淺談某堤防工程中堤型的選用

邵大明，楊春旗，董 雪，劉凱坤

(1.遼寧省撫順市水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 撫順 113000；2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110003；3.東港市白云閘工程管理處，遼寧 丹東 118000)

沿河、渠、湖、海岸或行洪區(qū)、分洪區(qū)、圍墾區(qū)的邊緣修筑的擋水建筑物稱(chēng)為堤防。堤防是世界上最早廣為采用的一種重要防洪工程。筑堤是防御洪水泛濫，保護(hù)居民和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要措施。河堤約束洪水后，將洪水限制在行洪道內(nèi)，使同等流量的水深增加，行洪流速增大，有利于泄洪排沙，此外堤防還可以抵擋風(fēng)浪及抗御海潮。

1 工程現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

此次修筑的堤防長(zhǎng)12km，劃分為三個(gè)分區(qū)。堤防建設(shè)以現(xiàn)有岸坎或堤岸加高培厚為主，且加高高度及貼坡厚度均較小，采用山皮土與坡面結(jié)合，坡面易穩(wěn)定且可較陡，侵占水域小，填筑高程量及坡面防護(hù)工程量均較少，相反利用砂吹填，坡面大，侵占水域面積大，填筑高程量及坡面防護(hù)工程量均較大，筑堤料運(yùn)輸及施工也比較困難。一區(qū)外側(cè)為大遼河口行洪通道，采用砂吹填，上下游坡面平緩，侵占水域較大，且此段與上下游堤防在大遼河呈凸起狀，對(duì)河道行洪影響極大，同時(shí)因沖刷加劇需強(qiáng)化此段堤防護(hù)面結(jié)構(gòu)。堤防外側(cè)為渤海、內(nèi)側(cè)為含章湖，本段為堤防建設(shè)龍口段，水域水深較大，堤基相對(duì)較差，穿堤建筑物較多且規(guī)模大，臨時(shí)圍堰長(zhǎng)且斷面大，此段堤防直接采用山皮土立堵進(jìn)占，龍口封堵極為困難且投資較大，坡面無(wú)法及時(shí)完成臨時(shí)防護(hù)和防滲。

2 堤型選用

鑒于此段堤防相對(duì)較短，且位于非風(fēng)浪迎水側(cè)，水深較淺，堤防基礎(chǔ)較好，堤防填筑利用山皮土立堵進(jìn)占基礎(chǔ)處理簡(jiǎn)單、施工便利、工程量少、投資節(jié)省。借鑒堤防建筑物圍堰施工經(jīng)驗(yàn)，采用袋裝砂棱體充填堆砌，利于龍口合攏，施工速度快，安全可靠，同時(shí)袋裝砂棱體自身具備一定的防沖和抗?jié)B能力，為其防護(hù)和防滲施工爭(zhēng)取時(shí)間，避開(kāi)潰壩風(fēng)險(xiǎn)；而且，根據(jù)遼東灣新區(qū)內(nèi)外海樞紐控制工程設(shè)計(jì)，船閘圍堰工程也采用袋裝砂斜坡堤結(jié)構(gòu)。因此，此段堤防采用袋裝砂斜坡堤結(jié)構(gòu)。

袋裝砂斜坡堤結(jié)構(gòu)是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外堤壩工程實(shí)踐中較為廣泛采用的一種新型結(jié)構(gòu)型式。它能因地制宜，就地取材，特別適合石料資源匱乏、石價(jià)較高，而自然砂源較為豐富，砂料費(fèi)用較石料費(fèi)用低廉的地區(qū)。在這些地區(qū)，該結(jié)構(gòu)型式與拋石堤相比，具有造價(jià)低、工期短等方面的優(yōu)勢(shì)。它利用土工織物的成型作用，采用泥漿泵取砂充填筑堤，機(jī)械化程度較高，能快速形成棱體，由于土工織物的加強(qiáng)作用整體性較好，適應(yīng)軟基變形，施工工作面大，施工速度快、周期短。該結(jié)構(gòu)型式在唐山曹妃甸地區(qū)、長(zhǎng)江中下游、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、華南、天津已有許多成功的工程實(shí)踐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，形成了一整套成熟的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量檢驗(yàn)體系，是廣泛應(yīng)用于水運(yùn)、水利等行業(yè)的新型的結(jié)構(gòu)型式。其中堤防袋裝砂斜坡堤布置圖如圖1所示，堤心填筑型式特性表見(jiàn)表1。

