西坝河施工图优化设计方案20090616新.doc

云南省昆明市西山区西坝河（下段）截污及水环境治理工程施工图优化设计方案说明（初稿）上海市水利工程设计研究院2009年6月16日目 录 1 河道平面布置21.1 河道平面设计原则21.2 河道平面总体布置22 河道断面设计22.1 河道纵断面设计22.2 河道横断面设计32.3 河道水力计算43 河道结构设计63.1 护岸保护范围63.2 浆砌石挡墙护岸方案64 地基处理设计64.1泥炭土埋深特点64.2地基处理设计64.3施工注意事项74.4 边坡稳定分析75 滨河道路桥梁工程设计95.1滨河道路工程95.2 跨河桥梁工程91云南昆明西坝河（下段）截污及水环境治理工程施工图优化设计方案说明2009年6月7日市规划局、西山区政府联合召开的西坝河下段综合整治河堤设计方案优化专家咨询会议，就西坝河下段河堤整治设计优化方案提出专家咨询意见。本次设计根据专家咨询意见，在2009年5月10日我院编制完成的云南省昆明市西山区西坝河（下段）截污及水环境治理工程施工图调整设计方案和2009年6月5日编制完成的云南省昆明市西山区西坝河（下段）截污及水环境治理工程施工图优化设计方案基础上，坚持以截污为主，结合景观绿化及防洪为治理目标，本着“人工干预最小化、生态效果最大化”的河道整治原则，结合目前工程施工进展情况，提出河道浆砌石挡墙护岸结构方案，具体说明如下。1 河道平面布置1.1 河道平面设计原则（1）采用因势利导的方针，在满足防洪标准的前提下，保护和恢复河道的蜿蜒性，宜宽则宽，宜窄则窄，尽量减少对河道的人工干预，应尽可能地恢复蛇形河槽，恢复水体流动的多样性，以保持水域生态系统的生物多样性，增强水体的环境容量。（2）按照规划指导意见，结合最新地形及地质资料、周边相关工程以及用地功能布局，充分考虑安全、经济、休闲、生态等基本要求，保留现有大树，将埋设截污管、疏浚河道和加固河堤相结合，从空间、纵向和横向上拟定河道治理的线路及方案。（3）注重保护历史文化以及现有生态环境，体现“安全、资源、环境”三位一体的指导思想，即在满足防洪的前提下，充分考虑河道本身生态环境与周边环境风格相协调，河道岸线尽量弯曲自然，增强自然性。（4）河道岸线布置完全避开两岸建筑物，使用地红线范围内动拆迁量最小，对于用地红线范围内的建筑物拆迁难度大的河段，绿化带建设可结合动拆迁进度分期实施，以保证本工程的顺利实施。（5）营造亲水环境，兼顾市民休闲、近水亲水，展现人与自然和谐景观。为了便于居民欣赏水域景观，创造人与水接近的条件，如亲水平台等。1.2 河道平面总体布置本工程起点为广福路口（平桥），终点为柳苑度假村入湖口，治理河道长度为3.05 km。河道两岸用地范围为现状河口以外各15m。本次河道岸线布置保持河流的蜿蜒性，基本沿河道现有走向，河道宜宽则宽，宜窄则窄，尽量维持河道现状宽度。鉴于西坝河入湖口153.4m护岸为浆砌石挡墙，现状良好，本次设计拟保留该段挡墙。具体详见河道平面分幅图。2 河道断面设计2.1 河道纵断面设计河道纵断面要素主要包括河道纵坡及底高程，两者受上下游河道高程的控制，同时还应考虑河道现状情况。西坝河中段河道纵坡0.5，河道底高程在广福路（平桥）处1886.4m。为了保证河道形态的多样性，本次设计在尽可能使河床开挖回填工程量较小的情况下，维持河道的天然纵坡，局部不满足防洪要求的河段，进行开挖疏浚或拓宽。根据水力计算成果，在满足河道五十年一遇标准设计洪水流量的前提下，按照专家咨询意见，取消河底防护工程措施，保持自然河底。为保证河道岸坡稳定，河道纵坡调整为1/20001/4000，其中桩号X0+020X1+500河道纵坡值由原施工图1/1000调整为1/2000，桩号X1+500X3+053.35河道纵坡由原施工图1/2000调整为1/4000。具体详见表2.1-1和河道纵断面图。根据2009年5月施工单位实测的河道横断面图，桩号X0+020X1+520河段实际开挖底高程1886.421884.88m，纵坡约1/1000，此段河底高程低于设计高程，维持现状河底不变。而剩余河段（桩号X1+520X3+053.35）按设计河底高程开挖，并在该段起点设置300m渐变段使上、下两段河底平顺衔接。