网站地图 原创论文网,覆盖经济,法律,医学,建筑,艺术等800余专业,提供60万篇论文资料免费参考
主要服务:论文发表、论文修改服务,覆盖专业有:经济、法律、体育、建筑、土木、管理、英语、艺术、计算机、生物、通讯、社会、文学、农业、企业

十家子河河道治理工程的设计探析

来源:原创论文网 添加时间:2021-09-11

  摘    要: 朝阳县十家子河为例,遵循有护岸段恢复原岸线、无护岸段因势平顺连接,结构型式易于施工、完工后易于维护,河道生态与工程布设相协调、人与自然和谐相处,工程布置少占用地等原则,科学设计了河道护岸、平整和生态治理方案,提高了治理河段行洪能力,改善了河道生态环境和沿河居民生活条件,稳固河道河势,保障了沿线村民安全以及村屯经济可持续发展。

  关键词 :     河道治理;工程设计;十家子河;朝阳县;

  1 、河道概况

  1.1 、基本情况

  十家子河为大凌河一级支流,发源于朝阳县西北部,干流自西向东流经朝阳市孟可乡、双台子区于扣北村汇入大凌河,河流总长42km, 流域面积627km2,平均比降6.94‰。根据不同河段的河流特点,可把十家子河划分为河源段、上游段和下游段。

  1)河源段:

  青山村以上,地势较陡,河道比降在25‰左右,河长8.35km, 河道狭窄,为山溪性河流,主槽宽3-15m, 平均主槽宽为5m, 占地面积为17.4km2。区域内有青山村,受发展方式粗放、缺乏有效管理等因素影响,河源段自然生态破坏严重,植被较差。

  2)上游段:

  青山村至东三家(召都巴支流汇入口)为上游段,为山区性河流,河道比降较河源段趋向平缓,平均比降为18.1‰左右。本段河长29.07km, 穿行于山谷之间。河宽变化较大,河宽30-120m, 平均河宽约60m, 主槽宽30-50m, 平均主槽宽约为40m。

  3)下游段:

  召都巴河入汇口以下至河口为十家子河下游段,即城区段。河长5.59km, 平均河宽约320m, 最大河宽达350m, 右岸已形成封闭堤防,左岸下游段已建有部分堤防,岸线较为清晰。
 

十家子河河道治理工程的设计探析
 

  1.2、 现存问题

  十家子河(青山屯至贝子胡同段)治理工程整治范围为青山屯至贝子胡同段,整治范围内各河段存在的主要问题如下:

  1)河道防护方面:

  治理段左岸大部分无防护,沿河村庄及道路受洪水威胁,洪水期村民安全及出行无保障;右岸现有防护工程破损严重,出现坍塌、变形、基础裸露等问题,无法继续发挥防洪作用,存在安全隐患。红庙子村河道左岸混凝土护坡多处护坡塌落,坡面混凝土脱落,护脚基础裸露,难以继续发挥防洪功能。

  2)河道平整方面:

  该段河道位于十家子河上游,现状河道比降较大,由于河道开采砂砾料,河床下切严重,弃渣堆、乱掘坑散乱分布,河槽较为杂乱。由于两岸侵占河道,局部河段行洪断面狭窄,对河道正常行洪影响较大。

  3)河道生态方面:

  河道内生态系统脆弱,近年来由于基本建设项目多,河道采砂量大,造成生态功能进一步退化;部分河段紧邻耕地,现状耕地种植结构单一,均以玉米为主,无法促进河道生态的恢复。

  2、 治理工程设计

  2.1 、总体布局

  为提高十家子河两岸居民点、重要基础设施等防护对象的防洪能力,达到有效防御洪水灾害的目的,改变洪水灾害日趋严重的局面,保护居民生产财产安全,对十家子河实施综合治理工程非常必要且势在必行,工程总体布局如下。

  治理河流包括十家子河干流及支流宁杖子河,治理总长度8.718km, 其中十家子河干流段长7.728km, 宁杖子支流长0.43km, 其他支流长为0.56km, 如图1。设计实施了护岸工程、河道平整工程和生态工程,共新建护岸工程11.757km, 其中干流左岸长3.496km、右岸长6.289km, 大宁杖子支流0.744km, 板扎沟支流0.192km, 其他支流回水0.936km; 左岸护坡改造1.207km; 新建防冲坎1处,河道平整长度为6.097km; 栽植护岸林5.947km, 棉槐27.5万簇。