圖1 堤防袋裝砂斜坡堤布置圖

表1 堤心填筑型式特性表

根據(jù)表1，采用山皮土填筑，運(yùn)輸方便、施工便利；采用袋裝砂填筑，投資基本沒(méi)有影響，但施工速度快、工期短、對(duì)軟基適應(yīng)性強(qiáng)、地基處理方便，安全可靠，質(zhì)量有保障，考慮此段堤防長(zhǎng)度較短，采用該方法是合適的。

工程堤防高度大部分高于5.0m，但風(fēng)浪作用不是十分強(qiáng)烈，堤防斷面可采用復(fù)合式或單坡式斜坡斷面，迎水側(cè)坡面可采用兩種方案：只設(shè)置壓載平臺(tái)；設(shè)置壓載平臺(tái)和消浪平臺(tái)。堤頂采用兩種方案：無(wú)防浪墻；設(shè)置防浪墻。護(hù)面結(jié)構(gòu)方案：工程堤防護(hù)面根據(jù)建筑材料及風(fēng)浪強(qiáng)烈程度，結(jié)合附近堤防護(hù)面，適合工程的有塊石和混凝土預(yù)制塊。

鑒于塊石料場(chǎng)較遠(yuǎn)(最近的距離工程區(qū)約120km)，且現(xiàn)在石料開(kāi)采限制較多，工程用量較大，運(yùn)輸困難，工期長(zhǎng)，不可預(yù)見(jiàn)因素增加，因此工程護(hù)面不采用塊石(包括砌石、拋石)。

由于工程堤防岸坎坎頂較高，風(fēng)浪作用不十分強(qiáng)烈，通過(guò)計(jì)算無(wú)需采用糙率較大的柵欄板、扭工字塊、四腳椎體及扭王字塊等結(jié)構(gòu)復(fù)雜或鋼筋含量較高的混凝土預(yù)制塊，采用制作相對(duì)簡(jiǎn)單、無(wú)需鋼筋的四腳空心方塊，四腳空心方塊具有消浪條件較好，單價(jià)適宜，整體美觀的特點(diǎn)。

現(xiàn)狀吹填圍堰臨海側(cè)設(shè)有部分四腳空心方塊防護(hù)，經(jīng)檢測(cè)，四腳空心方塊質(zhì)量和重量滿(mǎn)足此次堤防設(shè)計(jì)，部分未破損(現(xiàn)狀和拆除后)的可以利用。

現(xiàn)在水泥、鋼材產(chǎn)能過(guò)剩，選擇混凝土預(yù)制塊也是合適的。

根據(jù)堤防斷面及護(hù)面結(jié)構(gòu)方案組合，結(jié)合堤段所在的地理位置、筑堤材料、水流及風(fēng)浪特性、施工條件、運(yùn)用和管理要求、環(huán)境景觀、工程造價(jià)、生態(tài)保護(hù)等因素，提出下列4種堤型進(jìn)行對(duì)比。

方案1：無(wú)防浪墻+設(shè)置壓載平臺(tái)+坡比為1∶2+無(wú)消浪平臺(tái)+四腳空心方塊；

方案2：無(wú)防浪墻+設(shè)置壓載平臺(tái)+坡比為1∶2+設(shè)置消浪平臺(tái)+坡比為1∶2.5+四腳空心方塊；

方案3：設(shè)防浪墻+設(shè)置壓載平臺(tái)+坡比為1∶2+無(wú)消浪平臺(tái)+四腳空心方塊；

方案4：設(shè)防浪墻+設(shè)置壓載平臺(tái)+坡比為1∶2+設(shè)置消浪平臺(tái)+坡比為1∶2.5+四腳空心方塊。

一區(qū)由于不設(shè)消浪平臺(tái)，園區(qū)規(guī)劃地面工程基本能夠滿(mǎn)足要求，不參與比較。防浪墻結(jié)合濱海景觀及人防要求，采用高度為0.6m。

