城市河道綜合整治設計研究

蔣曉艷，劉菲菲，鐘琦皓，王啟凡

(1.淮安市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 淮安 223001；2.江蘇省水利工程科技咨詢股份有限公司，江蘇 南京 210000；3.華設設計集團股份有限公司常州分公司，江蘇 常州 213000)

河道整治項目是屬社會公益性質的，具有防洪保安、水環境提升等綜合效益。其效益是長期的，而且它的效益與社會、經濟的發展和人民生活水平提高是呈同步增長的。

根據城市總規及綠洲保障房區域調整控詳，現狀工農河自南向北流經保障房片區，與規劃綠洲保障房地塊、片區內規劃路網、市政設施多次交叉。作為改善民生的重要項目，綠洲保障房及其配套建設刻不容緩，工農河現狀河道的需提前改移，成為保障房能否快速、順利推進的關鍵。該項目的實施，可以解決綠洲保障房地塊開發建設與老工農河交叉嚴重的問題，并滿足區域防洪排澇要求，同時可以改善周邊環境。項目必要性和綜合效益明顯，項目設計工作的實施迫在眉睫。

1 工程概況

工農河為南京市重要的通江河道，河道位于雨花臺區板橋街道南部，在雨花臺區境內干流長度約為6.9km，上口寬24.4～83.4m，流域面積12.18km2。河道以老盛大橋和寧蕪鐵路橋為界分上中下3段，沿線有北支、南支、老板溝、板溝、鐵路邊溝等支流匯入。工農河屬于沿江小流域，源于江寧區谷里柏樹村、板橋馮家莊，途徑雨花臺區板橋街道，位置如圖1所示。工農河原為江寧河下游支流，江寧河從工農河下游共同匯入長江；江寧河改道以后，工農河目前為一條獨立的通江河道。河底主要位于②-1層粉質黏土及③-1層粉質黏土上，部分位于②-2層淤泥質粉質黏土、③-2層粉質黏土、③-3粉質黏土及④-2中等風化安山巖。目前工農河為現狀堤防頂高程遠不達標?，F狀堤防迎水坡較陡，大部分坡比接近1∶1左右，處于天然狀態，雜草叢生，工農河河道沿線雜草叢生，局部淤堵，影響行洪。同時工程段河道沿線水環境整體較差。

圖1 工程位置圖

2 河道工程適宜性評價

2.1 抗滑穩定性評價

擬建河道沿線地基土中，②-1層、③層、④層土力學性質相對較好，對地基抗滑穩定有利；①層埋深淺，工程性質差，對堤基穩定不利，應全部挖除；②-1層厚薄不一，可塑，可予以保留；②-2層呈軟～流塑狀，工程性質差，對堤防和護岸抗滑穩定不利，尤其當該層土厚度較大時，堤基與護岸抗滑穩定問題較為突出。除此之外，其余堤段抗滑穩定性較好。場地覆蓋層均為黏性土，抗滲效果明顯。河道使用期間，各土層遇水后強度會有降低，上部岸坡在雨水作用下會形成“淋雨溝”等，需根據水深、河坡深度、斜率等情況對河坡采取處理措施，減少河水對岸坡沖刷作用。

2.2 地基基礎評價

河道開挖后，河底大部位于②-1層黏土與③層粉質黏土中，局部位于②-2層、④-1層、④-2層之上。②-1層粉質黏土，中壓縮性，中低強度，工程地質性質一般，②-2層(淤泥質)粉質黏土，高壓縮性，低強度，工程地質性質差，③層粉質黏土，中等壓縮性，中～中高強度，工程地質性質一般～較好，④層安山巖及其風化層，強度高，工程地質性質較好，③層粉質黏土與④層安山巖及其風化層為良好淺基礎持力層。②-2層(淤泥質)粉質黏土為軟土，高壓縮性，低強度，厚度變化較大，承載力低，進行處理后作為河堤持力層。河道新建護坡施工時應挖除上部填土，對于局部填土較厚段，超挖后可換土回填，回填土選料及其密實度均應滿足要求。由于河岸線較長，應分段設置變形伸縮縫。