  图1 十家子河流域水系分布图
图1 十家子河流域水系分布图

  2.2 、护岸工程设计

  2.2.1 、防护型式比选

  目前,常用的防护型式为坡式护岸、墙式护岸[1]。这两种护岸为传统的护岸型式,坡式护岸利用耐冲材料直接敷设在岸坡,以形成覆盖式连续防护,工程占地较大,但对河床边界条件影响较低。墙式护岸坚固耐用,抗压强度高,且占地小,但施工程序相对坡式防护复杂。

  方案一:墙式护岸。优点:有坚固耐用,稳定性好,抗倾覆能力强,适应任何地形,占地面积较小;缺点有坝体工程量较大,不利于布置生态工程。

  方案二:坡式护岸。优点:该护岸适于边坡明显、高度较高河段,坡面可以布置生态工程,与“修堤不见堤”的治河理念吻合;缺点:但是对于坝后填土质量要求高,对地质条件要求严格,对坡面压实度要求严格。

  结合十家子河青山屯-贝子胡同沿线情况,北双庙以下河段河道宽阔,同时考虑占地工程空间及防护任务以及兼顾防洪安全治理目标,该工程主体河段均采用坡式护岸。北双庙及以上河段河道狭窄,实施空间较小并结合当地实际情况及后期管理,故该河段采用墙式护岸。

  2.2.2、 建筑物构造比选

  目前较为常见的护岸有3种,即格宾石笼、干砌块石护坡和连锁砖护坡[2],这3种护坡型式的优缺点如下:

  方案一:格宾石笼。优点:适应变形能力强;网箱对填充石料保护,工程整体性好,抗冲刷性能强;因其填充石料间的空隙可以落淤,进而生长野草、野花等,其生态性能相对较好;缺点:与干砌石护坡相比,其工程投资较高;与连锁砖单平米投资相差不大,但其施工速度要较连锁砖慢一些。

  方案二:干砌石护坡。优点:施工工艺简单、进度快、工程造价低;缺点:工程整体性差,对石料规格尺寸要求严格,施工质量难控制。

  方案三:混凝土连锁砖护坡。优点:建筑材料为预制件,施工简单、快速,由于有钢绞线相连接,其结构强度较干砌石护坡和传统的联锁砖要高很多,基本与格宾石笼持平;缺点:抗冲刷性能差,生态效果较干砌石和格宾石笼差,坡面不能作为植被生长的载体。

  经以上三种护坡材料和结构型式的比较,格宾石笼优于其他两种方案,目前采用了铁线镀锌防腐技术,解决了锈蚀问题,延长了运行使用寿命,使其在牢固性、整体性、生态性及价格方面的优点更加突出,相比其他两种护坡型式优势明显,这种方案已被广泛采用,因此推荐方案一格宾石笼。

  2.2.3、 护岸岸顶高程确定

  现状岸坎高程高于10a一遇设计水位时,设计岸顶高程取10a一遇水位加0.5m超高[3];现状岸坎低于10a一遇水位的设计岸顶高程原则按现状岸坎高程,同时根据现状岸坎高程趋势,确定护岸顶高程线,尽量保证护岸顶高程平顺连接,不出现突变。根据水面线推求成果,根据岸坎高程及现场实际情况,确定护岸高程,护坡改造段顶高程按原有顶高程确定。

  2.2.4 、结构尺寸的确定

  1)坡式护岸:

  坡式护岸总高度分别为2-2.5m, 护岸下部护脚为宽1.0×高1.2m石笼,封顶为宽1.0×高0.4m石笼。护岸设土工布,土工布自封顶底面沿坡面铺至基础底面,护坡处土工布上铺10cm厚砂砾垫层。石笼护坡厚0.4m, 设计边坡1∶2.0,护坡上部回填0.3m厚种植土,坡式护岸结构如图2。

  图2 坡式石笼护岸断面图
图2 坡式石笼护岸断面图

  2)直立式护岸:

