山丘区河道综合整治实例

魏玉翠，薛 晶，鲍书娜，胡裕婷，姜新媛

(1.镇江市工程勘测设计研究院有限公司，江苏 镇江 212003；2.江苏省骆运水利工程管理处，江苏 宿迁 223800；3.苏州新一造价师价格事务所有限公司常熟分公司，江苏 常熟 215500)

1 工程概况

句容市位于江苏省西南部，境内水库众多，因此产生了较多的水库移民。句容市茅山镇何庄村属于句容市重要移民村，地处二圣水库上游，距离南京市、镇江市均不到1 h的路程，104国道、常溧高速近在咫尺。何庄村环境优美、气候宜人，曾经接纳水库移民76户，现存移民156人，移民后代304人。

为提高后扶结余资金的使用效益，改善安置村环境，特别是改善水系环境面貌，集中使用后扶资金，把茅山镇何庄村列为建设对象，实行“美丽库区幸福家园”建设，经过省、市地方慎重考虑，重点实施岗南河整治工程。

岗南河多年未进行过清淤，河道蜿蜒曲折，现状岸线自然多变，迎水坡为自然土坡，岸坡杂草杂树丛生，影响河道行洪及周边水环境。目前，岗南河北岸正在新建居民小区，河道现状与新村环境极不协调，河道水景观效益得不到充分发挥。

为满足河道周边移民村庄改善人居环境的迫切需要，对岗南河进行岸线整治，增加人与河道亲水交互，方便周边群众用水亲水。同时，利用河岸整坡清杂，可使河道更加通畅地吸纳雨洪，并能有效地改善河道附近丘陵山区基本农田的农业生产条件[1-4]。

岗南河是山丘区河道，境内丘陵山区地形起伏较大。岗南河现状底宽3～40 m，河口宽度7～60 m，河底高程14.23～18.14 m，堤顶高程16.34～23.75 m，平均淤积深度0.8 m。

2 河道工程布置

2.1 总体布置原则

(1)岗南河河道、堤防设计满足行洪、挡洪要求，原则上不小于其自然或历史宽度。

(2)充分利用岗南河河道及现有堤防，以减少占地、拆迁及加固工程量，降低工程造价。

(3)河道整治应与周边环境、地区开发相结合，在满足河道现有功能前提下，提高河道的水土保持综合能力及景观效果。

2.2 工程布置

岗南河堤防沿现有堤防进行加高培厚，一般以堤防内肩线向外坡加宽加高至设计标准；岗南河起始段约100 m裁弯取直，其余段基本沿原河道中心线进行整治。

3 断面结构型式比选

河道护砌结构型式不仅应满足结构稳定和行洪安全，还应考虑工程造价，用地范围和河道景观。岗南河护砌段的河道断面型式，根据河道过水断面形状，可采用矩形断面、梯形断面，及复式断面三种。对这三种结构型式比较如下：

(1)矩形断面。此断面与矩形相似，占地面积不大，通常适合于用地受到很大限制的河道。这种断面可以改善河道过流能力，但是很难构建有利于生态系统恢复的基底条件，这对河道中的水生动植物会产生不利的影响，生态亲和性也比较差。

(2)梯形断面。这种断面与梯形相似，占地面积较矩形断面大，通常适合于场地较充裕的河道。这种断面可以构建有利于生态系统修复的基底条件，但是由于边坡的单一性和水深条件的限制，使得能够生长的水生植物相对较少，因此，生态亲和性一般。

(3)复式断面。复式断面按河道水位特征设置分级护坡和平台，占地面积略大，适合于场地较充裕的河道。这种断面容易构建利于生态系统恢复的基底条件，因地制宜设置了边坡和平台，有利于河道水生动植物的生长，生态亲和性较佳[1-2]。

结合本工程的实际需求，岗南河衬砌段北岸为新建居民点，南岸多为农田，总体用地较为宽松，河道过流断面经比较后采用复式断面。

4 护岸型式比选

4.1 护岸结构选择

传统的护岸结构有钢筋混凝土挡墙、砌石挡墙、木桩和石笼挡墙等，它们能有效地防止河道冲刷，维持岸坡稳定，并能充分发挥河道防洪、灌溉、航运等功能。钢筋混凝土挡墙和砌石挡墙均为硬质化结构，墙体建成后阻隔了水体与土壤之间的自然交换，从而导致河道的生态系统受到一定的损害；木桩和石笼挡墙在促进水土交换上有着一定的作用，但是原材料为不可再生资源，且耐久性一般[3]。

