新三江排涝工程—镜湖直江工程河道护岸设计分析

郭凤霞

（绍兴市镜湖新区开发集团有限公司,浙江 绍兴 312000）

护岸设计上首先确保行洪、排涝的基本功能,在这个基础上充分考虑到工程区位以及对环境、生态的要求。把生态治水的理念引入到设计中来,尽量避免河道的“硬化”“白化”“渠化”。建设生态型岸堤是现代城市河流治理的发展趋势。一方面,利用生态岸堤生长的水生植物和由此而生存的水生生物净化水质；另一方面,通过河底、湖底坡面表层泥面生长的大量微生物、藻类、水生动植物形成的自然生物膜净化水体,提高河道本身的自净能力,达到改善水环境的效果

1 工程概况

新三江排涝（梅南路南侧区块水利及环境提升）工程—镜湖直江是绍虞平原整体防洪排涝工程体系的重要组成部分,工程位于绍兴平原中北部,镜湖直江南起狮子口河,北至梅南路,存在的主要问题是区内镜湖直江等骨干河道部分河段宽窄不一,狭窄河段河宽仅为数米,且河床淤积明显；同时沿河人行桥结构简单,跨度较小,行洪断面狭窄,极大地影响了镜湖核心区骨干河道的行洪排涝能力。根据《曹娥江流域综合规划修编》（2015 年～2030 年）,狮子口河至马山闸西江段最小控制河宽100 m。区域总面积1310 km2（合196.5 万亩）。本工程治涝面积为23.33 km2（合3.5 万亩）,保护范围主要涉及镜湖核心区灵芝街道及其周边地区。

镜湖直江桩号K1+814.60～K1+948.30 段流经蛟河桥（隶属洋江路,桥梁现状规模5 跨×20 m,桥面宽35 m,桥下现状河宽约75 m）,蛟河桥为近年新建桥梁,若拆除或加长对洋江路正常通行影响较大,故工程拟保持该段河道现状河宽不变。桩号K2+062.00～K2+132.20 段东、西岸分别为金群家园（又称洋江安置小区）、灵芝街道办事处,河道两岸均不具备拓宽条件,故工程拟维持该段河道现状规模,其余河段的最小控制河宽与《曹规》保持一致,见表1。

表1 工程规模表 单位：m

2 护岸设计

2.1 河道岸线选择

镜湖直江南起狮子口河,北至规划梅南路,为南北向主要行洪排涝河道。

（1）狮子口至凤林西路

该段河道现状河宽170 m～315 m,现状河长0.76 km。河道西岸自南向北依次为农田、越城区环境卫生管理处；东岸自南向北依次为官渡路、绿地。该段河道宽度满足规划要求,工程拟基本沿现状岸线新建护岸。

（2）凤林西路至洋江路段

该段河道现状河宽5 m～270 m,现状河长1.15 km。河道西岸自南向北依次为建材市场（含建材仓库）、农田；东岸自南向北依次为农田、已拆迁厂区、农田、蛟里村村址（现已拆迁）。

自凤林西路至北环河段最小河宽为167 m,河宽满足规划要求,本工程拟基本保持该段河道现状河岸线不变,仅对其进行护岸整治。

北环河至灵芝路段约有430 m长河道平均宽度仅为9.0 m,不满足规划要求；该段河道现有老化龙桥1 座,老化龙桥位于灵芝路化龙桥以南约55 m,始建于乾隆27 年（即1762 年）,并先后于咸丰五年、2007 年进行过维修加固。为拓宽河道以满足规划河宽要求,保护百年老桥,同时营造良好的区域水环境,镜湖直江自北环河至灵芝路段拟基本保持现状河宽和老化龙桥不变,于镜湖直江西侧20 m～28 m 新开95 m～110 m宽河道。工程拓浚完成后,镜湖直江自北环河至洋江路段由两条东、西河组成,东河为老河道,河宽6.5 m～52 m；西河为新开河道,河宽95 m～110 m；东、西河之间为20 m～30 m宽河心岛。