  石笼挡墙背为直立面,石笼底部垫0.1m厚砂垫层,石笼墙背水侧以及砂垫层下铺设土工布作为反滤,挡墙底部土工布与墙体间铺设0.1m厚砂砾垫层,挡墙高2.7m, 分3层砌筑,底层高0.7m, 中层高1.0m, 顶层高1.0m, 由上至下,一层、二层、三层石笼迎水侧错台0.5m, 墙顶宽1.0m, 石笼底宽2.0m, 石笼挡墙结构如图3。

  图3 直立式护岸结构图
图3 直立式护岸结构图

  3)护坡改造段护岸:

  护岸下部护脚为1.0宽×高1.5m石笼,封顶为宽1.0×高0.4m石笼。护岸设土工布,土工布自封顶底面沿坡面铺至基础底面,护坡处土工布上铺10cm厚砂石垫层。石笼护坡厚0.4m, 设计边坡1∶2.5,改造段护岸结构如图4。

  图4 堤防护坡改造段护岸
图4 堤防护坡改造段护岸

  4)平铺石笼:

  对桩号SY6+057-SY6+213段右岸原有护岸护脚进行平铺石笼防护,平铺石笼单体尺寸长×宽×高为4.0m×5.0m×0.5m。

  2.2.5 、护岸工程稳定计算

  1)计算工况选取。

  根据《堤防工程设计规范》对运行条件的规定,选取如下计算工况:

  正常运用的设计水位和常水位条件;非常运用的施工期条件下。

  2)石笼抗滑稳定计算。

  按《生态格网结构技术规程》中6.3.2的公式进行计算,如下:

  Ks=fΣG+c0×BΣH (1)

  式中:Ks为抗滑安全系数;c0为基地黏聚力,kPa; f为基础摩擦系数;ΣG、ΣH为作用在石笼上全部垂直于和平行于水平面的荷载,kN;B为水面宽度,m。

  3)石笼抗倾稳定计算。

  按《生态格网结构技术规程》6.3.1中的公式计算,如下:

  K0=ΣMVΣMH (2)

  式中:K0为抗倾安全系数;ΣMV、ΣMH为对石笼基底前趾的抗倾覆力矩和倾覆力矩(kN·m);

  4)石笼基底压应力验算。

  按《生态格网结构技术规程》中的6.3.3公式计算,如下:

  e0=B2?ΣMV?ΣMHΣG (3)

  式中:e0为偏心距,并且符合条件e0≤B/6,其满足要求时基础底面最大、最小应力可按下式计算:

  σminmax=ΣGB(1±6e0B) (4)

  墙式护岸参照重力式挡土墙计算结构稳定,计算包括挡土墙自身的抗倾抗滑稳定,并对地基承载力要求进行核算。挡土墙自身抗倾抗滑稳定采用采用库伦理论公式,计算过程中考虑工程可能发生的最大冲深对稳定的影响,墙式护岸结构稳定计算见表1,结构稳定计算均满足要求。

  2.2.6 、石笼网箱规格要求

  1)石笼网箱规格。

  石笼网眼尺寸为150mm×120mm, 采用生态网格工艺,所用生态网格材质是3.75mm热镀锌丝钢丝,钢丝抗拉强度不小于350MPa, 断裂伸长率不应小于10%,最低镀锌层重量为230g/m2。左右并排石笼之间均采用8#热镀锌石笼面钢丝绑扎、连接、固定,如图5。

  表1 墙式护岸结构稳定计算
表1 墙式护岸结构稳定计算

  图5 网箱石笼结构
图5 网箱石笼结构

  2)填筑石料规格。

  网箱填充物采用块石,要求石料最小粒径≥150mm、中值粒径≥于200mm。块石比重≤2.5t/m3,强度不低于MU30,遇水不易水解和崩解。不宜选用薄片、条状等形状的石料,不得将泥岩、风化岩石等用作充填石料,填充后网箱空隙率不超过30%。