表2.1-1 西坝河设计纵坡及过流能力区间桩号(m)设计纵坡(i)起点设计底高程(m)终点设计底高程(m)过流能力(m3/s)原施工图设计本次调整设计原施工图设计本次调整设计原施工图设计本次调整设计原施工图设计本次调整设计X0+020X1+5201/10001/15001886.401886.401884.901885.4010.113.59.1812.2X1+520X3+053.351/20001/20001884.901885.401884.151884.6510.113.59.1812.22.2 河道横断面设计根据西坝河规划指导意见，河道断面型式应按照因地制宜，满足防洪功能要求的原则进行选择，保持河道形态的多样性和与环境的协调性，提供生物种群的适应环境。同时应注重保护历史文化和体现不同城市的特色风貌，结合城市建设、城市绿化，兼顾市民休闲、近水亲水，与城市沿岸景观相融合。河道断面型式主要有U型断面、梯形断面、矩形断面和复式断面四大类。根据西坝河道地形、地质及河流特点，本次设计考虑到该河口宽度较窄，两侧树木较多，考虑采用复式断面，设计断面尺寸可结合河道现状和河道行洪要求确定，以保持断面的多样性。西坝河沿线断面形式设置如表2.2-1所示。根据城市防洪工程设计规范，河道堤顶高程应按设计洪水位加堤顶安全超高确定。本工程为3级建筑物，堤顶安全超高取0.5m。根据河道水力计算成果，确定河道设计堤顶高程为1888.65m1887.9m。具体详见表2.2-2和河道断面套绘图。表2.2-1 西坝河沿线断面形式统计表序号桩号河道现况设计断面10+0200+110两岸陡坎分布有桉树、竹子及电杆，树木间距一般5m，竹子紧挨树木；河道底宽4.6m4.2m；现状坡比1：11：1.5，局部1：0.5，东岸陡于西岸。底宽4.0 m 5 m，浆砌石挡墙20+1100+290两岸陡坎分布有桉树、竹子及电杆，多竹子，树木间距一般5m；河道底宽较大，基本在5.8m7.0m；现状坡比1：1为主，局部1：0.5和1：1.5底宽5m，浆砌石挡墙30+2900+450两岸陡坎分布有桉树及电杆，树木间距一般5m；河道底宽较小，一般为3.2m4.4m；现状坡比1：1，局部1：0.13。底宽4.0m，浆砌石挡墙局部河道向东岸拓宽，移植东岸树木40+4500+520李家宅古建筑；两岸陡坎分布有桉树、竹子，沿河有电杆，树木间距一般5m；河道底宽较小，一般3.0m4.0m，现状坡比1：1为主。底宽5.0m，浆砌石挡墙；底宽不足，向西岸拓宽，移植西岸树木50+5200+750两岸陡坎以桉树为主，穿插有杉木及竹子，树木间距一般5m；沿河有电杆；河道底宽基本4.4m4.6m，现状坡比1：1为主，西岸较陡,最陡边坡1：0.2，东岸多缓于1：1底宽5.0m，浆砌石挡墙60+7501+200两岸陡坎以桉树为主，穿插有杉木及竹子，沿河有电杆，树木间距一般5m，局部地方有芭蕉树；河道底宽4.4m5.8m，3#桥下游河宽达10.4m；东西岸坡度较陡，基本大于1：1，最大1：0.5；桩号X1+0101+020为已建护岸。桩号1+080附近河宽4.4m，现有砌石挡墙。底宽4.55.0m，浆砌石挡墙；1+1301+180底宽过小断面需向东岸拓宽，移植树木；3#桥下游河宽达10.4m，维持现状。拆除桩号1+080现有挡墙。71+2001+520两岸陡坎分布以桉树为主，穿插有杉木，树木间距一般5m，局部地方有芭蕉树；沿河有电杆；河道底宽6.6m8.2m；西岸边坡较陡，基本在1：0.81:1；东岸现状坡比约1：1，局部地方1：0.30.5。底宽6m，浆砌石挡墙81+5201+660两岸陡坎分布以柳树为主，间距58m，较稀；沿河有电杆；河道底宽6.5m8m，现状坡比1：11：1.5为主，局部地方1：0.65底宽6m，浆砌石挡墙91+6601+800两岸陡坎分布以柳树为主，河道两岸截污管离河边0.310m，其中桩号1+7001+800河段截污管距离只有0.31.5m；河道底宽5.5m7.8m，现状坡比1：0.21：0.8为主。河底高程1886.7m1886.4m。底宽4.0m，钢筋混凝土挡墙91+8002+487两岸陡坎分布以柳树为主，东岸柳树密集，间距0.8m，局部较稀，西岸较稀，疏密不均；沿河有电杆；河道底宽5m8m，现状坡比1：11：1.5为主，局部地方1：0.75。