交通工程穿越河道防护工程的重要性

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史永灿

河北浩川工程设计有限公司 050000

摘要

交通、铁路工程与天然河道交叉建设过程中,由于损毁了河道原地貌,桥梁建设致使河道断面发生变化,河道流速增大,在保证河道正常行洪的前提下,减少对河道的影响。


关键词

交叉工程,防护工程

正文


设立河北雄安新区,是以习近平同志为核心的党中央作出的一项重大历史性战略选择,是千年大计、国家大事。

《河北雄安新区规划纲要》指出,优化高速铁路网:构建四纵两横区域高速铁路交通网络,重点加强雄安新区和北京、天津、石家庄等城市的联系。四纵为京广高铁、京港台高铁京雄-雄商段、京雄-石雄城际、新区至北京新机场快线两横为津保铁路、津雄城际-京昆高铁忻雄段,实现新区高效融入轨道上的京津冀。根据雄安新区生态堤规划,新区起步区防洪圈包括南拒马河右堤、白沟引河右堤、萍河左堤、新安北堤以及新建西北围堤

白沟引河开挖于1970年,是为减少大清河北支小洪水时泥沙下移淤积东淀河口以及减少新盖房分洪道内淹没几率而开挖入白洋淀的引水工程。自新盖房枢纽引河闸起,至留通桥处入白洋淀。萍河为大清河流域南支水系支流,发源于定兴县西南的南幸村,流经久安庄、肖金营村北后进入徐水县,于田村西穿京广铁路桥于北营村西接纳最大支流鸡爪河,在下河西村穿津保铁路桥后转向东流,于容城县的河北庄与北瀑河汇合后在黑龙口东南注入安新县藻杂淀。

雄安新区起步区东西轴线西起萍河,东至白沟引河起步区含北侧路两端延伸段总长约24.838km,建设项目内容是135m红线内的市政配套工程主要包括:市政土方工程、道路、桥梁、隧道、综合管廊、排水系统、河道水系、绿谷、道路地下空间、燃气热力、给水、再生水,另外还包括铁路区间隧道上方的框架结构空间等。主要涉及市政工程(一期)(以下简称“市政工程”)、雄忻高铁雄安新区地下段土建工程(一期)(以下简称“高铁工程”)。

市政工程概况:一期东段概况:一期东段市政工程,道路设计等级为城市主干路,线路呈东西向布置,全长约2.26km,红线宽度为44m,横断面布置为双向6车道+2条多功能车道,两侧设置非机动车道和人行步道。涉及白沟引河大桥及萍河特大桥。白沟引河大桥位于容城县平王乡平王村南,桥梁中线与河道中线交角为71゜,桥梁总长456m,跨径组合为48+5×72+48m,桥宽45m,引桥采用预制小箱梁,标准跨径35m。全桥总长926m。萍河特大桥位于容城县小里镇胜利庄村西,桥梁中线与河道中线交角为73゜,跨萍河特大桥桥梁总长度为1416.04m,主桥长680m,引桥长736.04m,桥宽45.0m,桥梁总面积63721.8m2。基础跨径布置采用11×35m+45m+8×60m+45m+65m+45m+10×35m

高铁工程概况东端土建工程起线路长度2076.26m。包含路基工程长度426.26m;隧道工程:雄安1号隧道进口段长度1650m1号隧道于容城县平王乡平王村南穿白沟引河,与白沟引河交角为70°,穿河段全长410m,设计河道断面高程至隧道结构顶面埋深4.388.83m;基坑开挖深度在19.2222.67m,冠梁以下基坑采用地下连续墙,冠梁以上基坑边坡采用放坡施工方案,采用单级或两级放坡方式,坡面喷射C25早强混凝土,内设钢筋网。土钉采用梅花形布置,内注水泥浆。西端土建工程起始线路长度1996.08m。包含路基工程全长546.08m隧道工程:3号隧道出口段全长1450m3号隧道于容城县小里镇胜利庄村西穿萍河,与萍河交角为70°。穿河段全长600m,设计河道断面高程至隧道结构顶面深4.2811.78m。隧道采用明挖法施工,基坑开挖深度在18.6327.65m,冠梁以下基坑采用地下连续墙,冠梁以上基坑边坡采用放坡施工方案,采用单级或两级放坡方式,坡面喷射C25早强混凝土,内设钢筋网。土钉采用梅花形布置,内注水泥浆。

雄安新区起步区东西轴线跨河道桥梁工程建设,一定程度地造成河道过水断面缩窄,致使水流流速、流势改变及水位壅高;雄忻高铁紧邻起步区东西轴线穿越河道修建隧道,隧道基坑开挖,损坏河道及两岸堤防。为保证桥梁、隧道及河道行洪排涝安全,对受影响的河段采取防护工程措施是必要的。

根据《河北雄安新区防洪专项规划》,起步区防洪标准为200年一遇,白沟引河右堤为起步区东部防线,防洪标准为200年一遇;雄县组团防洪标准为100年一遇,白沟引河左堤为雄县组团的西部防线,防洪标准为100年一遇。萍河左堤是起步区的西部防线,按200年一遇洪水标准治理,新区范围以外段堤防按20年一遇洪水标准治理。

桥梁壅水及冲刷的影响:桥梁修建后,由于桥墩阻水在桥前产生壅水,萍河特大桥桥前最大壅水高度为0.29cm。白沟引河特大桥桥前最大壅水高度为0.3cm。壅水高度较小,对计算岸顶超高影响很小,因此岸顶超高仍采用原设计成果。高铁工程采用《铁路工程水文勘测设计规范》(TB10017-2021)中推荐的64-1粘性土冲刷公式对高铁工程涉河段进行冲刷计算;市政工程采用《公路工程水文勘测设计规范》JTGC30-2015中推荐的64-1粘性土计算公式对桥梁工程涉河段进行冲刷计算