  2.3 、防冲坎设计

  新建消能防冲坎1处,防冲坎采用石笼结构,坎顶高程与上游高速公路桥连系梁顶高程齐平,自上游向下游分别为堰体、陡坡段、海漫段。堰体长35.0m, 高2.5m, 分2层布置,底层宽3.0m, 高1.5m, 顶层宽2.0m, 高1.0m, 上游侧错台1.0m, 堰体两端深入两侧岸坎2.0m。陡坡段纵向长5.0m, 设计比降为20%,采用0.5m厚石笼砌筑。陡坡末端接石笼海漫,石笼海漫纵向长8.0m, 厚0.5m, 海漫顶高程490.10m。

  对北双庙过水路下游进行防护,防护型式为平铺石笼。平铺石笼长12.0m, 宽5.0m, 厚0.5m。

  2.4 、河道平整设计

  河道平整下边界为大宁杖子过水路面,上边界为北双庙过水路面,左右岸边界根据河势平顺、尽量不涉及征占地、土方平衡及原有岸线布置等原则综合确定,清理河段长6.097km, 中泓桩号为K0+300-K6+397。河道平整设计比降尽量维持原河道比降,主要对两侧边滩进行平整,对侵占河道河段进行清理,河道平整宽度在15-90m之间。

  2.5、 生态工程设计

  2.5.1、 治理原则

  1)以《十家子河河道治理规划报告》为基础依据。坚持人与自然和谐共生、绿水青山就是金山银山的理念,提高河道的自我修复能力,工程治理与生态措施并举[4]。

  2)在护岸工程迎水面和背水面,栽植灌木或乔木,在人群经常活动的地段的种植花草,利用植物根系,增强河岸的抗冲能力,从而达到护岸固滩的目的,逐渐归顺河槽,减小主槽摆动[5]。十家子河是多泥沙河流,生态措施可缓解河岸崩塌和水土流失,使河道水质和水环境得到有效改善,成为水清、滩绿、林茂的绿色通道。

  3)构建生态固滩带。综合考虑水文、气候、土壤等因素,利用河岸现有乔、灌、草搭配结构,减缓地表径流流速,构建生态固坡林带及固滩林带,拦截陆域面源污染。

  2.5.2、 工程布置

  生态工程主要为在坡式护岸迎水面栽植棉槐,河道宽阔段护脚部位种植护岸林,护岸林树种选择适宜生长的本土树种杨树。共布置护岸林5.947km, 其中十家子干流右岸布置3.493km, 左岸布置2.454km。

  在护岸工程坝脚处种植杨树,株距3×3m, 种植2排,错排种植;杨树栽植选取胸径胸径为4-6cm的树苗,3.0m定干栽植,挖坑0.6m×0.6m×0.6m。

  在护岸工程坡面处种植棉槐,护岸上覆盖30cm厚的种植土,种植棉槐;棉槐栽植:棉槐一簇三株、带根系、一到两年生规格,地径0.5cm, 栽植密度为4簇(12株)/m2,簇行距为0.5m×0.5m, 如图6。

  图6 护岸生态工程断面图
图6 护岸生态工程断面图

  3 、结 语

  为解决十家子河整治范围内河道左岸无防护,右岸现有防护工程破损严重,出现坍塌、变形、基础裸露,有效整治堤防护坡塌落,坡面混凝土脱落,河岸弃渣堆、乱掘坑散乱分布以及河床下切等问题,结合现场查勘资料和治理段实际情况,充分考虑当地水利部门与受益乡镇的建议,科学设计符合实际情况的治理方案,可为排除险情,加强朝阳十家子河防洪能力,确保防洪安全提供强有力的保障。

  参考文献

  [1]周长城,张立生态水利在河道治理工程中的重要性研究[J]中国水运, 2019(11)6:51-54.
  [2]荣云杰,刘经强,徐树宝.水利工程中生态护岸型式的研究[J].山东农业大学学报(自然科学版).2017,48(04):549-552.555.
  [3]赵超生态水利在河道治理工程中的应用研究[J]黑龙江水利科技, 2017.45(05):62-63,96.
  [4]沈思远,王欢,潘莎莎,等城市河道植物景观结构探析:以南京秦准河为例[J].天津农业科学, 2014,20(09):126-130.
  [5]樊亚玲城市园林建设中的植物配置探讨[J]现代园艺, 2014(08):129.

重要提示:转载本站信息须注明来源:原创论文网,具体权责及声明请参阅网站声明。
阅读提示:请自行判断信息的真实性及观点的正误,本站概不负责。