2.3 場地穩定性評價

根據區域地質構造，本區無活動性斷層通過，歷史上無大的破壞性地震發生，從地質構造和地震活動歷史等因素分析，本場地為相對穩定區。本場地分布有填土、軟土等特殊土，采用適當的處理措施及基礎形式后可滿足建筑物對地基穩定性的要求。綜上所述，場地適宜工程建設。

3 河道布置設計

3.1 河道平面布置設計

上游北支銜接段河道總體為南北走向拐彎銜接段，按主城河道藍線布置，河道起點處結合現狀工農河堤岸及河底，采用圓弧過渡與現狀老工農河北支做好銜接，轉34°，轉彎半徑R=23.0m；至工農河路和源泉路交叉路口處，接入主河道。河道底寬約1.6～3.0m、口寬8.0～15.0m，保護帶寬12m。河道左岸設6m寬堤頂路，河道右岸銜接規劃源泉路，道路規劃高程遠滿足防洪要求，不另設防洪堤。上游南支銜接段段河道為東西走向，按主城河道藍線布置，河道左岸沿工農河路道路紅線布置，右岸沿地塊用地紅線布置。河道底寬約3m、口寬15.0m，保護帶寬12m?？紤]到河道左岸銜接規劃工農河路，道路規劃高程均遠滿足防洪要求，不另設防洪堤。工程段河道為東西走向，按主城河道藍線布置，河道左岸沿工農河路道路紅線布置，右岸沿地塊用地紅線布置。河道底寬約5.5m、口寬20.0m，保護帶寬12m?？紤]到河道左岸銜接規劃工農河路，右岸銜接規劃地塊，道路及地塊規劃高程均遠滿足防洪要求，不另設防洪堤。下游銜接段河道總體為南北走向拐彎銜接段，一段為東西向一段河道走向改為南北向，轉彎角度90°，轉彎半徑40m。河道改為東西走向，終點處銜接現狀老工農河，轉彎角度48°，轉彎半徑33m。河道底寬約5.5～16.1m、口寬25.5～30.0m，保護帶寬9.25m。河道左岸設6m寬堤頂路，河道右岸銜接規劃新湖大道，道路規劃高程遠滿足防洪要求，不另設防洪堤。

3.2 河道豎向布置設計

改移河道河底高程考慮與上下游現有工農河河底的銜接，以及洪水下泄和沿河地塊排水需求。上下游河底銜接工農河改道工程起點處現狀河底標高約7.79，終點處現狀河底標高約4.49。市政雨水排水管網根據沿線源泉路、工農河路及新湖大道設計資料，本段工農河共接入4座市政雨水排口，包括2座d1800及2座d2200雨水口，管內底標高7.94～6.53m。沿線道路豎向工農河沿線工農河路豎向標高13.30～13.10m，新湖大道豎向標高13.79～13.04m，源泉路豎向標高13.30～12.79m。經洪水計算，并考慮沿線雨水口接入及上下游河底銜接，主河道設計河底6.34～5.41m，北支設計河底高程6.62～6.30m。主河道50年一遇設計洪水位9.85～9.71m，北支50年一遇設計洪水位9.86～9.84m，河道無常水位。根據規范，本工程堤防為2級堤防，堤頂超高按照0.8m考慮。河道50年一遇洪水位▽9.86～9.71m，堤頂高程應為▽10.66～10.51m。根據區域用地規劃，本次分為內河道沿線規劃道路豎向標高約為13.30m，綠洲保障房建設用地豎向標高約為13.80m，遠大于堤頂防洪高程，故僅對部分河段設二級堤防。

