张嘉诚

(广州市水务规划勘测设计研究院有限公司，广州 510000)

1 工程概况

南岗河是东江北干流右岸最后一支一级支流，其发源于广州开发区鹅山，流经木强水库、高田、石桥、南岗至龟山，干流全长25.53km，流域面积111.3km2。目前，上游黄埔区境内的23.328km堤岸基本上已整治完毕，但下游广深公路以南至南岗河东江出口段(全长约2.2km，以下简称“整治段”)仍存在着防洪排涝安全隐患，主要表现为：①整治段河道局部存在过洪瓶颈，且大部分河段淤积严重，造成过水断面不足，暴雨时无法满足正常泄洪；②两岸堤防未得到系统整治，堤岸线杂乱无章，且堤防原建设标准偏低，无法满足20a一遇频率的防洪标准；③南岗河下游汇入东江，属感潮河段，出口段洪潮混合，流态复杂。由于现状涌口无闸，每逢大雨遭遇大潮时，受潮位顶托影响，两岸低洼区域涝水汇集且难以短时排出，给当地人民生活、生产带来极大损失[1-2]。

综上，为彻底解决南岗河广深公路至河口段的防洪排涝安全，提高流域抵御洪(潮)灾害能力，亟需对河涌开展防洪排涝综合整治。

2 工程建设任务

南岗河(广深公路至河口段)综合整治工程的建设任务是对河道实施以防洪、排涝安全为主，同时兼顾水景观、水环境等功能的综合整治(工程区位见图1)。具体建设任务为：①对2.2km河段进行堤岸防洪达标整治及河道清淤；②于南岗河出口新建南岗河水闸；③于现状南岗村涌水闸上游位置新建1座泵站，以提升区域排涝能力。

图1 工程建设区位图

3 工程建设条件

3.1 水文气象条件

黄埔区雨量充沛，多年平均年降雨量1698mm，但年内分配不均，4-9月的降雨总量占全年降水总量的80%以上。南岗河流域内洪水主要由暴雨形成，时程分布与降水过程一致。由于流域面积较大，上游为山区性河流，坡降大、支流众多，洪水具有汇流快、峰高量大的特点。随着洪水往下游演进，由于流域面积增大及河槽调蓄作用，南岗河出口洪水一般为单峰型，涨落较快。

3.2 地质条件

工程区属于东江冲积平原区，境内两岸以平原为主，地势西北高东南低。建设区域地震设防烈度为7度，地震动峰值加速度为0.10g，地震动反应谱特征周期为0.35s。工程区地层主要由①杂填土(结构松散)，②-1淤泥质土(流塑-软塑)，②-2中砂(稍密-中密)，③残积土(可塑-硬塑)，④全风化砂砾岩(坚硬土柱状)，⑤强风化砂砾岩(半岩半土状)，⑥弱风化砂砾岩(短柱状)等组成。分层土体主要物理力学参数见表1。

表1 岩土主要物理力学参数建议值

4 工程设计方案

4.1 设计标准和工程等级

根据《防洪标准》(GB50201-2014)、《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2017)、《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，以及《广东省防洪(潮)标准和治涝标准》等有关规定，确定南岗河堤防防洪标准为20a一遇，河涌排涝标准为20a一遇24h暴雨不成灾，涌口建闸标准为200a一遇设计防洪(潮)。基于以上设计标准，堤防工程级别确定为4级；水闸工程等别为Ⅰ等，主要建筑物级别为1级；南岗村涌泵站为4级。

4.2 工程选线及选址

4.2.1 堤线布置

整治段左岸现状为浆砌石直立式挡墙，墙身较完好，大部分堤岸紧靠人行道和绿化带，绿化带外分布有多家企业及厂房。右岸上游段堤岸为浆砌石直立式挡墙，部分民房直接建于堤岸上，难以拆迁；下游段基本为土堤并采用抛石护脚，但堤顶高程未达到防洪标准。结合现场地形条件，堤线布置遵循以下设计原则：①在尽量保持原河床中心线不作大的变动的前提下，堤线力求平顺、美观、贴近自然，以满足人们对堤防的多元化需求[3]；②工程布置与黄埔区区域发展规划相协调，并充分考虑城市道路规划；③工程布置充分考虑生态环境保护和可持续发展的要求，与景观绿化规划相结合，力求整体布置协调；④尽量避开不利地形、地质条件。

结合以上设计原则，堤线基本沿原岸线布置，堤顶路则结合规划道路进行布置。由于涌口束窄，为扩大行洪空间，拟将右岸下游段扩宽10m，右岸堤岸线相应右偏10m。

4.2.2 水闸选址

新建水闸位于南岗河与东江北干流的交汇口附近，其功能主要为挡潮、排涝、蓄水等，同时需在闸上新建一交通桥，以连通右岸南岗西路。根据相关规划及沿岸地势特点，拟定以下3个闸址比选方案，见图2：