随着社会经济的发展，在河道整治工程中，防洪与景观、生态兼顾的需求逐渐提高。以安全为基础、以景观生态为导向，减少破坏河道自然环境，保证岸坡稳定的同时改善水生态环境是近年河道整治的主流。近年来，装配式生态护岸在工程中的运用越来越广泛。这是一种能适应生物生长，并具有多孔透水性的预制混凝土护岸，其具有施工速度快、造价合理、生态环保、质量可靠等优点。

传统护岸与生态护岸各有优缺点，本次岗南河护岸结构选择重点考虑以下几个方面：

(1)岗南河是山丘区河道，境内丘陵山区地形起伏较大，岗南河的护岸结构应有效防止水流对岸坡的侵袭和淘刷，维持岸线稳定。

(2)何庄村地处道教圣地茅山风景区，拥有果园等产业，经济基础较好，经多次现场踏勘、访谈，群众期盼全面提升新规划居民点的基础设施与村落风貌，岗南河的护岸结构应该有利于将何庄村打造成草木花香、生态观光、文脉相承的“美丽库区、幸福家园”。

(3)岗南河紧邻何庄村新规划的居民点，目前河道处于粗放、基本无维护的荒芜状态，河道水景观效益尚未发挥。岗南河的护岸结构应便于利用岸线整治提供充足活动空间，通过栈道、步道的置入提升可达性，能增加人与河道亲水互动，改善居住条件，方便周围居民用水亲水，满足河道周边移民村庄改善人居环境的迫切需求。

为了更好、更快地实现《国务院办公厅关于改善农村人居环境的指导意见》(国办发〔2014〕25号)提出的全面建成小康社会，在居住条件、公共设施和环境卫生等方面完全符合小康社会要求、为进一步改善农村人居环境的目标，在保障防洪安全的前提下充分考虑造福移民，改善移民村生活环境的重要思想，本次岗南河护岸结构选择装配式生态护岸。

4.2 生态护岸型式比选

为促进何庄村美丽移民乡村建设，本次岗南河护岸形式采用装配式生态护岸。按照结构形式，装配式生态护岸可分为墙式护岸、坡式护岸和板桩式护岸。根据句容市山丘区河道特性，在三种护岸形式中选择常用的几种结构进行比选。

(1)墙式护岸。阶梯式预制混凝土挡墙材料砌块工厂化生产，施工速度快，视觉效果好；可实现水体自净；柔性结构，能承受较大的地基变形，适应性好；但挡墙后回填土方要求高。

(2)坡式护岸。联锁式生态护坡主要适用于河坡较缓、河道两侧场地较为开阔的情况，联锁式生态护坡具有预制块护坡的优点，同时又能满足外观的需要，其中间孔洞可以种植耐水植物，净化水环境。其主要缺点是铺设的时间长，占地大。

(3)板桩式护岸。仿木桩适应变形能力较好，且桩本身及施工质量相对容易控制，仿木桩的景观、生态效果及后期维修与养护费用低，但工程费用略高。

结合以上三种结构的优缺点，考虑到岗南河为山丘区河道，河道蜿蜒曲折且地形起伏较大，为有效应对河道施工与沉降影响，并结合工程造价及景观效果，本次工程岗南河护砌段采用阶梯式预制混凝土挡墙进行护砌。

根据设计流量拟定河道最小设计断面：河道底宽7.0 m，两侧高于河底1.0 m处各设1个平台，平台宽1.0 m，平台以下坡比为1∶2.0，平台上设阶梯式预制混凝土挡墙，挡墙顶部与堤顶连接。

5 河道边坡稳定复核

5.1 计算代表断面

根据河道设计断面，对岗南河河道水面线进行推算。根据计算，岗南河全线按照20 a一遇洪水达标建设后设计水位为▽20.02～17.17 m。

根据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)，堤顶设计高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定。堤顶超高公式(1)如下：

Y=R+e+A

(1)

式中：Y为堤顶超高，m；R为设计波浪爬高，m；e为设计风壅水高度，m；A为安全加高，m。

岗南河属内河，风壅水面高度很小，可忽略不计，本次计算不考虑风壅高度。根据规范GB 50286—2013表2.2.1，不允许越浪的4级堤防安全加高值为0.6 m。岗南河及姜家河20 a一遇设计水位为▽20.02～18.39 m。由此，拟定岗南河护砌段堤顶高程为20.80～19.00 m。计算代表断面选用土质较差、堤顶较高的具有代表性的最不利断面CS5、CS9。

