹克体育场馆，最后汇入金山湖[1］。冷水坑河发源于惠城区西南面的大山嶂，自西南向东北流动，穿越惠大铁路后流经上坑村，再穿越惠南大道后流经东江学府、冷水坑村，至红光村转北流，与河桥水汇合后，再沿金山大道在冰糖村附近流入金山湖，最终汇入西枝江。河桥水发源于惠州市区笔架山，河道起点位于新塘村，由西向东途径惠州学院、山水华府、金湖苑，至邱屋村汇入冷水坑主河道，最终流入金山湖。

莲塘布河流域集雨面积18.03 km2（不含规划新增的集雨面积5.25 km2），河长12.86 km，坡降0.0049；冷水坑河流域集雨面积为5.35 km2，主河道长度为5.42 km，纵坡平均坡降0.0088；河桥水流域集雨面积9.97 km2，主河道长度为6.53 km，纵坡平均坡降0.0048。

2 河道断面方案及设计计算

2.1 防洪排涝计算

蓄排涝采用闸排电排相结合的原则，计算时需同时满足排水闸出流公式及水量平衡公式。

水量平衡方程式：

式中：V末为时段末蓄涝容积；V初为时段初蓄涝容积；Qt为时段平均入流；qt为时段平均出流。

红楼水闸过流为堰流，公式如下：

式中：Q 为流量，m3／s；σs为淹没系数，根据水闸设计规范SL265-2016 附录A 中表A.0.1-2 查算；ε为侧收缩系数；m为流量系数；b 为闸孔总净宽，m；g 为重力加速度9.81；H0为闸前总水头，m。

根据以上边界条件计算可得规划情况下围内最高调蓄水位为13.74 m，《红楼水闸迁建工程可行性研究报告》调蓄计算的最高水位为13.91 m；《金山河综合整治项目初步设计报告》调蓄计算的最高水位为14.09 m；《惠州市惠城中心城区防洪排涝规划》调蓄计算的最高水位为14.28 m。以上三本报告所采用的西枝江水位过程线均为惠阳站1974.10 的成果，均已通过相关部门的审批通过，从工程安全的角度，且考虑金山湖片区规划地面高程均采用《惠州市惠城中心城区防洪排涝规划》的水位成果进行竖向规划，最终选用14.28 m进行下一步的计算。

2.2 河道断面选择

2.2.1莲塘布河

莲塘布河根据两岸用地情况，部分河段近期以沿老河道清淤疏浚为主，远期可根据南部新城规划及进程，进行防洪达标整治；部分河段周边建设发展较快，按20 年一遇洪水进行防洪达标整治。原则上在用地允许的条件下尽量拓宽河道过水断面以降低洪水位，本次整治主要是采用的断面形式包括：断面形式①混合复式断面（上梯形下矩形），断面形式②矩形断面及断面形式③复式断面（上、下均为梯形断面）。

方案一：复式断面+重力式挡墙

设计河道断面采用复式断面，河道设计底宽12 m；河床上设置重力式挡墙，采用C20 砼结构，墙净高1.85 m，挡墙墙顶设置3 m 宽亲水平台，平台以上边坡为1∶2.5；河道左岸堤顶路总宽6 m，沥青路面宽4 m，道路两侧设置1 m 的行道树绿化，右岸恢复现状人行道。

方案二：矩形断面+灌注桩式板桩墙

河道过水断面为矩形，设计河底宽15 m，两岸设置灌注桩式板桩墙墙，灌注桩桩长11 m，挡墙于墙顶设2.5 m 宽的悬飘板，其中包括0.5 m 宽的花池。河道左岸堤顶路总宽6 m，沥青路面宽4 m，道路两侧设置1 m 的行道树绿化，右岸恢复现状人行道，见图1。

图1 方案二：矩形断面+灌注桩式板桩墙

方案一投资较大，征地拆迁费用较大，景观效果较好；方案二投资较少，施工快捷，征地拆迁费用较少。综上所述，莲塘布河河道断面采用方案二。

渗流稳定计算主要根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013），采用河海大学工程力学研究所的《水工结构有限元分析系统（AutoBANK v7.0）》进行计算及分析。由计算结果可知，各断面均满足允许水力坡降的要求。各断面渗透稳定计算成果见表1。

表1 各断面渗透稳定计算成果表

2.2.2 冷水坑河

本次河道整治布置原则是按照土地利用规划结合现状河道进行河道轴线布置，河道断面选择尽量采用采用梯形断面方案，以利于水生生物的生存、繁殖，保持良好的水生态环境，尽量避免三面光的河道设计，无法放坡的河段采用矩形河道断面，其中河道断面底宽、岸坡宽度、岸坡高程等应根据各段地形及景观要求进行确定，根据河道的不同位置，从下游向上游分段论述各河段断面方案。

方案一：下部生态挡墙+上部放坡方案

新建河道采用梯形断面，设计河底控制宽度为6.0 m，矮挡墙采用生态挡墙，采用反滤生态砼砌块加筋挡墙高2.0 m，墙顶放坡按1∶2，坡面草皮绿化。岸坡坡顶设置综合道宽3.5 m，沿河道侧设花岗岩栏杆，由于放坡空间不足，背水侧临近房屋位置采用挡墙进行支护， 右岸挡墙开挖需要临时钢板桩6 m（拔除）。

