城鎮(zhèn)段河道堤防設(shè)計要點分析

蔡慧娟，時 勇

（1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，江蘇 南京 210006；2.南京市江北新區(qū)公共工程建設(shè)中心，江蘇 南京 211800）

0 引言

隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展， 越來越多的鄉(xiāng)野河道需要進行提檔升級整治。 根據(jù)城鎮(zhèn)后期發(fā)展規(guī)劃，在河道整治中，需按照“利水、治水、親水”的原則，重點打造生態(tài)景觀［1］。由于城鎮(zhèn)土地的使用受制約較大， 城鎮(zhèn)段河道堤防道路的設(shè)計也需額外考慮與城市交通道路的交叉銜接［2］。 有研究人員針對城市濱水空間規(guī)劃提出生產(chǎn)性、 生活性和生態(tài)性三大規(guī)劃原則［3］；也有提出海綿城市的設(shè)計理念，提倡城市景觀設(shè)計順應(yīng)自然的發(fā)展規(guī)律，與自然相融相生，從而達到可持續(xù)發(fā)展的目標［4］。 水利界專業(yè)人士普遍認可的景觀型堤防是一種新型堤防， 它不但具有給排水和防洪度汛等水利基本功能， 還具有美化城市環(huán)境的功能［5］。筆者試從防洪、規(guī)劃、現(xiàn)狀問題、濱水空間提升等方面，對城鎮(zhèn)段河道的特點進行分析，有針對性地提出城鎮(zhèn)段堤防設(shè)計要點， 以期為類似工程提供參考。

1 城鎮(zhèn)段河道特點

1.1 河道洪水位升高

對于一些山丘區(qū)占比較大的流域， 洪水匯流時間較短，可謂源短流急，極易形成大洪水。近年來，隨著城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，下墊面條件變化很快，原來的農(nóng)田、綠地逐漸變成廠房、居住區(qū)，使得雨水匯流時間縮短，兩岸排澇流量不斷提高，從而加劇了河道洪峰的形成，洪水發(fā)生幾率有增大趨勢。造成河道洪水位升高的因素主要有兩個：一是上游普降大暴雨，河道水位迅猛上漲；二是下游河口受高水位頂托，以及部分河段河床束窄，泄流能力受限。

1.2 河道行洪斷面不足

（1）河底淤積，使行洪斷面不足。河底淤積導致水位抬升，行洪斷面不足，部分斷面行洪能力與規(guī)劃的行洪能力相差甚遠。（2）河道束窄嚴重，河道行洪斷面不足。河道S 彎段較多，沿線出現(xiàn)凹岸沖刷、凸岸淤積現(xiàn)象。尤其是城鎮(zhèn)發(fā)展較快的河段，河床束窄嚴重，河道行洪斷面嚴重不足。（3）河上橋梁較多，影響洪水下泄。 由于規(guī)劃跟不上發(fā)展變化，跨河橋梁設(shè)計年代久遠，橋梁底高程較低，阻水嚴重。

1.3 存在洲灘違建和非法侵占河道的現(xiàn)象

彎曲河段通常會在淤積處形成較大灘面， 灘面上常會出現(xiàn)棚戶林立或堆放大量工程材料等現(xiàn)象。

河道兩岸后期多發(fā)展為居民聚集區(qū)， 建筑密度大，部分臨河房屋直接建在堤防上，個別房屋甚至已經(jīng)侵入到河道行洪區(qū)，行洪時阻水嚴重。

1.4 河岸植被稀少，缺少生態(tài)景觀

河岸主要為混凝土護坡，生態(tài)功能缺失嚴重。沿河植被稀少，且品種單一，基本無景觀品質(zhì)；濱河空間形式單一，部分段建筑緊臨河道，親水性差；缺少地標性景觀，區(qū)域形象不夠鮮明。