3.3 河道橫斷面布置設計

河道過水斷面通常有設計梯形和矩形兩種形式。矩形斷面適用于高窄型河道；梯形斷面適用于淺寬型河道。根據河道選擇的常規做法，河道上口寬/河深≥4時，宜做梯形；<4時，宜做矩形或復式斷面。本工程規劃上口寬15～20m，洪水位水深3～4m，寬深比大于4，可做梯形、矩形或復式斷面；結合生態城市建設的要求，綜合考慮水安全、生態景觀、經濟性等因素，針對工程段本次采用復式斷面。斷面形狀對比見表1。

表1 斷面優缺點

4 綜合整治設計

4.1 堤頂寬度及內外堤坡設計

現狀老工農河堤頂寬度1.5～2.0m，部分段兩岸無堤防，兩岸堤頂無路面結構，雜草叢生、難以通行，影響防汛搶險。堤頂寬度應根據防汛、管理、施工、構造等方面要求確定，且2級堤防堤頂寬度不宜小于6m。本次工程堤頂寬度按2級堤防實施取6m。為了保證安全，改移工農河段沿線除巖質邊坡外，以粉質粘土邊坡為主，土質較好。結合穩定分析，本次新開河道土質邊坡迎水坡坡比采用1∶2，背水坡坡比采用1∶3，河底兩側采用格賓石籠擋墻護砌。河道背水坡與道路銜接段可根據后方規劃道路高程放緩。

河道護坡常用類型有：混凝土護坡、砌石護坡、生態護坡等，均具有一定的抗沖性能，其生態護坡屬于柔性護坡，成本較混凝土護坡、砌石護坡低，較傳統的硬質化護坡有其特定的優勢。其優缺點對比見表2。經綜合比較，工程段采用聯鎖塊護坡，其余采用草皮護坡。

表2 護坡形式優缺點

為了材料制作采購方便，本工程段兩側迎水坡同樣采用聯鎖塊護砌，擋墻頂至河底高程以上4m范圍內迎水坡采用聯鎖塊護砌，以上部分及背水坡采用草皮護坡。護坡下設100mm厚碎石墊層及土工布。

4.2 擋墻形式設計

結合河道豎向分析及斷面形式，常用的河岸擋墻型式有鋼筋混凝土、漿砌塊石、生態格網、格賓擋墻等，本次設計分別從生態性、造價、景觀效果、工程性能等角度進行分析。格賓擋墻具有適應能力強；透水性好、結構全面性強、工程施工便捷、抗拉強度高、使用性能好、經濟發展、工程造價低、凈化環境、維持生態等特點，采用格賓擋墻能夠很好地改善河道的生態和城市景觀功能，同時造價適中。因此河道擋墻形式整體采用格賓擋墻。河道轉彎段流速快、沖刷大，故該段河道采用鋼筋混凝土擋墻，增強駁岸防沖刷護砌，河道底部采取拋石護底。擋墻結構對比見表3。

表3 擋墻結構

4.3 典型斷面設計

上游銜接段河段1河道總體為南北走向，銜接北支上游現狀河道。河道底寬約3m、口寬15m，河底高程6.62～6.30m。河道采用復式斷面，河底兩側以2m高格賓擋墻護砌，并以1∶2草皮護坡放坡至設計堤頂。河道左岸堤頂設6m寬泥結石路面。本段斷面如圖2所示。

圖2 河道1斷面圖

上游銜接段河段2河道總體為東西走向，遠期銜接上游規劃河道。河道底寬約3m、口寬15m，河底高程6.30～6.34m。河道采用復式斷面，河底兩側以2m高格賓擋墻護砌，并以1∶2草皮護坡放坡至設計堤頂。本段斷面如圖3所示。

工程段河道左岸沿工農河路道路紅線布置，右岸沿地塊用地紅線布置，河道底寬約5.5m、口寬20m，河底高程6.24～5.76m。河道采用復式斷面，河底兩側以2m高格賓擋墻護砌，并以1∶2放坡至設計堤頂。本段河道擋墻頂至河底高程以上4m范圍內迎水坡采用聯鎖塊護砌，以上部分及背水坡采用草皮護坡，本段斷面如圖4所示。