方案二：下部放坡+上部直墙方案

新建河道采用梯形断面，设计河底控制宽度为6.0 m，两岸采用固滨笼护脚，护脚尺寸为1 m×1 m（宽×高），以上边坡为1∶2，采用中空预制砼六角块护坡，镂空位置回填土夯实，常水位以上部分铺设草皮。高度2.0 m 位置设C20 砼压顶厚300 mm，宽度0.6 m，高度2.0 m 以上采用草皮护坡。岸坡坡顶设置综合道宽3.5 m，综合道岸顶高程高出现状地面2.0 m，由于受两侧房屋空间限制，无放坡空间，临水侧和背水侧都要采用挡墙支护，采用U 型槽结构进行支护，河道两侧侧设花岗岩栏杆，右岸U 型槽结构开挖需要临时钢板桩支护，长度9 m。

从经济方面比较，方案一比方案二投资较少，方案一较优。从施工方面比较，方案一采用采用生态挡墙，采用预制块施工，挡墙采用的砼挡墙，无钢筋制作安装，施工速度快，受天气影响较小；方案二采用固滨笼护脚，要人工放置块石，U型槽结构需要钢筋制作安装，受天气影响较大。方案一较优。从景观方面比较，方案一，下部采用生态挡墙，可以填充种植土土进行植生，形成绿色墙体，并且河道立面生态化，生态及景观效果好；方案二采用中空预制砼六角块护坡，常水位以上部分铺设草皮，立面较单调，生态景观效果一般。方案一较优。综上所述，建议采用方案一为推荐方案。

本工程岸坡抗滑稳定计算选用桩号冷0+031.57、冷1+105.45 断面左岸坡。具体计算结果见表2。本次岸坡边坡级别为5 级，边坡抗滑稳定安全系数如下：工况一为1.05，工况二为1.05。从计算成果可知，各典型断面岸坡在各种工况下的最小抗滑稳定安全系数均大于规范允许值，满足规范要求，故本工程岸坡是稳定安全的。

表2 抗滑稳定计算成果表

2.2.3 河桥水河

根据沿岸现状调查，现状河道大部分的位置比较宽敞，局部河道与周边的建筑物距离较近，有些建筑物直接建于河道挡墙之上，局部河段河道用地被占用。工程总布置要充分考虑河道行洪要求及两岸用地征地等因素。本次河道尽量按水清岸绿规划的近期红线进行布置，减少拆迁，降低工程造价为原则；同时在满足防洪的基础上，岸坡布置尽量体现生态、人水和谐理念，为河岸美化提供平台，营造生态化的水环境。

方案一：左岸直立墙采用旋挖灌注桩方案

由于地基有淤泥质粘土，承载力较低，考虑采用旋挖灌注桩方案。左岸岸坡采用直径1 m 的C30 砼灌注桩，间距1.2 m，长度14 m，桩顶采用冠梁连接，桩顶高程15.00 m，灌注桩以上采用1∶2 放坡，坡面采用草皮护坡。右岸采用放坡坡面，采用两岸采用固滨笼护脚，坡比为1∶2.5，岸坡高程12.0 m 以下采用中空预制砼六角块护坡，高程12.0 m 以上采用草皮护坡。

方案二：左岸直立墙采用悬臂式挡墙加搅拌桩基础方案

左岸岸坡采用悬臂式挡墙方案，由于淤泥质粘土地基承载力能力不足，需要进行地基处理，采用水泥搅拌桩进行地基处理。悬臂式挡墙采用C25 钢筋砼，墙高5.45 m，挡墙顶以上采用1∶2 放坡，坡面采用草皮护坡，基础采用直径φ550的水泥搅拌桩（粉喷桩），间距1.0 m，梅花型布置，单桩长度6.0 m。右岸与方案一相同。

本工程岸坡抗滑稳定计算选用桩号河0+398.30 断面右岸坡。具体计算结果见表3。本次岸坡边坡级别为5 级，边坡抗滑稳定安全系数如下：工况一为1.05，工况二为1.05。从计算成果可知，各典型断面岸坡在各种工况下的最小抗滑稳定安全系数均大于规范允许值，满足规范要求，故本工程岸坡是稳定安全的。

表3 抗滑稳定计算成果表

3 结语

在水利工程建设过程中，要兼顾当地的自然生态，保护周边环境，满足城市在发展过程中的需要。对于水利工程，要及时解决河流管理过程中出现的各种问题，并采取相应的措施，更好地开展水利工程建设。通过对莲塘布河、冷水坑河、河桥水主要是对沿线河段进行综合整治，河道断面可满足20 年一遇洪水不受灾，本工程建成后，提高了防洪排涝标准，保障人民生命财产安全，消除了部分区域的后顾之忧，减轻了社会经济建设遭受洪涝灾害的威胁，将有利于促进区域经济和社会的可持续发展。