底宽5m，浆砌石挡墙102+4872+920两岸陡坎分布以柳树为主，东岸柳树较之西岸密集，疏密不均，最密间距0.5m，一般12m，局部较稀，西岸较稀，最密间距1m，一般为23m；沿河有电杆；河道底宽7.3m8m，现状坡比陡于1：0.5。桩号X2+4872+570为已建护岸。底宽5.56m，浆砌石挡墙2+4872+570为已建段112+9203+054河道两岸现有浆砌石挡墙，状况良好。河道口宽约8.0m。维持现状表2.2-2 河道设计断面参数统计表断面编号相应桩号左岸堤顶高程（m） 右岸堤顶高程（m）设计河底高程（m）多年平均水位（m）五十年一遇洪水位（m）设计堤顶高程（m）1X0+0201888.871888.941886.391886.891888.151888.652X0+1101888.411888.561886.351886.871888.111888.613X0+2101888.761888.691886.301886.861888.091888.594X0+3301888.831888.321886.241886.851888.061888.565X0+3901889.051888.751886.211886.841888.031888.536X0+5001888.961888.371886.151886.831888.001888.507X0+6201888.621888.231886.091886.831887.961888.468X0+7201888.631888.291886.041886.831887.931888.439X0+8201888.411887.561885.991886.821887.901888.4010X0+9401888.261888.441885.931886.821887.871888.3711X1+0051888.061888.391885.901886.821887.851888.3512X1+1001888.391888.601885.851886.811887.821888.3213X1+2001888.501887.881885.801886.811887.791888.2914X1+3101888.571887.861885.751886.811887.771888.2715X1+4301888.541888.071885.691886.811887.741888.2416X1+5201888.591888.671885.651886.811887.721888.2217X1+6001888.621888.611885.631886.811887.701888.2018X1+7401888.321888.621885.591886.801887.671888.1719X1+8001888.601888.661885.581886.801887.651888.1520X1+9001888.161888.051885.551886.801887.631888.1321X2+0001888.071887.871885.531886.801887.611888.1122X2+0801888.071888.341885.511886.801887.591888.0923X2+1801888.001888.061885.481886.801887.571888.0724X2+2601887.971887.931885.461886.801887.551888.0525X2+3601887.981887.861885.441886.801887.541888.0426X2+4401887.401887.911885.421886.801887.521888.0227X2+5401887.671887.611885.391886.801887.501888.0028X2+8201887.611887.041885.321886.801887.451887.9529X2+9701888.401887.631885.281886.801887.421887.9230X3+0421888.381888.361885.261886.801887.401887.902.3 河道水力计算1、 一维水流计算模型采用丹麦水力学研究所（DHI）研发的MIKE11模块进行河道一维恒定流的数值模拟。