河道整治工程中防护工程设计方案对比分析_陶圣叶.pdf

2023 年第 2 期水利技术监督工程实践DOI:10.3969/j.issn.1008-1305.2023.02.067河道整治工程中防护工程设计方案对比分析陶圣叶(盐城市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 盐城 224002)摘要:为了解决河道淤积，提高区域防洪排涝能力，保障区域社会经济可持续发展，盐城市实施了新洋港整治工程，在整治过程中，既要结合现状实际，又要综合考虑生态、绿化及后期规划等情况。通过结合实际工程，根据不同情况设计了相应的护坡防护、桩式护岸和墙式护岸设计，方案可以为类似河道整治工程提供参考。关键词:河道整治;防护工程;护坡;防护桩式护岸;墙式护岸中图分类号:TV861文献标识码:B文章编号:1008-1305(2023)02-0272-05收稿日期:2022-10-14作者简介:陶圣叶(1989 年)，男，工程师。E-mail:352283953 新洋港整治工程是江苏省江河支流治理建设规划 中列入的项目，主要建设内容包括新洋港蟒蛇河中段整治工程、新洋港盐城城区段整治工程及新洋港沿线封闭建筑物工程。新洋港整治工程实施后，可以满足新洋港腹部地区的防洪除涝治理标准，提高里下河腹部地区的外排出水量，有效降低区内水位。鉴于新洋港蟒蛇河(自池沟至泾口，总长21.1km;九里窑大新河，总长 9.4km)整治工程治理长度较长，不同段工程现状情况也不相同，不同段工程管辖单位和要求也不相同，本文主要对新洋港整治过程中所涉及的防护工程分情况进行分析，针对不同的情况经比选后选择不同的防护型式。本次防护工程设计主要根据地理位置不同分两种情况进行论述，分别是新洋港蟒蛇河中段防护工程设计和新洋港盐城城区段防护工程设计。1新洋港蟒蛇河中段防护工程设计新洋港蟒蛇河中段整治工程是从自池沟至泾口，桩号为 0+00021+100，总长 21.1km。蟒蛇河是大纵湖向盐城盐龙湖水库直接供水的通道。为保障饮水安全，在江苏沿海地区发展规划 中也提出作为“四纵五横”中一横新洋港大纵湖进行生态廊道建设。本次工程在河道满足防洪排涝要求的基础上，为了保障堤岸安全，防止水土流失河床淤积，拟对蟒蛇河中段全线进行生态防护。在满足防洪排涝要求的基础上，为了增加防护的多样性，沿线分段采用 4 种不同护坡形式进行防护:生态格网石笼护坡、格埂生态混凝土护坡、嵌入式护坡、植草块石护坡。1.1生态格网石笼护坡生态格网石笼护坡造价及维护费用较低，抗震、抗冲刷、抗腐蚀能力、透水性能强。考虑工程投资及防护性能，本段河道防护设计中，生态格网石笼护坡为主要设计方案。生态格网石笼护坡工程设计参数:笼体水平长度均为 2m，斜坡采用 20cm 厚的笼体，中间每隔90cm 加一个网片;新建防洪墙段(高程 0.50 2.50m)堤脚处设置 50cm 80cm 笼体作为护脚，护脚底部铺设 15cm 90cm 碎石(碎砖)垫层，其他段(高程 0.5 1.5m)堤脚处设置 30cm 50cm 笼体作为护脚，护脚底部铺设 15cm 60cm 碎石(碎砖)垫层，用以提高护坡的抗滑性;格网网孔 80mm 100mm;下设250g/m2土工布一层。结构如图12所示。图 1生态格网石笼护坡设计断面示意图类型272工程实践水利技术监督2023 年第 2 期图 2生态格网石笼护坡设计断面示意图类型1.2格埂生态混凝土护坡桩号 7+7009+350 北岸、7+6509+900南岸为学富桥以北河段，该段沿线支河口相对较多。考虑格埂生态混凝土护坡的抗冲刷及现场浇筑的施工灵活性等特点，同时为了增加防护形式的多样性，拟在该段采用格埂生态混凝土护坡，防护高程为 0.50 1.50m。