圖4 工程段河道斷面圖

為確保片區排水安全，與上下游現狀河道銜接時需先對現狀河道進行清淤。下游銜接段河道總體為南北～東西走向銜接段。河道底寬約5.5～16.1m、口寬25.5～30.0m，河底高程5.76～5.41m。河道采用梯形斷面，兩側以1∶2護坡放坡至設計堤頂。河道左岸堤頂設6m寬泥結石路面。本段斷面如圖5所示。

圖5 下游銜接段斷面圖

4.4 主要結構措施設計

為了保證構筑物控制沉降措施，在滿足使用以及有關的構造要求的前提下，構筑物體型應力求簡單。兩個構筑物需要留足夠的距離。管道采用柔性接頭并保證拼接尺寸。在有構筑物附近開挖時，應該加強監測，避免可能產生的不良影響。為了保證構筑物主要結構抗震措施，采用符合抗震要求的防震縫布置及構造措施。采用對抗震有利的結構形式。為了保證構筑物主要結構抗滲措施，所有地下結構采用抗滲措施。保證構筑物在極限情況下裂縫寬度不超標。施工中不設置豎向施工縫，水平施工縫按抗滲要求處理，合理布置伸縮縫。為了保證構筑物主要結構抗浮措施，主要采用自重抗浮。為了保證構筑物結構防腐蝕及耐久性措施按防腐要求進行結構布置和構造處理，鋼制品均采用防銹、防腐。按規范控制結構的裂縫寬度。所有構筑物基礎底板當有墊層時，底板下層受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度不得小于40mm。與水、土接觸構筑物的壁(板)受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度為30mm。

4.5 河道結構設計

本河道排澇等級按50年一遇，河道堤防等級為2級。河道擋墻每隔20m設沉降縫一道，縫寬20mm，縫內嵌瀝青木板，須頂緊無縫隙。河道開挖時綜合考慮排水導流要求，既能確保工程實施期間排水通暢，又能保證本工程在干燥的環境下實施。應注意周邊建筑物的安全，必要時采取有效的支護措施，確保邊坡的穩定、周邊建(構)筑物及人身安全。還應對邊坡及鄰近建(構)筑物、道路、管線等進行監測。按照由深至淺進行，整個施工期間應注意基坑排水和地下水位的控制，開挖至設計層面以上200mm時，應請相關人員驗槽，驗槽合格后方可挖至設計標高，并應立即進行結構層施工。施工期間應采取降水措施，地下水位降至河底基底以下500mm。土方開挖后的棄土應及時運出，不得堆放場地四周，確保邊坡穩定。

5 設計效果分析

工程設計內容包括新開河道斷面、迎水坡護砌、堤頂路等。設計后進行了工程的實施，在最低造價之下，解決了綠洲保障房地塊開發建設與老工農河交叉嚴重的問題，滿足區域防洪排澇要求，改善了周邊環境，表明雨花臺區工農河河道整改設計是有效的。整改后效果圖如圖6所示。

圖6 設計實施后效果圖

6 結語

在河道整改工程進行的同時，需做好環境監測工作，保證周邊環境不受河道整改的影響。也需要對水土保持進行干預，并制定好相應的水土防治責任。同時，需要根據現場實際，對河道兩岸的生態進行保護并做好相應的景觀設置，兼顧生態和景觀的需求。最重要的是，要把工農河流域的整治融入到海綿城市的建設中為一體，通過河道整改促進海綿城市建設，是解決城市水問題的重要途徑，也是生態文明在城市建設中的具體體現。文章可以為類似的城市河道綜合整治的設計實施提供參考，但因篇幅原因未對河道的環境監測及河道生態景觀治理進行研究分析，后續還需完善對這兩個方向的研究。