表2 堤防堤型方案比較

根據(jù)表2，采用消浪平臺(tái)可以明顯降低堤防總體(包括防浪墻)高度，設(shè)置防浪墻不僅可以降低堤防填筑高度，減少投資，而且可結(jié)合欄桿人防、美觀協(xié)調(diào)，投資節(jié)省，因此，此次堤防推薦采用設(shè)置防浪墻方案，即方案3和方案4。

此次重點(diǎn)比較方案3和方案4，即比較加高堤頂和增設(shè)消浪平臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)比較。方案3由于未設(shè)置消浪平臺(tái)，防浪墻頂高程高出方案4，在假定防浪墻等高前提下，即將提高堤身功能替代消浪平臺(tái)的建設(shè)。此段堤防在項(xiàng)目建議書(shū)階段和可行性研究階段，園區(qū)吹填高程暫定為3.5～3.8m，堤防方案設(shè)計(jì)亦按3.5～3.8m考慮，為兼顧園區(qū)景觀，盡量降低堤防建設(shè)高程，設(shè)計(jì)修建消浪平臺(tái)可行且效果明顯。但隨著園區(qū)吹填逐步進(jìn)行及園區(qū)規(guī)劃的完善，此段堤防所在部位的金錦灣水城園區(qū)規(guī)劃回填高程抬升，且大部分濱海景觀規(guī)劃在堤防后側(cè)修建帶狀微地形，因此，適當(dāng)提高堤防堤頂高程(但不高于帶狀微地形高程)對(duì)帶狀微地形的臨水側(cè)景觀基本不產(chǎn)生負(fù)面影響。從施工角度看，顯然消浪平臺(tái)的建設(shè)要較方案3提高堤身困難，投資亦較大，工期長(zhǎng)。對(duì)于此段堤防，不管設(shè)不設(shè)置消浪平臺(tái)，均需對(duì)現(xiàn)有堤岸進(jìn)行加高。同時(shí)，考慮此段堤防為路堤結(jié)合，由于方案4加高高度較小，僅路基和路床高度即可滿(mǎn)足。此時(shí)，大部分堤岸作為道路路堤需挖除后并進(jìn)行處理才能作為路堤，相反，采用方案3，高度大于路基和路床高度，剩余的部分可以作為路堤填筑高度，既簡(jiǎn)化了路堤處理，也利于道路建設(shè)，而且適當(dāng)提高路堤，利于道路和上游越浪的排水體系建設(shè)。

綜上，方案3結(jié)合園區(qū)吹填高程的調(diào)整和景觀帶需求，可以在項(xiàng)目建議書(shū)和可行性研究階段堤型基礎(chǔ)上適當(dāng)提高堤頂高程，簡(jiǎn)化消浪措施，降低施工難度和基礎(chǔ)處理工程量，縮短工期，節(jié)約資金，而且不影響后期景觀設(shè)施建設(shè)，也利于道路工程的實(shí)施和排水體系的建設(shè)。

因此，此次堤防采用方案3，即設(shè)防浪墻+設(shè)置壓載平臺(tái)+坡比為1∶2+無(wú)消浪平臺(tái)+四腳空心方塊。考慮水域較深，為與堤防三區(qū)其余堤段堤頂高程協(xié)調(diào)，此段堤防上游設(shè)置消浪平臺(tái)。

3 結(jié)論

近幾年來(lái)新修堤防工程對(duì)防洪起到重要作用。堤防的建設(shè)，一般都與河道整治密切結(jié)合。例如為了擴(kuò)大河道泄洪能力，除加高培厚堤防還要采取疏浚河道、裁彎取直、改建退建以及及時(shí)清除河道內(nèi)的阻水障礙物等措施。堤型的選用對(duì)整個(gè)堤防工程意義重大，好的堤型選擇方案能使整個(gè)堤防工程節(jié)約成本、提高使用壽命；具有外觀新穎，結(jié)構(gòu)整體性好，安全可靠，施工有保證，經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)。堤防是重要的水利防洪工程和城市市政工程，其成功實(shí)施將帶來(lái)較大的效益。