凤尾坑整治工程堤岸选择及稳定性研究.pdf

1、第卷第 期水 利 科 学 与 寒 区 工 程V o l ,N o 年 月H y d r oS c i e n c ea n dC o l dZ o n eE n g i n e e r i n gO c t,罗浩斌凤尾坑整治工程堤岸选择及稳定性研究J水利科学与寒区工程,():凤尾坑整治工程堤岸选择及稳定性研究罗浩斌(广州科学城排水管理有限公司,广东 广州 )摘要:以广州九龙凤尾坑(河)整治工程为例,针对河道淤积、防洪排涝能力不足、水质恶化、水土流失等问题,以生态护岸为理论前提,充分考虑河道实际情况,选取FW FW 段和FW FW 段为例,对堤岸结构选型做了推敲、比选、分析,确定最合理的堤岸结构

2、形式后又采用瑞典条分法验证了堤防的稳定性.结果表明:考虑生态保护和可持续发展理念,凤尾坑(河)FW FW 采用复式生态断面形式,堤防最危险断面稳定性满足规范要求.文中所述方案具有科学、可靠、实用等特点,且体现了人水亲近、人水和谐的治理理念,可为类似工程提供参考.关键词:堤岸优化;生态护岸;提防稳定性;综合治理中图分类号:T V 文献标志码:A文章编号:()收稿日期:作者简介:罗浩斌(),男,广东广州人,工程师,主要从事城市防洪内涝、水环境治理的工作.E m a i l:q q c o m.工程概况凤尾坑(河)又名凤凰河,属于流溪河的支流,发源于原萝岗区帽峰山东麓,自南向北流经重岗村、枫下村、广

3、州市九佛污水处理厂、马头 庄、凤尾村等地,最终在白云区钟落潭镇黎家塘村北侧汇入流溪河,干流全长 k m,流域面积为 k m.凤尾坑(河)在原萝岗区与白云区交界处的集雨面积为 k m,河长为 k m,扣除沙田水库至九太公路的 k m,原萝岗区境内的集雨面积为 k m.凤尾坑(河)整治工程的主要内容是凤尾坑(河)干流共 k m的河道整治,包括河道清淤、堤岸加固(重建)、防汛路建设,凤尾坑(河)干流堤岸整治工程是北海仔河流域综合整治工程项目之一,是提高知识城综合防灾能力、促进周边村庄改造的重要措施.堤岸结构形式方案比选生态护岸理念即利用新兴的生态护岸技术,采用植物或植物与土木、非生命植物相结合的手段

4、实现增加坡面和坡脚的稳定性,同时保障各种生物的生态环境,确保它们的共生和繁殖 .现将生态护岸理念用以凤尾河各典型河岸治理方案中,经过推敲得到下面的推荐方案和对比方案.FW FW 段堤岸比选()方案一(格宾石笼护脚塑筋水保抗冲椰垫护坡).湴湖水陂上游 m惠亚集团和惠亚集团白汾水汇入口两段的河道右岸均紧贴惠亚集团围墙,现状堤岸均为浆砌石直立挡墙.前者河道左岸为天然河道,岸上为一小山体,山体现状标高为 m.后者河道左岸为广州上进化工有限公司,规划地面标高为 m.两者规划地面 标 高 都 为 m,现 状 河 道 宽 为 m.对于湴湖水陂上游 m惠亚集团段,根据用地规划上述两段河道可用地红线宽度为 m,

5、设计河底宽为 m,主河槽宽为 m.由于其左岸小山体,需对山体开挖,挖除高度为 m.设计断面采用复式生态断面型式,主河槽与堤脚间形成宽 m左右的河滩地,主河槽采用格宾石笼护脚,格宾石笼低于景观水位 m,堤顶设置宽 m的防汛公路兼作为绿道,堤岸坡面迎水面采用塑筋水保抗冲椰垫护坡,背水坡才用草皮护坡.对于惠亚集团白汾水汇入口段,根据用地规划该段河道可用地红线宽度为 m,设计河底宽为 m,主河槽宽为 m.设计断面采用复式生态断面型式,主河槽与堤脚间形成宽 m左右的河滩地,主河槽采用格宾石笼护脚,格宾石笼低于景观水位 m,左岸堤身设计坡比为 ,右岸堤身设计坡比为 ,坡面及河滩地采用塑筋水保抗冲椰垫护坡,

