韶關市堤防加固及水環(huán)境改造實踐方案

李日養(yǎng)

(廣東省韶關市防洪管理中心，廣東 韶關 512026)

韶關市區(qū)位于北江、武江、湞江交匯處，市區(qū)堤防2000年開始建設，到2015年已新建堤防約為43 km，新堤發(fā)揮良好的防洪功效，且起到美化河岸效果[1]。但市區(qū)舊堤隨著城區(qū)發(fā)展，安全、環(huán)保等問題愈顯突出，如舊堤防洪標準低、城區(qū)污水沿堤直排污染水環(huán)境等，故無論從防洪還是環(huán)保角度，對其實施加固和改造很有必要。

1 舊堤及城區(qū)排水原狀

1.1 舊堤原狀

市區(qū)舊堤均建于20世紀七八十年代，防洪標準達不到20年一遇，年久失修且安全穩(wěn)定性差。舊堤不同程度存在基礎掏空、堤面開裂脫落、堤后回填料流失等隱患(見圖1)，部分堤段甚至出現(xiàn)過垮塌[2]。其原因主要包括：

圖1 舊堤及城區(qū)排水原狀示意

1)堤身防洪標準不達標。舊堤參照市政標準建設，為一般擋土墻，功能單一未考慮行洪、排洪等功能，防洪標準不達標。

2)堤后回填土多為粘性土等雜填土，透水性差，洪水驟降消落時堤后排水不暢，侵水后抗剪強度降低幅度大。

3)堤腳回填以砂質(zhì)黏土為主，且堤腳抗沖刷深度和防護措施不足，抗沖能力差。

鑒于以上不利因素，受河水長期迎流頂沖或非迎流頂沖，舊堤易失穩(wěn)破壞，已成為城區(qū)防洪安全的隱患。

1.2 城區(qū)排水原狀

韶關市區(qū)排水系統(tǒng)均建于20世紀80年代，排水管道沒有統(tǒng)一規(guī)劃和設計，管道陳舊老化、管網(wǎng)未優(yōu)化布置，城區(qū)生產(chǎn)、生活污水沿堤出水涵管直排出河(見圖1)，造成河道水體污染，影響河岸水環(huán)境。

此外，沿堤出水涵管高程低于河道正常水位，暴雨期外江水位高漲、頂托，容易造成排水不暢和形成內(nèi)澇。

2 項目主體設計方案

2.1 堤防加固設計

經(jīng)現(xiàn)場設計勘察，舊堤范圍內(nèi)大部分河段的地質(zhì)狀況良好，基本不存在抗滑穩(wěn)定、抗?jié)B穩(wěn)定、抗震穩(wěn)定問題和軟土等薄弱地質(zhì)問題，但舊堤堤基埋深淺，容易造成抗沖失穩(wěn)。故本工程設計在不影響河道行洪，且保證舊堤安全以及改善河道水環(huán)境前提下，采用結(jié)合原舊堤結(jié)構(gòu)在外側(cè)加厚堤身進行貼坡加固[3](截污管沿加固堤腳布設，截留沿途污水并統(tǒng)一排放到下游第二污水處理廠處理，新舊堤典型設計斷面見圖2)。

圖2 新舊堤典型設計斷面示意(單位：高程 m，尺寸 mm)

為確保堤防滿足設計地基承載力要求，加固堤基礎須座落在穩(wěn)定、中等密實的砂卵石層上，局部軟基或失穩(wěn)堤段采取拋填塊石人工地基。加固堤軸線與舊堤保持一致，加固后堤防防洪標準達到20年一遇。此外，結(jié)合本工程特性，分別在北江河段建設2個大型親水休閑平臺。

堤防加固主體設計包括加固堤選材、斷面形式和安全穩(wěn)定等內(nèi)容，具體如下：

1)加固材料比選

根據(jù)韶關實際情況及堤防加固施工經(jīng)驗，采用混凝土、漿砌石和埋石混凝土，3種建材對比如下：

通過綜合比選(見表1)，各方案總投資相差不大，但混凝土施工速度快，能縮短工期，質(zhì)量易控制，對市民影響也能降至最低，故本工程設計推薦C20混凝土作為堤防加固材料。

表1 加固材料比選

2)設計斷面形式

經(jīng)計算，加固堤頂寬度為1.6 m，結(jié)合舊堤原狀，加固堤迎水面坡度為1:0.2～1:0.5，截污管設在堤腳部位(見圖2)，加固堤在舊堤分縫處設置瀝青木板伸縮縫，分縫間距不宜大于20 m。加固堤與舊堤的新舊接觸面，應清洗、鑿齒槽，齒槽須梅花形布置[3]。

3)擋墻穩(wěn)定計算

根據(jù)工程實際，選取現(xiàn)狀最高斷面(高10 m)進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定計算。本工程為2級堤防工程，由《堤防工程設計規(guī)范》查得土基正常運行條件抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.30，非常運用條件不小于1.15[4]。擋墻穩(wěn)定計算采用水利部推薦使用的PC1500中的G-9程序進行計算。

① 原狀舊擋墻穩(wěn)定計算

計算斷面：取墻頂寬1.80 m，迎水面及背水面坡比均為1:0.25，墻趾臺階高2.0 m，寬1.5 m(見圖3)。

圖3 原狀擋墻斷面計算示意(單位：mm)