一维恒定水动力模型基本方程为：其中：Y1、Y2为横断面处的水深（m），Z1、Z2为主河槽的高程（m），1、2为流速加权系数，V1、V2为平均速度（总流量/过流面积）（m/s），g为重力加速度（m/s2），he为水头损失（m）。基本方程的示意图见图3.3-1。图3.3-1 基本方程示意图本程序能考虑湖泊、桥梁、拦河坝、水闸等建筑物对河道水流的调节作用，从而使水力计算更切合实际情况。2、河道设计流量根据本工程初步设计报告，西坝河河道洪峰流量见表2.3-1。本河道治理工程设计过流能力考虑上游已完成建设河段过水能力及实际情况，按照有关会议要求，采用五十年一遇洪水标准，相应洪峰流量作为设计洪峰流量。表2.3-1 西坝河各控制断面设计洪水成果表断面面积（km2）设计洪峰流量(m3/s)200a100a50a阳光花园平桥3.19 11.110.19.19新河村4.66 14.313.111.8入滇口4.87 14.713.512.23、河道设计参数确定（1）河道糙率n西坝河现状综合糙率值根据各断面2002年6月实测洪水、大断面、实测水面比降等资料，按曼宁公式计算各断面现状河道综合糙率，确定其值介于0.0200.025之间。本次设计根据西坝河设计河道断面的结构型式和河床的衬砌情况，在分析河道现状综合糙率基础上，参照水力计算手册等相关资料，采用分段选取确定综合糙率的方法。本次水力计算采用综合糙率0.0270.029。（2）河道比降本次计算采用的设计河道纵断面为：桩号0+020桩号1+500河道比降i为1：2000，桩号1+500桩号3+053.35河道比降i为1：4000。（3）河道平面布置图及设计河道断面图根据前述河道整治工程设计成果，确定本工程平面布置及设计断面。计算中考虑了工程范围内拟改造和保留的桥梁影响。4、边界条件本次计算采用以流量作为上边界，水位作为下边界的条件，同时考虑河道的汇流。5、初始条件以下边界水位作为初始水位进行计算。6、计算工况计算工况一（正常工况）：以草海正常高水位1886.8m作为下边界，西坝河的多年平均流量0.38m3/s作为上边界，同时考虑每天3万m3的清水回补水量。计算工况二（五十年一遇工况）：以草海五十年一遇洪水位1887.4作为下边界，西坝河五十年一遇洪峰流量作为上边界。7、水力计算成果具体水力计算成果见表2.3-2。表2.3-2 水力计算成果表桩号流量(m3/s)水面线(m)设计纵坡河底宽度(m)设计河底高程(m)五十年一遇多年平均清水回补多年平均五十年一遇百年一遇0+0209.190.380.3471886.8921888.1391888.21751886.390+1109.190.380.3471886.8741888.1041888.1821/200041886.350+2909.190.380.3471886.851888.0561888.1341/200051886.260+4509.190.380.3471886.83518881888.0751/200041886.180+5209.190.380.3471886.831887.981888.051/200051886.140+7509.190.380.3471886.82 1887.911887.981/200051886.031+2009.190.380.3471886.8081887.7671887.8281/20004.51885.81+5209.190.380.3471886.81 1887.701887.751/20005.01885.641+6609.190.380.3471886.8041887.6641887.7121/40005.51885.611+8009.190.380.3471886.801887.631887.671/400041885.582+20011.80.380.3471886.8021887.551887.5791/400061885.512+48711.80.380.3471886.8011887.501887.5191/400061885.472+57011.80.380.3471886.8011887.491887.5011/400061885.402+92012.20.380.3471886.8001887.431887.4321/40005.51885.383+05312.20.380.3471886.80 