该段河道拓宽需拆除蛟龙桥和新化龙桥。

图2 镜湖直江（凤林西路至洋江西路）

（3）洋江路至梅南路

该段河道现状河宽15 m～150 m,现状河长1.12 km。河道西岸自南向北依次为灵芝街道办事处、镜湖交警大队、海马纺织有限公司、天医华佗殿、厂区；东岸大部分为金群家园（又称洋江安置小区）、农田。桩号K2+062.00～K2+132.20 段河道现状河宽为90 m～100 m,东、西两岸分别为金群家园、灵芝街道办事处影响,两岸不具备拓宽条件,本工程拟保持该段河道现状宽度不变。桩号K2+425～K2+700 段河道平均河宽不足30 m,本工程拟向东、西两侧拓宽河道至河宽不小于100 m,河道两岸新建护岸。

该段河道另需拆除龙图桥1 座,桥梁现状跨度11 m,桥面宽度4.5 m。

图3 镜湖直江（荸荠茎至梅南路）

2.2 护岸型式

工程位于建城区,根据《绍兴市镜湖新区河湖水系保护治理规划》,护岸后地面要求填高至百年一遇设计洪水位以上加20 cm～30 cm 超高,通过地块填高达到防洪排涝的标准。考虑绍虞平原各频率洪水位相差较小,尤其是大洪水时的水位相差更小,结合类似工程,选取安全超高为20 cm。

工程所涉河道20 年一遇洪水位为4.90 m,100 年一遇洪水位为5.08 m。故本次设计护岸顶高程最终按5.30 m 控制。为减少工程投资,同时确保护岸亲水性,工程河道护岸采用矮挡墙+缓斜坡的型式,护岸顶高程取3.75 m～5.2 m,内侧按1∶2～1∶5 接坡至现状地面高程,开发建设后填高地面至不低于5.30 m。

根据各段河道两岸及镜湖核心区城市规划,主要采取以下5 种型式的护岸结构。

（1）A 型护岸

采用单排松木桩+植物护坡型式,适用于生态性相对较高,景观性相对较弱的河段。

迎水侧挡墙采用6 m 长梢径12 cm 松木桩密排布置,桩顶高程3.75 m～3.80 m 低于常水位0.10 m～0.15 m。松木桩前抛填块石,松木桩后采用生态缓坡。（2）B 型护岸

图4 A 型护岸断面图

采用双排松木桩护岸+植物护坡型式,适用于河道较宽,生态性、景观性需求高的河段。

迎水侧挡墙采用两排松木桩+缓斜坡,两排桩长6 m 梢径12 cm 松木桩平行密排布置,其中近岸侧松木桩顶高程为3.75 m～3.80 m,外侧松木桩顶高程为3.60 m～3.70 m,两排松木桩间距为2.5 m。

图5 B 型护岸断面图

（3）C 型护岸

采用景观石+植物护坡型式,适用于景观性要求相对较高,生态性相对较弱的河段。

迎水侧挡墙采用M10 浆砌块石挡墙+景观石压顶,挡墙底部为0.4 m 厚C25 混凝土底板,墙身高1.0 m,墙身采用M10 浆砌块石砌筑,挡墙顶高程4.2 m,上部采用景观石压顶,护岸顶高程约为4.70 m,墙后接坡至现状地面高程。

图6 C 型护岸断面图

（4）D 型护岸

采用硬质挡墙+临水慢行道型式,亲水性好,生态、景观属性相对较弱,适用于周边为商业、商务、商住的河段。

护岸基础采用C25 混凝土,墙身采用M10 浆砌块石挡墙,墙顶高程为5.20 m。挡墙内侧设置亲水平台,邻水侧设置安全防护栏。

图7 D 型护岸断面图

（5）E 型护岸

采用单排松木桩护脚,适用于现状硬质挡墙生态改造。

利用现状老挡墙,拆低现状高挡墙至4.4 m,挡墙外侧增设2.5 m 宽水生植物平台,松木桩顶高程3.4 m～3.80 m,梢径12 cm,松木桩长6.0 m。

图8 E 型护岸断面图

2.3 护岸型式比选

结合生态河道两岸的功能定位、沿河路网规划、沿河景观规划,以及工程投资等方面进行综合比较后确定,新建护岸总长6584.23 m：A 型护岸长3047.21 m；B 型护岸长1218.62 m；C 型护岸长806.43 m；D 型护岸长914.9 m；E 型护岸长597.07 m。