6、堤脚采用格宾护垫防冲,格宾护垫厚 .堤顶设置宽 m的防汛公路兼作为绿道,缓坡景观设计可根据景观需求布置景观栈道,河滩地景观设计可种植水生、湿生植物,河底散置鹅卵石,点缀萝岗石符合自然规律,充分体现河道的自然之美.上述湴湖水陂上游 m惠亚集团和惠亚集团白汾水汇入口段组成的标段(FW FW )均使用复式生态断面型式,特点如下:河堤修成高低不一,起伏变化的园林地形,可根据用地宽度设计园路、营造活动空间,配合植物、园林小品等,组合成各种园林景观.河床局部可种植水生、湿生植物,河底点缀萝岗石符合自然规律,充分体现河道的自然之美.局部地段设置的亲水平台不仅增加了亲水性,并打破了断面形式的单一性,为河道增加

7、亮点.()方案二(格宾石笼护脚植被护坡).此方案采用河底宽 m,堤岸按 放坡设计,堤脚采用格宾石笼护脚,格宾石笼以下是厚 mm的片石垫层,垫层下铺设一层反滤土工布,基础采用稍径为 mm,长m的松木桩,间距 mm梅花形布置.堤岸坡面设一宽 m的亲水步道,堤顶设宽为 m的防汛路,岸坡坡面采用植被护坡.方案二有如下特点:河道断面结构单调,在主河槽没有任何景观点缀,在生态、景观效果上比较呆板,没有了河流的天然性.采用格宾石笼护脚虽然抗冲刷能力强,不对河道造成真正硬底化,但施工工序复杂,操作时间较长.斜坡段水位变动区设置无砂混凝土植草护坡,解决了硬化和绿化不能统一的矛盾,对地形适应性强.该方案施工工序较

8、多,工期较长.方案一相对方案二而言,只在主河槽中使用了格宾石笼,确保主河槽抗冲刷能力的同时又优化了施工工序,大大减少了工期.此外,方案一充分考虑了河堤美观,更紧密地围绕着生态护坡这一理念,创新性地提出了亲水平台、局部绿植、园林小品等人性化设计.综上所述,考虑长期效益,本次FW FW 段采用方案一(格宾石笼护脚塑筋水保抗冲椰垫护坡).FW FW 段堤岸比选该段为白汾水汇入口钟太快速路,本段右岸紧邻九龙大道,右岸大部分有规划道路,现状河道两岸大部分为天然河道,现状河 道宽 m,规划地 面 标 高 大 多 比 现 状 地 面 标 高 高 出m,根据用地规划该段河道可用地红线宽度为 m,设 计 河 底

9、 宽 为 m,主 河 槽 宽 为 m(其 中 黄 枝 水 出 口 段 宽 m).()方案一(复式生态断面).方案一采用复式生态断面型式,主河槽与堤脚间形成宽 m左右的河滩地,主河槽采用格宾石笼护脚,格宾石笼低 于 景 观 水 位 m,左 岸 堤 身 设 计 坡 比 为 ,右岸堤身设计坡比为 ,坡面及河滩地采用塑筋水保抗冲椰垫护坡,堤脚采用格宾护垫防冲,格宾护垫厚 .堤顶设置宽 m的防汛公路兼作为绿道.()方案二(梯形断面双排松木桩护脚).采用河底宽 m的梯形断面,堤岸按 放坡设计,堤脚采用双排松木桩护脚,松木桩间抛石回填,常水位以下采用现浇无砂混凝土植草护坡,堤顶设宽为 m的防汛路,岸坡坡面采