格埂生态混凝土护坡工程设计参数:坡面上浇筑 100cm 90cm C20 混凝土框格，框格宽度10cm，深度 15cm。框格内浇筑 12cm 生态混凝土护坡，生态混凝土护坡下铺设 400g/m2营养型无纺布。护坡底部设置 30cm 40cm C20 素混凝土底埂，底埂下铺设 15cm 50cm 碎石(碎砖)垫层，护坡顶部设置 30cm 40cm C20 素混凝土压顶。结构如图 3 所示。图 3格埂生态混凝土护坡设计断面示意图1.3嵌入式护坡桩号 15+51015+970 北岸为胡乔木故居段，为建筑物密集区，为了保留故居原貌，减少征地拆迁，该段采用修建防洪墙方案，护坡形式采用嵌入式护坡，防护高程为 0.50 2.50m。嵌入式护坡工程设计参数:混凝土预制块高度为 50cm，水流方向宽度为 120cm，护坡底部浇筑170cm 20(30)cm C20 素混凝土混凝土压底，顶部设 40cm 20(14)cm 预制混凝土压顶。结构如图 4所示。图 4嵌入式护坡设计断面示意图1.4植草块石护坡桩号 10+55012+300 北岸，为滩地相对较宽河段，流速相对较小，同时为了增加防护形式的多样性，该段采用植草块石护坡，防护高程为0.50 1.50m。植草块石护坡工程设计参数:均匀抛掷 30 60cm 厚块石防护，块石底部铺设 250g/m2土工布，底部 15cm 50cm 用碎石(碎砖)垫层夯实挤淤，高程 0.50m 以上浇筑 30cm 50cm C25 混凝土护脚。结构如图 5 所示。图 5植草块石护坡设计断面示意图1.54 种护坡型式对比4 种护坡型式对比见表 1。2新洋港盐城城区段防护工程设计由于本次新洋港城区段河道工程地处盐城城区段，部分区段存在特殊性，从工程安全及经济合理性考虑，需采取针对性的防护措施。本次新洋港盐城城区段防护工程根据河道工程疏浚开挖结合对工程现场的进一步查勘和调查，以串场河河口为分界，总体上可分为以下 5 种类型:河道疏浚开挖后现状已有驳岸无法保留，同时现状墙后居民点密集、企业较多，拆迁量大。河道疏浚开挖后现状已有驳岸无法保留，但墙后不存在3722023 年第 2 期水利技术监督工程实践表 14 种护坡型式对比较护坡形式生态格网石笼护坡格埂生态混凝土护坡嵌入式护坡植草块石护坡1.2m 单价(元)(高程 0.50 1.50)514.032663.5281646.45745.2961.2m 单价(元)(高程 0.50 2.50)1096.2122737.63优点抗震、抗冲刷、抗腐蚀、透水性好，改善生态环境，造价及维护费用低具有高孔隙率，现场浇筑施工灵活性强，生态功能较好铺设简单，抗腐蚀、抗磨耗，持久耐用，抗震性能好施工技术 简 单，景观性较好缺点施工控制相对复杂造价相对较高造价较高造价相对 较 高，抗冲刷能力一般注:表格中为同期情况下产品价格。密集居民点及企业。河道疏浚开挖后，开挖面已至现状驳岸墙脚位置。现状无驳岸，但河道放坡疏浚后河口线大多位于现状河口以后。现状驳岸较破损，河道疏浚开挖后现状驳岸前滩面宽度减小。为串场河口上游，为串场河口下游。综上所述，根据各地情况不同共分为两种类型的防护型式:桩式护岸和墙式护岸。其中桩式护岸针对上述第种类型设计;墙式护岸中 A 型墙式护岸针对第、种类型设计、B 型墙式护岸针对第种类型设计。2.1桩式护岸设计2.1.1原因分析经过对本次新洋港城区段沿线河段的调查结合河道疏浚开挖情况，发现部分河岸存在以下问题:沿线居民点密集、企业较多，当河道放坡疏浚时涉及到相应的征地拆迁，其拆迁工程量大，费用较高。从工程安全(灌注桩排桩施工时不会产生振动，相对对沿线房屋影响较小)和节省投资(桩支护方案较征地拆迁方案费用较低)2 个角度考虑，本次设计拟考虑灌注桩排桩方案。2.1.2桩型选择目前工程中作为永久使用的桩式护岸的桩型主要有钢筋混凝土板桩和灌注桩。