续表2

2.4 挡墙应力分析

选取河道最不利断面（桩号JE0+449.0、JG0+204.0、JH0+332.0、JH0+332.0、JI0+235.0JE1+433.0）进行复核,各段土层物理力学指标采用值见表2。

表2 护岸型式比选结果表

（1）计算工况

工况一：完建期工况,挡墙外无水,挡墙内水头0.5 m；

工况二：正常运行期特殊工况,在防洪调度时,绍虞平原河网预泄时墙前水位至3.60 m,墙后水位仍为常水位3.90 m。

（2）计算公式

挡土墙的抗滑稳定验算和地基应力及偏心距计算采用如下公式：

式中：Kc为计算抗滑稳定安全系数；K0为计算抗倾覆稳定安全系数；∑G为作用于挡墙基底的全部竖向力；∑H为作用于挡墙全部水平向荷载；f为挡土墙底面与地基土之间的摩擦因数；[Kc]为容许抗滑稳定安全系数；[K0]为容许抗滑稳定安全系数；∑My为各力对挡土墙前趾的稳定力矩之和；∑M0为各力对挡土墙前趾的倾覆力矩之和；∑M为各力对挡土墙基底中心力矩之和；W为对挡土墙纵向形心轴的截面矩；∑G为作用于挡墙基底的全部竖向力；A为挡土墙的基底面积。

（3）计算结果

计算结果见表3,综合以上计算,在各种工况下均满足应力要求。

表3 地基土物理力学指标设计参数表

表3 挡墙稳定及应力分析计算成果表

2.5 挡墙整体稳定分析

（1）计算方法

护岸抗滑稳定计算选取最不利断面进行计算。按照规范要求,选用简化毕肖普法进行计算。

简化毕肖普法（Simplifiend Bishop）按照下列公式进行计算：式中：K为抗滑稳定安全系数；W为土条的重量,kN；u为作用于土条底面的孔隙压力,kN；α为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角；b为土条宽度,m；c'为土条底面的有效应力抗剪强度指标的凝聚力,kN/m2；φ'为土条底面的有效应力抗剪强度指标的的内摩擦角,（°）。

（2）计算工况

正常运用条件时的工况：工况1,常水位稳定渗流期,迎水侧护岸稳定计算。坡前水位3.90 m,坡后水位为地下水位取4.8 m（极端连续下雨工况）。

非常运用条件时的工况：工况2,完建期迎水侧护岸稳定计算。坡前水位取2.6 m,坡后水位取地下水位4.1 m。

（3）地质参数选用

本阶段在进行抗滑稳定计算时,正常运行期和施工完建期均采用固结快剪指标。各段土层物理力学指标采用值见表2。

（4）计算成果

根据上述计算理论及参数选用,进行计算,计算成果见表4,计算图见图9～图12。计算结果表明挡墙整体稳定性均高于规范要求。

图1 镜湖直江（狮子口河至凤林西路）

表4 护岸整体稳定计算成果表

图9 JE0+449.00 工况一护岸整体稳定分析计算图

图10 JE0+449.00 工况二护岸整体稳定分析计算图

图11 JG0+178.00 工况一护岸整体稳定分析计算图

图12 JG0+178.00 工况二护岸整体稳定分析计算图

3 结论

新三江排涝（梅南路南侧区块水利及环境提升）工程—镜湖直江实施后,遭遇20 年一遇洪水时：

（1）通过对镜湖直江进行拓宽,将在镜湖核心区南片形成一条南北向骨干排水绿道,有利于完善绍虞平原“由西向东、由南向北”的排水路径,改善平原河网整体排涝能力。

（2）区内拓宽河道局部断面最高洪水下降10 mm～20 mm,4.3 m 以上高水位持续时间减少约4.5 h,4.7 m 以上高水位持续时间减少约2 h～3 h。

（3）水质方面：通过拓宽镜湖直江卡口河段,改善了区域输水和排水能力,有利于本区域水环境的改善。

因此,本工程实施有助于降低镜湖直江部分河段高水位及其持续时间,且对镜湖核心区内河水质有较明显改善。对镜湖直江梅南路以南段河道进行生态河岸护砌,对土质岸坡进行植物绿化,有利于完善水利基础设施、减少水土流失,改善河道水环境。