5.2 地质资料

句容市位于宁镇山脉南麓，区域大地构造处于扬子地台华夏系构造宁镇隆起，无明显影响安全的活动断裂通过，第四系晚期区域地壳活动已十分微弱，区域地质稳定性较好。根据地质勘察报告提供的地质物理力学指标及规划要求，对岗南河进行河道断面抗滑稳定复核。

5.3 计算工况及水位组合

正常情况，设计洪水位骤降至常水位时的临水侧堤坡，堤后水位取地面以下0.3 m；施工期河道无水的稳定渗流期的迎水侧堤坡，堤后水位取地面以下1.0 m；地震期河道多年平均水位遭遇地震，堤后水位取地面以下0.3 m。

5.4 计算方法

根据测量和设计断面、地质勘探报告和选定的水位组合，按照规范GB 50286—2013的要求，计算按瑞典圆弧滑动法，采用稳定计算软件AutoBank7.3进行分析计算。

5.5 抗滑稳定计算成果

本次设计对土质较差、堤顶较高的具有代表性的最不利断面CS5、CS9进行抗滑稳定计算，计算结果见表1。

表1 堤防设计断面抗滑稳定计算成果

由上表结果得出，设计断面堤防抗滑稳定均满足要求。

6 挡墙结构设计

6.1 挡墙结构

挡墙型式选用阶梯式生态框挡墙，岗南河两岸护砌总长1200 m。墙底高程▽18.30～16.50 m，墙顶高程▽20.80～19.00 m，底板采用C25素混凝土结构，宽1.5 m，厚0.4 m。墙后设置0.4 m宽级配碎石。挡墙墙后素土夯实，压实度0.93。根据岗南河周边风貌及当地河道的环境条件，常水位以上内河侧种植马尼拉草，挡墙顶部沿线按照1∶1∶1的比例种植云南黄馨、马尼拉草、芒草，种植空隙间铺设高羊茅草皮增加绿化覆盖率。堤顶两侧采用仿木混凝土栏杆，栏杆高1.2 m。

6.2 挡墙稳定计算

阶梯式生态框挡墙主要靠自重来保持稳定，挡墙抗滑稳定按照重力式挡土墙计算，挡土墙基底应力的最大值与最小值之比按照《水工挡土墙设计规范》(SL 379—2007)6.3.1的公式、挡墙稳定计算方法6.3.5的公式、抗倾覆稳定计算按照6.4.1的公式、地基承载力计算按照6.3.3的公式进行计算。计算工况为完建期、正常运行期工况，以CS5为例，水位组合见表2。

表2 断面CS5水位组合

根据水位计算组合，对挡墙进行稳定验算，如式(1)～(4)：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：σmax、σmin分别为最大、最小地基应力，kPa；∑G为作用于底板上的竖向力之和，kN；∑M为作用于底板上的力对底板中心力矩之和，kN·m；B为挡墙底板的宽度，m；L为挡墙底板的长度，m；η为地基不均匀系数；K为抗滑安全系数；f为底板与地基的摩擦系数，淤泥质土取0.35；∑H为作用于结构上的水平力之和，kN；K0为抗倾覆安全系数；∑MV为对挡土墙基底前趾的抗倾覆力矩，kN·m；∑MH为对挡土墙基底前趾的倾覆力矩，kN·m。

计算结果如表4。

表4 断面CS5挡墙稳定计算成果

由以上计算可知，挡墙的抗滑及抗倾覆稳定计算结果均满足规范要求，挡墙基底最大平均应力为59 kPa，挡墙基础位于③号粉质黏土及④号粉质黏土上，地基承载力分别为70 kPa、200 kPa，挡墙基底最大应力小于地基承载力，所以此段挡墙无需进行地基处理。考虑到挡墙建在河坡上，挡墙底部长期泡水，为减少施工扰动及不均匀沉降，在挡墙基础位于③号粉质黏土上的挡墙底板下设杉木桩，桩长3 m，梢径≥120 mm，施打间距1.0 m×1.0 m，总计1884根。

7 结 语

目前岗南河整治工程已经完成，工程中采用的阶梯式生态框挡墙是开放式的系统，与传统护岸相比较，其空箱式结构既满足防洪功能又达到景观及生态功能。该工程以河道整治为切入点，以水生景、以景提质，塑造成片水景观效果，将何庄村移民居民点打造成天蓝、地绿、水清的生态宜居家园，对句容市社会主义新农村建设起到至关重要的作用。