1887.40 1887.40 1/40001885.30河道设计洪水工况沿程流速分布图8、冲刷深度计算根据水力计算手册，水流平行于岸坡产生的冲刷可按下式计算：式中：hB 局部冲刷深度（m）hp 冲刷处的水深（m），以近似设计水位最大深度代替。vp 平均流速（m/s）;vH 河床允许的不冲流速（m/s）;n 与防护岸坡在平面上的形状有关，一般取1/4。通过计算得: hB=0.30m3 河道结构设计3.1 护岸保护范围针对西坝河流域具有暴雨历时短、强度大且集中程度高等特点，本阶段按照市政府有关部门要求，本着工程安全经济的原则，对初步设计阶段护岸保护方式进行调整，采用生态护岸对河底至正常高水位范围进行防护，其余以上范围采用边坡及陆域地面保护与绿化工程的有机结合方式，硬质驳岸以上1米范围内种植马蔺，以外至设计河口线种植假俭草（翠绿一号），以取得抵御洪水、观赏性与水土保持的综合效果。3.2 浆砌石挡墙护岸方案按照专家咨询意见，河道横断面结构宜采用低挡墙加草（灌木）等生物措施斜坡的型式，挡墙高度宜按二至五年一遇洪水标准控制（即造床流量或常遇洪水）；应尽量采用造价低、施工方便、生态措施好的护岸材料，如：三维网、土工布等。浆砌石挡墙高度一般为0.511.97m，墙顶宽0.5m，下设钢筋混凝土底板，宽1.52.0m。桩号X0+0201+660河段，考虑该段水流流速大造成河道冲刷，拟设置0.3m厚混凝土齿坎防冲。而桩号X1+6601+860河段，现状河底较高，并受两岸截污管限制，拟采用钢筋混凝土坞式结构，墙高1.221.97m，墙厚0.30.4m。本方案可较好地应用岸坡变化较大的河道，并且生态效果较好。表3.2-1 河道护岸结构统计表护岸桩号长度（m）备注挡墙护岸0+0201+010，1+0202+487，2+5702+9202787包括6座亲水平台钢筋混凝土框格格宾石笼护岸结构X1+0101+020;X2+4872+57093（已实施）合计28804 地基处理设计4.1泥炭土埋深特点如河道地质纵剖面所示，泥炭土埋深总体呈现上游深、下游浅的趋势。上段0+0001+500埋深基本大于3m，局部略小，而下段泥炭土埋深快速减少， 1+5002+000之间基本在2.6m左右，2+0502+920迅速减少至1m左右,2+920到河口段埋深在2m左右。同时，从1+850开始，上部特性较好的1粘土层开始变薄，甚至缺失，而特性较差的2粉质粘土层埋深开始变浅。可以看出，下段地质条件要明显比上段差。4.2地基处理设计当开挖形成土质边坡时，开挖影响范围约为开挖深度的一半，在流塑状淤泥中开挖的影响范围远远超过开挖深度。泥炭土的工程特性极差，在埋深不足的情况下，坡脚泥炭土极易超过极限平衡而产生塑性流动，从坡脚隆起，并引起边坡滑塌。因此需要对泥炭土地基进行地基处理，尤其是下段埋深不足堤段。1地基处理方法边坡抗滑稳定系数因为河底泥面下挖而下降，因此本工程在允许条件下尽量抬高河底标高，增加泥炭土埋深，有利于边坡整体的抗滑稳定。通常采用深层搅拌桩法、砂石桩法、石灰桩法、抛石挤淤法或者桩基处理法等方法进行处理，形成复合地基，提高地基承载力。泥炭土含水量极高，有机质含量高，PH值偏酸性，因此深层搅拌桩等化学固化方法均不具有实施性，而砂石桩在软弱土层中难以成桩，也不具有实施性；另外河道两侧存在需保留的密排树木，加上河底淤泥及下卧土层强度低，石灰桩法很难展开施工，最终结合砌石挡墙设计，采用重量轻、易施打的圆木桩进行地基加固处理，增加挡墙的抗滑能力及地基承载力。先施打圆木桩，浇筑素砼垫层，然后适当整理切削桩头，将桩头伸入底板，浇筑底板，底板面层插设抗滑条石，待初凝后，施工砌石挡墙，最后进行岸坡绿化。2圆木桩施工（1）沉桩可行性本工程浅层为粉质粘土和泥炭土，强度极低，沉桩难度不大，间隔跳打，重锤轻打，严禁过打。桩顶标高允许偏差为-50100mm，桩位允许偏差为1/2桩径。