钢筋混凝土板桩排桩施工工期相对较短，可靠性较高，但板桩打桩震动对附近房屋影响比较大。灌注桩排桩结构是一种常用的支护结构，具有施工方便，受地形条件约束较小，挡土结构受力好等优点。综上所述，本次设计采用灌注桩排桩。2.1.3排桩护岸结构设计(1)桩长确定参考 SL 3792007水工挡土墙设计规范、JGJ 1202012建筑基坑支护技术规程 中相关公式及计算理论依据:Eax=12h21Ka+qh1K()acosKa=cos2cos 1+sin(+)sincos2h1=H hcEpx=12H2tKp+qHtKp+2cHtcos1 sin(+()cosKp=cos2cos 1 sin(+)sincos2式中，挡土墙墙后回填土内摩擦角，();挡土墙墙后填土对墙背的摩擦角，();挡土墙墙后填土重度，kN/m3;h1主动土压力对应土层的深度，m;Ht被动土压力对应土层的深度，m;H墙前地面至墙顶的高度，m;hc考虑墙后填土的黏结力作用时，主动土压力为零处的深度，m;Ka主动土压力系数;Eax主动土压力水平分力，kN/m;Kp被动土压力系数;Epx被动土压力水平分力，kN/m。由悬臂段长4m 初定桩长12m，根据桩底端力矩平衡的原理。结合地质资料相应土层对应的参数，墙前按上式可计算出相应各土层的土压力分布。经过多次试算确定桩长为 16m(含桩顶挡墙)时，桩底达到力矩平衡条件。偏安全考虑，其中水位取暴雨情况下墙后2.50m，墙前1.50m。墙后按堆土1.0m 考虑。实际桩长增加 20%理论计算长度后定为 19.2m，本次设计取19.5m，即桩底高程为 16.50m。各土层相应土压力参数见表 2。(2)桩结构计算根据桩受力情况，利用迭代法求出剪力为 0 位472工程实践水利技术监督2023 年第 2 期置:假定剪力位置对应为高程 7.00m，经过多次迭代确定剪力为零位置为高程 9.40m。故单宽截面承受最大弯矩即为上部水平力的合力对高程9.40m位置，相应 Mmax=449.16kNm。本次设计桩中心距布置为 1.6m，故单根桩承受的弯矩Mmax桩=449.16 1.6=718.81kN m。桩径 100cmC30 钢筋混凝土的灌注桩最大受弯承载力设计值为907kNm。故本次设计选用 C30 钢筋混凝土、桩径 100cm 的灌注桩。(3)整体稳定计算挡土墙墙后回填土取容重 =18.0kN/m3、内摩擦角 d=15，黏聚力系数 c=0kPa，其余土层参数根据地质资料取用。按正常运用期桩后水位为 2.00m、桩前水位为 1.00m 水位组合，采用瑞典圆弧法计算排桩整体抗滑稳定安全系数，Fs=3.15 Fs=1.25(2 级边坡)，满足规范要求。(4)排桩结构布置为节省投资和增强景观效果，本次设计钢筋混凝土灌注桩桩顶高程设为常水位以下 20cm 处，即桩顶高程 0.60m。桩上设置钢筋混凝土挡墙，墙顶高程 3.00m，桩间设预制钢筋混凝土插板。桩前设3m 宽平台，平台上抛块石厚 40cm。根据墙后地面高程不同分两种情况:墙后填土高于钢筋混凝土挡墙墙顶，墙顶设置栏杆;墙后填土低于钢筋混凝土挡墙墙顶，墙顶设置挡浪墙。桩长 均 为 17.1m，桩 底 高 程 16.50m，桩 径100cm，桩中心距 1.6m，桩顶挡土墙墙顶高程均为 3.00m。护岸结构如图 6 所示。2.2墙式护岸设计2.2.1A 型墙式护岸设计A 型墙式护岸为拆建型墙式护岸，为常规钢筋混凝土悬臂式挡土墙，墙顶高程为 2.00m，底板面高程为0.20m。