計算工況：

工況1：完建期工況；工況2：堤內(nèi)水位到堤頂，堤外水位比堤內(nèi)水位驟降1 m的情況。

經(jīng)計算，以上2種工況穩(wěn)定計算均滿足規(guī)范要求(成果見表2～3)。

表2 原狀舊擋墻穩(wěn)定計算成果

表3 加固至堤頂擋墻穩(wěn)定計算成果

② 加固至堤頂擋墻穩(wěn)定計算

計算斷面：取墻頂寬2.1 m(加固墻頂厚1.6 m，原舊堤頂寬取0.5 m)，迎水面坡比均為1:0.3，背水面坡比為1:0.25，墻趾臺階高取2.8 m，寬1.7 m(實際寬2.5 m，扣除排污管部分砼重,見圖4)。

圖4 加固至堤頂斷面計算示意(單位：mm)

2.2 截污管設計

本工程設計包含污水截排的相關內(nèi)容，即：將湞江左岸段、北江左岸段舊堤沿線外露的污水管全部接至堤內(nèi)截污管，管線總長為10.302 km，截污管采取重力流原理將污水集排輸送至下游污水處理廠進行處理。截污管主體設計包括管材比選、管道布設和流量計算等內(nèi)容，具體如下：

1)管材比選

因截污管集污后統(tǒng)一排放至下游污水處理廠，故所選管材須滿足污水處理和排洪要求。根據(jù)工程特性和類似項目經(jīng)驗對以下常用管材進行比選。

通過對管材強度、抗腐性、造價、管理維護等方面的綜合比選(見表4)，本工程推薦使用HDPE增強中空壁纏繞管。

表4 管材綜合比較

2)截污管布置

根據(jù)堤防沿線截排要求和污水處理廠排污規(guī)模，擬定該工程排污管總長為10.302 km，其中湞江左岸為3.802 km，管徑為DN1 200 mm，管道坡度為1：2 000；北江左岸為6.500 km，管徑為DN1 200 mm，管道坡度為1:2 000。

本工程將舊堤沿線外露排水管全部經(jīng)連接管接至堤腳截污管，連接管位置根據(jù)實際確定，間隔約80 m布置一個檢查井，以便于檢修和清淤。

3)截污管流量計算

本工程截污管設計管徑為DN1 200 mm，管道坡度為1：2 000，截污管流量根據(jù)城區(qū)建設密集度比例分段確定，具體為：湞江左岸設計排污規(guī)模為7.08萬t/d，設計排污流量為0.82 m3/s；北江左岸設計排污規(guī)模為10萬t/d，設計排污流量為1.16 m3/s[7]。

④ 總水頭損失h=hf+hj。

經(jīng)計算，選用的管道滿足集污、排污要求(見表5)。

表5 管道水力計算

3 項目施工要點

為確保工程質(zhì)量，施工時針對主體工程中的基礎開挖、堤身加固混凝土、截污管道安裝等關鍵環(huán)節(jié)進行重點管控[5-6]。

3.1 基礎開挖

舊堤堤腳埋深較淺、堤基結(jié)構(gòu)復雜，在舊堤鄰近區(qū)域開挖須注意墻體穩(wěn)定，避免因土體瞬間滑落、懸空造成舊堤失穩(wěn)；開挖須防止超挖，密切觀測邊坡和舊堤穩(wěn)定，并做好險情應急處理預案，有效掌控險情。施工流程為：測量放線→分層開挖→基坑驗收→澆筑混凝土→養(yǎng)護→回填。

3.2 堤身加固施工

本工程主體結(jié)構(gòu)為堤身C20砼，屬大體積混凝土。澆筑前模板架設牢固，并掌控好倉面清理、入倉澆筑、振搗、養(yǎng)護等一系列工序的施工質(zhì)量。同時做好砼施工的防雨、防凍措施，按規(guī)范做好質(zhì)量檢驗，確保堤身加固質(zhì)量符合設計要求。

3.3 截污管施工

施工前，對管材質(zhì)量抽樣檢測和選定安裝工藝。管道采用機械吊裝，側(cè)重點在管口連接上，須確保管道間連接強度和密閉性滿足設計要求[8]。施工流程為：測量放線→吊裝管道→管道調(diào)平對齊→鋼絲繩固定→接口連接→管道閉水試驗→埋管混凝土澆筑。

4 項目運行效益

韶關市區(qū)舊堤改造加固及環(huán)境改造工程于2015年底開工，經(jīng)過有序?qū)嵤?017年6月完工并通過驗收。

工程完建后，舊堤基本達到20年一遇防洪標準，起到良好的防洪屏障作用。此外，本工程增加截污、排污、休閑等技術元素，通過堤身截污管收集沿途污水至下游第二污水廠處理，有效杜絕直排出河污染水體現(xiàn)象，目前，河段水質(zhì)狀況全面改善且達標，水質(zhì)均從Ⅲ類標準提升到Ⅱ類標準[9](均為國標)，河道水體潔凈、河岸兩邊綠水碧波，以往河水營養(yǎng)化、渾濁甚至黑臭水體等水污染現(xiàn)象不復存在，有效改善河道水環(huán)境，堤頂綠道尤其是兩個大型親水平臺成為周邊區(qū)域熱門的休閑場所和標志性水景觀(如圖5)。

圖5 項目完建效果示意

5 結(jié)語

本工程實踐證明，韶關市在堤防設計理念方面邁出創(chuàng)新一步，取得防洪效益和水環(huán)境等效益相得益彰的效果。工程因地制宜確定堤防加固標準和城區(qū)排污標準，做到防洪功能和截污功能的統(tǒng)籌兼顧的經(jīng)驗做法，可適用于在城市水污染整治中參考實施。[10]。