（2）桩基施工顺序为确保施工中边坡安全，下段河道施工时需尽量少挖除作为压载作用的河底淤泥，采用钢板桩支护，分段施工。施工顺序为：钢板桩支护打圆木桩钢筋砼底板浇注砌石挡墙施工土方回填。3地基处理结果根据泥炭土埋深以及挡墙高度的不同，分段设计地基处理方案，具体的地基处理成果详见表4.2-1。表4.2-1 地基处理结果桩号地基处理备注0+0200+110无0+1101+660长3000稍径150木桩，前后两排，纵向间距8001+6601+860钢筋砼挡墙1+8602+920长4000稍径150木桩，前后两排，纵向间距8004.3施工注意事项对于中高灵敏度的触变性软土，为使开挖中的边坡自身稳定，应尽量采取施工保护措施，分段开挖、防止超挖。如局部河段挡墙底板落于河底淤泥土上，则用砂垫层进行置换处理。另外，河道拐弯段可能因弯道水流的下切作用而造成原状土层部分缺失，潜在局部发生塑流滑动的风险，因此河道拐弯段需要在施工中采取轻挖、少挖及防止超挖等措施加以保护。此外，泥炭及泥炭质土的干缩性较大，局部埋深较浅处可能因施工开挖而暴露，所以需要在设计及施工组织中加以合理考虑，不宜在施工过程中暴露过久。4.4 边坡稳定分析1计算方法及工况西坝河堤防等级为3级，大堤抗滑工况包括正常工况和非常工况，结合本工程特点，对应的水位组合见表4.4-1。按照堤防工程设计规范，计算采用瑞典圆弧法，计算软件为理正岩土软件。表4.4-1 计算水位组合运用工况计算工况河道水位地下水位正常运用设计非汛期低水位地面下0.5m非常运用施工河底高程（干施工）地面下1.0m地震多年平均水位地面下0.5m2地质参数及条件堤防所承受的荷载主要有自重、水压力、上部荷载（包括绿化、行人及行车荷载），其中上部荷载按照5kPa考虑，分布宽度5.0m。按照规范，在进行抗滑稳定分析时，渗流对边坡稳定的影响采用容重替代法考虑。表4.4-2 土的物理力学指标表地层编号地层名称容重(KN/M3)孔隙比e压缩模量直剪试验(快剪)直剪试验(固快)Es0.10.2(MPa)C(KPa)()C(KPa)()1粘土18.61.013.9815.22.620.68.42粉质粘土17.51.322.249.61.614.96.5泥炭质土11.25.321.236.31.614.17.41粘土16.11.6432.112.82.014.84.22粉土17.81.0313.7127.68.523.410.33计算结果及分析根据结构形式、运行工况及地质条件，共选取了7个典型断面进行稳定计算。整体抗滑稳定计算结果列于表4.4-3，典型滑弧见图4.4-1，挡墙稳定计算成果见表4.4-4。由表可知，计算结果均满足规范要求。由于干施工需要，河道将实施截流排水，施工期边坡相对较为危险；由于河道处于回水区，当投入运行时，水位上升，边坡相对安全，所以施工期为控制工况。表4.4-3 岸段整体稳定计算成果表桩号安 全 系 数 K施工运行地震0+0200+1101.2481.7631.6620+6001+1801.1151.7161.6521+1801+8601.1621.7981.6331+8602+9201.1471.6951.915允许值1.101.201.10（a）施工期（b）运行期（c）地震期图 4.4-1 典型滑弧表4.4-4 护岸结构稳定计算结果桩号工况地基承载力fa(kPa)抗滑安全系数Kc抗倾安全系数K0计算值允许值计算值允许值计算值允许值0+0200+110地震期14.2135（天然）2.1511.054.6381.40施工期13.783.3121.255.1501.500+1100+950地震期43.02701.4461.052.0871.40施工期29.362.0441.252.8571.500+9501+660地震期42.80701.1401.052.4441.40施工期38.531.4111.253.7491.501+8602+920地震期41.00701.6621.052.2741.40施工期34.192.4871.253.7431.505 滨河道路桥梁工程设计5.1滨河道路工程根据“沿线空间贯通”的要求，西坝河两岸现状河口以外各15m 范围拆除建筑物。在拆除范围内修建滨河道路，实