方案一(涌口上游)：闸址选在南岗河和金紫涌连通支涌上游，该位置河宽47m，河底高程约-2.3m。方案二(南岗西路桥)：闸址选在原南岗西路桥址处，闸轴线垂直河涌流向，该位置河宽45m，河底高程约-3m。方案三(南岗西路桥下游)：闸址选在涌口，位于原南岗西路桥下游60m处，该位置河宽约140m，河底高程约-2.0m。结合城市道路规划、工程投资、场地条件及周边环境等进行综合分析比较，最终确定方案二(南岗西路桥)作为闸址位置。

图2 新建水闸闸址比选图

4.2.3 泵站选址

南岗村涌闸位于南岗河右岸，距离下游南岗河口约1.26km。该闸位于南岗村涌与南岗河的连接口处，运行良好，无需重建。为了增强排涝能力，在此处增加一座排涝泵站。设计泵站位于现状水闸上游位置，管理楼布置在泵站的北侧。

4.3 设计方案

4.3.1 堤防整治设计

河道断面型式应根据实际地形地质条件，在用地范围许可的情况下，尽可能采用生态复式断面[4]，并在河道两侧设人行道、绿化带、亲水平台等，实现路堤结合和环境美化。结合现场征地条件、工程投资等因素设计了3种断面型式，见图3。

1)标准断面一(桩号范围0+150-0+800、1+480-2+136)：两岸均采用两级步道形式，其中左岸利用现状浆砌石挡墙，仅拆除挡墙上部结构以布置2m宽的人行步道，然后按1:2的坡比放坡至堤顶高程，并在堤顶布置3m宽的堤顶路，人行步道和堤顶路高程相差1.5m。堤顶路采用C30彩色混凝土路面，下面布置掺6%的水泥石屑垫层。右岸上游段设计断面如前述，下游段均为土堤，需采用M10浆砌石挡墙重建堤岸，并在挡墙顶布置人行步道，之后放坡至堤顶并布设堤顶路。

2)标准断面二(桩号范围0+800-1+480)：左右岸均利用现状浆砌石挡墙，根据设计规范增加安全超高，其中左岸仅布置2m宽的人行步道，右岸挡墙顶部布置3m宽道路，采用C30彩色混凝土路面(厚200mm)，下面布置200mm厚的掺6%水泥石屑垫层。

3)标准断面三(桩号范围0+000-0+150)：该段左岸挡墙保留，且墙顶高程满足设计要求，仅在挡墙外侧布置2m宽的亲水栈道；右岸现状为土堤，基本无房屋，可以布置二级步道断面，型式与断面一保持一致。

(a)标准断面一

(b)标准断面二

(c)标准断面三

4.3.2 水闸结构设计

南岗河新建水闸沿现状河道走向布置，由于闸址处表层有较厚淤泥质土层，且水闸上部桥梁对基础及下部结构要求较高，因此闸型尽量考虑整体性强、稳定性较好的结构形式[5]。水闸包括闸室段、内涌侧消能防冲段和外江消能防冲段等(整体结构见图4)。

1)闸室段：根据河床宽度、排洪及换水流量确定闸孔规模为3孔，单孔净宽16m，总净宽48.0m，设计过流量约632m3/s。两边孔各设1扇顶升式平面钢闸门；中间孔有通航要求，故设1扇液压下卧式平板钢闸门，孔口尺寸均为16m×6.07m(宽×高)。闸室顺水流向长21m，其底板高程为-3.0m，厚度为1.5m，并在上下游侧设置防冲齿槽，齿槽深度为0.75m。水闸边墩厚1.5m，中墩厚2.5m，并在中部位置分缝。闸底板上下游侧布置单排Ф600的旋喷桩止水帷幕，并用止水紫铜片与闸底板相连防渗。

2)内涌侧消能防冲段：水闸上下游两侧通过布置消力坎来实现消能防冲，坎高0.5m。在与闸室连接处设置紫铜片止水，既可减小水闸底板工程量又可缩短内涌侧护坦长度。内涌消能防护段总长28.0m，由内涌往闸室方向依次布置抛石防冲槽(深2.0m，长8.0m)、C30钢筋混凝土海漫(厚600mm，长10m)、C30钢筋混凝土消力池(厚800mm，长10.0m)。

3)外江侧消能防冲段：外江消能防护段总长30.0m，由外江往闸室方向依次布置抛石防冲槽(深2.0m，长8.0m)、C30钢筋混凝土海漫(厚600mm，长10m)、C30钢筋混凝土消力池(厚800mm，长12.0m)。