底板前趾下设深40cm齿坎，基础表 2不同土层下作用在桩上对应土压力系数和强度土层标高/mCKa(主动土压力系数)Kp(被动土压力系数)pak(墙后主动土压力强度)ppk(墙前被动土压力强度)回填土3.00150.5561.8999.971.50150.5561.89924.931.00150.5561.89938.7831.0142.80.8941.12047.3869.117.6142.80.8941.120106.39143.054A7.6175.60.8011.25895.23165.8611.0175.60.8011.258122.12208.12图 6桩式护岸结构图5722023 年第 2 期水利技术监督工程实践采用 30cm 厚碎石挤淤。墙前在高程 0.50m 处设不小于 3.0m 宽平台，平台设计原则:在保证墙前至少 3.0m 宽平台的前提下尽量维持现状河口线，墙后 2m 范围撒播马尼拉草籽防护。护岸结构如图 7所示。图 7A 型墙式护岸结构图2.2.2B 型墙式护岸设计B 型墙式护岸为加固型墙式护岸，均采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙结构，墙顶高程 3.00m，底板面高程 0.50m。墙前在高程 0.50m 处设不小于3.0m 宽平台，平台设计原则:在保证墙前至少3.0m 宽平台的前提下，墙前滩面淤积较多需开挖位置平台宽度相应加大，底板下设单排 AZH-20-4B型钢筋混凝土方桩基础。护岸结构如图 8 所示。图 8B 型墙式护岸结构图3结语近年来，随着生产力的发展和社会发展水平的提高，对工程设计提出的要求也就更高，新洋港整治工程是盐城市重要的河道整治工程之一，整个工程具有治理范围广，沿河岸线情况复杂，工程设计要求标准高等特点，工程后期还需要与地方旅游发展规划相匹配。根据本次文章分析，对于河道整治工程的防护设计主要结论如下:(1)对于河道滩地相对较宽，流速相对较小的河道可以采用植草、植被结合块石或者千层石型式护坡，此类护坡施工技术简单，景观性较好。(2)对于河道支河口相对较多且生态功能要求高，同时资金允许情况下，可以选择格埂生态混凝土护坡，此类护坡具有高孔隙率，现场浇筑施工灵活性强，生态功能较好。(3)生态格网石笼护坡造价及维护费用较低，抗震、抗冲刷、抗腐蚀能力、透水性能强等特点，在开挖条件和施工质量能保证的前提下，可以推广使用。(4)对于疏浚开挖困难，河岸沿线居民点密集，企业较多等情况，可以根据具体情况选择生态护坡结合挡墙型式、桩式或者墙式护岸结构，此类防护生态性能较差，施工要求相对较高，造价高等特点，但是稳定性、安全性相对要好。参考文献 1郭阳，吴永娜 河道岸坡整治工程设计研究J 河南水利与南水北调，2022，51(8):61-62 2汪为维，查骏雄 河道治理工程生态型岸墙及岸坡工程设计 J 水利技术监督，2021(11):214-216 3董云飞 石子河河道整治工程设计探讨J 水利规划与设计，2018(7):157-160 4王浠浠，董礼翠，宋翠萍 河道整治工程对生态环境的影响及保护修复措施 J 内蒙古水利，2022(8):57-59 5杨静思，陈志乐 河道整治工程中直立式护岸结构选型J 水运工程，2021(10):271-275 6杨韫，付国臣，许丽萍 河道环保清淤工程施工技术研究J 绿色环保建材，2021(12)7李敏 试析河道的农业数字化管理与信息化建设 J 农业工程技术，2021(30)8李依洋 浅谈深圳市河道综合治理现状及启示J 陕西水利，2021(12)9孙春亮 农村河道综合治理存在的问题及对策研究J 乡村科技，2021(30)10罗贤伟，张晔明 基于物联网的智慧河道系统设计与实践J 智能建筑，2021(10)11雷声杨，丁时伟，胡东起 初雨截留系统在河道水环境综合整治工程中的应用分析:以深圳某河道水环境综合整治工程为例 J 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