堤身断面:堤防堤身断面型式采用梯形均质土堤。堤身以外区域考虑景观绿化要求,填筑生态堤防。在营造一个统一、连绵起伏的地形风貌,通过地形的塑造消除传统河堤的单一空间结构。考虑常水位和洪水位的不同情况,景观呈现不同的效果。根据地质勘察情况现状堤身土料性质基本与堤外料场一致。均质土堤的土料宜选用粘粒含量为10%~30%、塑性指数7~20的粘性土,且不得含植物根茎、砖瓦垃圾等杂质;筑堤土料的填筑含水率与最优含水率的允许偏差为±3%高铁工程开挖后,扰动了堤防断面及堤基,因此堤基回填分为两部分,第一部分为高铁工程结构顶面至冠梁,第二部分为冠梁顶面已堤基。①开挖段自高铁工程结构顶面至冠梁回填采用15%水泥土回填,回填压实度不小于96%。水泥和土体混合后,硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土,堤基及堤身作用下沉降量很小,地基土稳定性较好。②高铁工程冠梁顶至堤基采用粘性土回填,土料应选用土料场合格开挖土料,与堤防压实度保持一致。

堤基回填与堤防回填分层碾压、回填作业面均匀同步上升,回填前基础面不应有杂物、混凝土废料等。由于新老堤防结合部位存在填筑施工时间、材料等差异,导致地基固结度和堤防压缩程度不同而产生新老堤防的不均匀沉降,易使结合部出现裂缝、破损、引起渗漏等现象,影响堤防稳定安全。为减小新老堤防的差异沉降,使新老堤防紧密衔接,提高、堤基堤防整体稳定性,在隧道主体结构完成且强度达到设计强度,拆除隧道边坡支护结构对老堤、堤基进行削坡台阶处理(开蹬),整体坡度不陡于1:3。施工时在老堤身连接土层面上洒水并刨毛后沿水平层面铺设回填土,沿堤防轴线进行碾压。

同时,隧道结构上部与两侧削坡后连接处铺设土工格栅网,格栅网铺设竖向高度为冠梁以上至设计堤顶。铺设范围为横向填筑堤身断面范围,抗拉强度不小于30kN/m

堤防防护型式种类较多,按生态亲和度可分为工程防护、生物防护和工程与生态相结合的防护型式。考虑植被生长周期,根系深扎于堤坡后才能发挥固土作用,因此,采取工程防护和生物防护相结合的防护形式。

按适应冲刷及沉降变形能力可分为硬防护和柔性防护结构。考虑防护位于堤坡外侧,下方有部分种植土,回填不密实,堤坡固结沉降时间较长,本工程采用柔性防护结构。

常用的柔性防护材料有:格宾石笼护坡,生态袋护坡,生态植被网垫护坡等。

格宾石笼护坡:厚0.5m,顶部设种植土绿化。格宾石笼防护耐久性长,抗冲刷流速大,景观绿化效果较好;但是填充块石采购、运输、施工造价较大;适应边坡变化能力较好;工程造价约146/㎡。

生态袋护坡:生态袋厚0.2m,袋内装种植土,可快速营造出河道内坡景观效果。生态景观效果好,柔性结构能够适应堤身变形和生态

微地形塑造,且保土固根效果好,防雨水冲蚀、波浪淘刷效果好,施工简便,工期短,维护较简便;植物生长需要周期,工程完工初期因袋体裸露,视觉效果差;工程造价约150/㎡。

生态植被网垫护坡:生态植被网垫是一种三维格栅线连复合结构,植物根系缠绕在立体结构中,加强了浅根系对表面土体的抓付能力可有效的降低雨水冲刷;生态景观效果好;适应坡面生态地形塑造能力强;施工简便,工期短;工程造价约60/㎡。

综上因素,考虑柔性、整体性、取材便利等因素,考虑建桥后河道流速及冲刷深度增大,需要加强防护,因此本次设计迎水坡采用格宾石笼防护。河道主槽岸坡防护采用格宾石笼防护。

为防止基础淘刷,边坡防护一般将基底埋置在冲刷线以下0.51.0m,或采用水平防护措施。迎水坡采用0.5m厚格宾石笼防护,下设0.15m厚砂石垫层,在石笼上进行覆土,覆土厚度0.5m。格宾石笼防护顶高程至堤顶,堤脚格宾石笼尺寸1×1.5m,水平防护采用0.5m厚格宾石笼防护,长度4m,下设0.15m厚砂石垫层。

高铁工程穿越位置每个监测断面上主要以变形、渗流和水位监测为主,采用自动监测,接入自动化系统,其中变形采用人工观测。监测点在高铁与堤防中轴线及结构边线上。

结语:与河道交叉建筑物众多,由于河道断面发生变化,采取一定的防护既保证河道的防洪安全,也保证了交叉建筑物的正常使用。

参考文献:[1]刘滨谊,周江.论景观水系整治中的护岸规划设计;

[2]董哲仁,孙东亚.生态水利工程原理与技术;

[3] 王国体.以土体应力状态计算岸坡安全系数的方法;

[4] 王国体,李德章,李殿忠,等.城市河道多样性生态驳岸形式

与适应性研究;

作者介绍:史永灿(1984-),男,河北省石家庄市人,长期从事水利水电工程咨询设计工作。


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