某河道综合治理工程措施分析

刘艳明

（北京市北运河管理处，北京 101100）

1 基于一维水动力模型水面线推求

计算河段为工程河段起点至河口处，总计算河长为2.45 km。计算范围的天然河道大断面资料采用此次的测量成果，工程后断面工程段采用设计断面，其余河段采用测量成果；其中工程河段计算范围共布置了81个大断面。一般大断面间距50 m，河段内遇桥梁、拦河陂、局部缩窄断面的上或下游加设断面。

为了准确分析沿河涉水建筑物对河道行洪的影响，测量时对桥梁的路基、桥墩和拦河闸坝的连接坝、闸墩及拦河陂尺寸一一测量，计算时将桥梁的路基、桥墩和拦河闸坝的连接坝、闸墩投影在下游大断面的面积，作为涉河建筑物的阻水面积，并将其作为不透水区域处理，桥梁采用能量方程计算其壅水值，闸坝采用堰流公式计算其壅水值。

工程河段计算范围虽然较小，仅2.45 km，但由于河道坡降较陡，洪水陡涨陡落，同时有较大支流，故计算对河段进行分段划分；治理河道及支流河段分段流量均与设计洪水成果一致。

工程河段水面线计算河道糙率根据河道过流情况选定，此工程在中小河流治理工程中进行过整治，但因河道内石块较多，且河道治理项目有一定时间间隔，故此项目工程前河段大部分断面糙率考虑采用0.035～0.04，最终取值为0.038；工程河段经整治后进行适当的平整，对河道内的部分石块进行规整，同时增加景观建筑物，对河道糙率有一定影响，故此次计算工程后的河段糙率基本与工程前取值一致，为0.038，部分河段河道内设有汀步，会形成一定阻力，该河段糙率增加至0.040。

根据上述计算资料和边界条件，采用一维数学模型计算出计算范围（P=2%、P=5%、P=20%、P=50%）工程前和工程后的水面线成果。

2 护岸型式及河底防渗方案分析

2.1 护岸形式比选

河道护岸改造型式主要坡式护岸、墙式护岸、组合式护岸三大类。

①坡式护岸断面相对较大，占地较多；基础与地基接触面积大，地基应力分布较分散均匀，对地基土层承载力的要求不高，对软土地基产生的变形和沉降适应性强，能够较好地满足岸坡结构荷载对地基稳定和变形的要求，且相对施工较简易，便于机械化施工，施工速度快，工期短，便于修复。②陡墙式河道岸坡断面相对较小，占地相对较少，挡墙防渗性能较强，对堤身土料防渗要求相对较低且堤身填土量较小，但挡墙对于基础要求相对较高，地基承载力难以满足要求的需进行地基处理。墙身与填土之间易产生不均匀沉降差，波浪易产生墙脚淘刷，对工程的整体稳定性不利；桩基施工时局部需做围堰，施工难度相对较大。③混合式河道岸坡断面占地较斜坡式断面小，较直立式断面大，比斜坡式断面减少占地，挡墙高度一般设置较小，容易满足基础要求。

三种护岸方案技术上均可行，从工程现状地形、安全运行、工程占地和便于施工、管理和使用条件等方面综合考虑，因地制宜选用。

2.2 河底防渗处理

河底现状工程段现状河底以漂石、卵石、粉细砂为主，抗冲刷能力较差，其中漂石、砂卵石为强透水性，粉细砂为中等透水性，为相对透水层。河床平时无生态基流，近年来随着水资源量的减少，大和坑程段基本无法形成有效径流，除雨季外，河道几乎处于干涸状态。

河底防渗目的是打造有效的水面景观，现拟采用适当的人工防渗措施保证景观蓄水水深，通过河槽防渗整治、生态河岸防护等综合措施，逐步修复河流自然生态系统，促进河道生态环境的发展，为宜居宜游地亲近自然生态河流，营造人与自然和谐共处的水域空间。

河底防渗方案比选河道防渗通常采用垂直防渗和水平防渗两种型式。垂直防渗采用混凝土沉模板墙沉模伸入不透水层。水平防渗多采用现浇混凝土板防渗黏土铺盖防渗、聚乙烯防渗膜料防渗等型式。防渗型式及方案选择要根据地质条件和河道治理断面型式等确定其适用性，并考虑工程投资方面因素。

由表1方案对比可知，方案一、二防渗效果优于方案三，方案一生态景观效果一般，施工难度较大，造价较高，方案二抗冲能力较好。综合以上分析比较，结合工程的河道治理断面情况，推荐采用方案二防渗结构。

表1 河底防渗型式比较表

河底防渗采用120 mm 厚碎石灌砂基层、0.10 m 厚现浇混C20凝土板处理，工程就地取材，充分利用现状河床卵石料，采用鹅卵石作为装饰和防护层，根据水面线计算成果分析，因中上游段流速较大，混凝土板增设12号钢筋网加强，可满足保护防渗板的防冲刷破坏要求。

工程为保持河流的自然状态，保留河流连续性、蜿蜒性等原有河流地貌形态，沿线防渗改造后河床呈蜿蜒曲溪布置。

3 挡墙稳定性分析

工程挡土墙主要包括：箱式框格挡墙、生态砌块挡墙、埋石混凝土挡墙。挡土墙典型计算断面选择具体如下：

3.1 护岸箱式框格挡墙

挡墙均建于河岸上，基底坐落在砂卵石回填层；此次设计选堤身箱式框格挡墙最大断面进行稳定计算，具体为：挡墙采用箱式结构框格挡墙形式，箱腔内充填回填土，挡墙总高2.64 m（含顶部0.20 m 厚C20 混凝土压顶），地面以下高0.56 m，地面以上墙高2.08 m，墙顶部宽1 m，为垂直挡墙。

3.2 埋石混凝土重力式挡墙

工程埋石混凝土重力式挡土墙采用C20 埋石混凝土（20%）浇筑而成，墙顶宽0.60 m，墙高为4 m，墙趾和墙踵处均设0.50 m高，0.50 m宽的台阶，挡墙面坡垂直，背坡坡比为1:0.45。

采用地质勘察报告中的相关岩土物理力学参数，分别对上述挡土墙进行稳定及应力计算，计算方法采用《水工挡土墙设计规范》中相关公式进行计算，并采用理正岩土挡土墙设计软件进行复核。前池挡土墙稳定计算工况分为：①完建无水。②水位骤降情况（由于挡土墙墙身均设置排水管，墙内外水位差定为0.50 m）。计算结果详见表2。

表2 挡土墙稳定及应力计算成果汇总表

从表2 可以看出，各种典型挡土墙断面在最不利工况下的抗滑稳定安全系数Kc 与抗倾覆稳定安全系数K0 均小于规范要求的允许值，基底应力均为压应力，应力比均满足规范要求。

4 结论

①结合河道治理工程实际情况，确定适宜的水文计算参数，采用一维水动力模型对河道水面线进行推求计算，确定不同频率的水面线情况，为工程设计提供参考。②选取坡式护岸、陡墙式护岸、混合式护岸3种类型进行比选，各方案在此工程中均具有一定的适宜性，需要结合实际情况进行选取。通过对典型挡墙断面稳定性复核计算，挡墙稳定性可满足相关要求。③选取砂土、聚乙烯防渗膜料、浆砌卵石保护层护底，100 mm厚防渗混凝土、砂卵石保护层，500 mm厚黏土防渗、中细沙、砂卵石保护层3种河底防渗结构进行比选，100 mm厚防渗混凝土、砂卵石保护层投资适中、施工简便作为推荐方案。