10、用植被护坡.此方案虽然结构简单,生态效果好,但亲水性不强.此外,在水位变动区域,松木桩的耐腐蚀性弱,护脚很容易遭到破坏.综上所述,此次FW FW 段堤岸结构形式采用方案一复式生态断面.堤防稳定性分析计算 计算方法此工程主要设计内容为填筑土堤、堤岸绿化、河道清淤及堤脚防冲,因此,本次堤防稳定复核选取最危险断面进行计算.计算方法按照 堤防工程设计规范(G B ),采用瑞典条分法的总应力法 :施工期抗滑稳定安全系数计算如式():第 期罗浩斌凤尾坑整治工程堤岸选择及稳定性研究K(Cubs e cWc o st hu)Ws i n()水位降落期抗滑稳定安全系数计算如式():K(Cc ubs e c(Sc

11、 o suibs e c)t a nc u)Ws i nWWWWZ b()式中:Cu、Cc u为 土 的 抗 剪 强 度 指 标,k N/m;c u、u为土的抗剪强度指标,();b为条块宽度,m;为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角,();S为堤坡外条块重力,k N;W为条块重力,k N;W为在堤坡外水位以上的条块重力,k N;W为在堤坡外水位以下的条块重力,k N;Z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离,m;W为水的重度,k N/m;ui为水位降落前堤身的孔隙水压力,k P a.计算结果堤岸整体稳定性计算采用理正边坡稳定分析软件(S l o p e)进行计算.选取最不利断面,护坡

12、迎迎水坡坡比,背水坡坡比,下部河槽采用 m(宽)m(深)格宾石笼护脚,背水坡为草皮护坡,迎水坡采用塑筋水保抗冲椰垫护坡.由于实际堤防工程中的筑堤材料存在少量粉质黏土,因此,计 算 时 力 学 参 数 取 值 分 别 为 黏 聚 力 k P a、内摩擦角 .计算工况按照规范G B “抗滑稳定计算的规定”,分为正常情况和非正常情况,选择 不 利 断 面,选 取 下 列 三 种 工 况 进 行 复 核计算:工况一(稳定渗流期):在设计洪水位条件下,堤顶超载q k N/m,采用有效应力法计算边坡的安全稳定性系数.工况二(水位骤降期):当水位从设计洪水位降低至正常水位情况下,计算最不利断面边坡稳定性系

13、数;根 据 历 史 观 测 成 果,洪 水 降 落 期 为 h,安全系数结果选取较小值,堤顶超载q k N/m.工 况 三(施 工 完 建 期):堤 顶 超 载q k N/m,采用总应力计算施工期安全系数.本工程的级别为级,土堤抗滑稳定安全系数在常运用条件下为 ,在非常运用条件下为 ,堤岸抗滑稳定性计算结果见表.计算结果显示,设计堤防抗滑稳定安全系数满足规范要求,计算结果见表所示.表最不利断面堤岸稳定性计算结果典型断面计算安全系数规范最小安全系数堤防稳定性评价正常情况设计洪水位 满足要求设计洪水位骤降 满足要求非正常情况施工期 满足要求 结语凤尾坑(河)整治工程是以城市防洪、排涝为主,结合环境

14、美化、城市发展、旅游景观、生态保护等多种功能对凤尾坑(河)进行综合整治.观察凤尾坑(河)的地理位置,流经村庄、厂区,流域面积广阔,其堤岸结构形式选择的合理与否很大程度上直接关系到接下来的设计和施工,对周边村庄的改造和发展也有影响.凤尾坑(河)整治借鉴了国内外先进的水环境整治、生态护岸理念,摒弃了传统的水利工程控制自然界的动机,因而推敲比选的整治方案是因地制宜,充分尊重河流自然属性和美学价值的生态工程方案.河道堤防建设工程的实施后,该段堤防的设防标准将提高到 a一遇,在确保工程安全、经济的前提下协同凤尾坑(河)沿岸其他工程一道提高防洪标准,更好的发挥凤尾河的防洪功能、景观多样性等综合效益,对 区 域 生 态 保 护 和 经 济 发 展 具 有 重 要意义.参考文献:范增睿,王健韩城市澽水河治理及生态护岸设计研究J水利规划与设计,():李新,蒋辉,孙源,等基于生态近自然理论的城市河流修复技术J水科学与工程技术,():武治远构峪河综合治理工程中堤岸防护型式方案比选研究J地下水,():,蔡保国北方地区格宾生态护岸结构形式选择及质量控制J水利规划与设计,():水 利 科 学 与 寒 区 工 程第卷