4)地基处理：闸址处天然地基的承载能力和抗液化能力、沉降变形等无法满足设计要求，故须对地基进行加固处理。选用C30混凝土灌注桩作为加固措施，按端承桩设计，其持力层选在微风化岩层，桩端进入持力层约3m深，桩顶进入水闸底板0.1m。桩基沿水闸底板均匀布置(正方形布桩)，桩径为1.0m，桩间距为3m×3m，平均桩长约6.1m，总桩数为148根。经计算，分配到单桩的承载力约为1151.66kN，满足上部结构的承力要求。

图4 新建水闸中孔剖面图

4.3.3 泵站结构设计

南岗村涌泵站利用现状鱼塘作为天然的前池，正向方式进水，鱼塘与进水池衔接处采用M10浆砌石护底(厚0.5m)，护砌范围为4m，前池顶高程为-0.5m。进水池采用1:4斜坡与泵房底板衔接，进水池总长4m。泵房底板出口高程为-1.50m，其总长6m。为方便结构施工，进水池和泵室段不设分缝，而采用C25钢筋混凝土结构浇为一体。

根据泵站设计排涝流量和扬程，泵型选定2台型号为800ZDB-125立式潜水轴流泵。按照电机的功率系列，泵站配用电机功率为160kW，总装机功率为320kW。两台水泵平行布置，每台泵有单独的流道(各宽1.40m)，流道之间用C25钢筋混凝土隔墩隔开。中墩及两侧边墩厚度均为0.6m。泵房总宽度为5.20m，总长为6.00m，底板厚度为0.6m，并在泵房段设置拦污栅。

为了节约投资和协调周边景观，泵室上方无建筑物。为便于工作人员安装检修水泵设备，在进水池水泵顶部须设置两个(泵房两侧各一个)安装检修孔，根据机组结构确定检修孔尺寸为1.40×1.40m(宽×长)，并在检修孔上设置钢筋混凝土盖板。

4.3.4 海绵城市设计

海绵城市措施能有效防范城市洪涝灾害。本工程建设中，主要采用的海绵城市措施包括：①堤顶路采用C30彩色透水混凝土路面，将雨水渗透下路面；②堤顶路和二级步道之间布置绿化及草皮护坡；③水闸、泵站管理区铺草皮等工程措施。在尊重河道与水体的自然条件下，正确处理水系保护和城市空间、功能、景观以及市政工程的关系。通过各类技术的组合应用，通过源头削减、中途转输、末端调蓄，采用渗、滞、蓄、净、用、排等技术手段，实现径流总量控制、河涌水系良性水文循环。

5 结构计算

5.1 堤防结构稳定计算

堤防设计断面有两种形式，选用右岸下游重建挡墙(桩号0+400处)作为典型计算断面。挡墙计算包括整体抗滑、抗倾稳定和基底应力分析，计算软件为理正的挡墙分析模块。根据《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)，挡墙计算考虑以下3种情形：①设计洪水位工况(设计水位2.46m，堤顶超载q=10kN/m2)；②施工期(堤顶超载q=20kN/m2)；③设计洪水位骤降1.0m(堤顶超载q=10kN/m2)。计算结果如表2。计算表明，新建挡墙的抗滑、抗倾均满足规范要求，但基底应力相对较大，下部淤泥质土层(承载力为60kPa)无法满足承载要求。结合地质勘察资料，在淤泥层厚的河段采用300mm×300mm的预制方桩进行地基处理，经计算后可满足设计承载力要求。

5.2 水闸结构稳定计算

按《水闸设计规范》(SL265-2016)的要求，闸室稳定应满足下列要求：(1)各计算工况下闸室平均基底压力≤地基允许承载力；(2)基底压力的最大值与最小值之比≤规定的允许值；(3)抗滑稳定安全系数≥规定的允许值。水闸结构稳定计算公式如下：

1)抗滑稳定计算：

(1)

2)基底反力计算：

(2)

水闸结构稳定计算如表3。计算结果表明：各工况下闸室抗滑稳定及地基应力均满足设计要求，结构设计较合理。

表2 挡墙结构稳定计算成果表

表3 闸室结构稳定计算成果表

6 结 论

1)为减少占地并结合景观打造需求，堤防整治断面尽可能采用复式生态断面，并在河道两侧设人行道、绿化带和亲水平台等，实现路堤结合和环境美化。

2)新建水闸设计过流量约632m3/s，闸孔规模为3孔×16m(净宽)，并在上下游布置消能防冲段。闸室下部采用桩基础加固，可满足上部结构承力需求。

3)为增大区域排涝能力，南岗村涌泵站内置2台轴流泵，两台水泵平行布置，并设置单独的流道。为方便检修，在进水池水泵顶部设置两个安装检修孔。

4)经计算，堤防和水闸结构稳定均满足规范要求，说明结构设计较合理。工程的实施，有利于解决南岗河流域防洪排涝安全问题，进一步保障周边居民和企业的生命、财产安全。