2 城鎮(zhèn)段河道堤防斷面設(shè)計要點

2.1 堤線布置

城鎮(zhèn)段河道堤防堤線應(yīng)嚴格按照規(guī)劃的行洪斷面要求、規(guī)劃藍線及現(xiàn)有堤線，并結(jié)合堤后市政設(shè)施及路網(wǎng)規(guī)劃確定。在保證堤防岸坡穩(wěn)定的前提下，基本維持原堤線走向，局部段堤線進行合理調(diào)整。

2.2 堤頂高程、寬度的確定

2.2.1 堤頂高程的確定

堤頂高程按設(shè)計洪水位加堤頂超高確定。 堤頂超高由設(shè)計波浪爬高、 設(shè)計風壅水面高度及安全加高3 部分組成，計算式如式（1）所示。

Y＝R＋e＋A

式中：Y 為堤頂超高，m；R 為設(shè)計波浪爬高，m；e 為設(shè)計風壅水面高度；A 為安全加高，2 級堤防取0.8 m。

（1）設(shè)計波浪爬高。 當斜坡邊坡系數(shù)m=1.5～5.0時，設(shè)計波浪爬高按公式（2）確定。

（2）設(shè)計風壅水面高度。 在有限風區(qū)的情況下，設(shè)計風壅水面高度可按公式（3）確定。

式中：e 為計算點的風壅水面高度，m；K 為綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6×10-6；F 為計算點逆風向到對岸的距離，m， 取50 m；d 為水域的平均水深，m，取8.31 m；β 為風向與垂直于堤軸線的法線的夾角，（°），取45°。

2.2.2 堤頂寬度的確定

《堤防工程設(shè)計規(guī)范》要求，堤頂寬度應(yīng)根據(jù)防汛、管理、施工、構(gòu)造及其他要求確定。城鎮(zhèn)段堤防保護對象較為重要，為便于防汛管理，設(shè)計堤頂寬度一般不小于8.0 m，堤頂防汛道路寬度不小于6.0 m，部分堤防與規(guī)劃市政道路結(jié)合。

2.3 堤型設(shè)計

城鎮(zhèn)段河道常用的堤防類型有土堤、 直立扶壁擋墻、直立排樁擋墻和分級擋墻等。土堤是現(xiàn)有河道中應(yīng)用最為廣泛的一種堤型， 常用質(zhì)量較好的黏土填筑而成， 其堤防穩(wěn)定性受坡面影響較大， 坡面越緩，堤防穩(wěn)定性越好，但占地范圍較大。 土堤堤防斷面如圖1 所示。 直立扶壁擋墻與直立排樁擋墻的最大優(yōu)勢是占地少，當?shù)谭赖刭|(zhì)條件較差時，可在直立擋墻下增設(shè)排樁，以提高擋墻自身的穩(wěn)定性，但投資較大， 其斷面如圖2 和圖3 所示。 對于城市景觀河道，考慮更多的是居民休閑散步功能，所以堤防迎水坡應(yīng)多增設(shè)親水平臺，減小每級擋墻的擋土高度。這樣，既能滿足防洪要求，又便于親水步道、綠植等的布置。分級擋墻式堤防斷面如圖4 所示。不同類型堤防的對比結(jié)果如表1 所示。

總之，在進行堤型設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有堤型、地形、市政景觀規(guī)劃布置及親水性需求等因素，綜合選擇合適的堤型。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

江寧河發(fā)源于安徽省當涂縣， 流經(jīng)南京市江寧區(qū)和雨花臺區(qū)，經(jīng)江寧河閘匯入長江。依據(jù)流域規(guī)劃及相關(guān)地區(qū)規(guī)劃， 提升江寧河集鎮(zhèn)段防洪、 行洪能力，完善區(qū)域排澇設(shè)施，可以消除江寧河防洪短板問題，發(fā)揮江寧河的全面防洪效益，為流域的發(fā)展提供強有力的安全保障。同時，結(jié)合鎮(zhèn)區(qū)的相關(guān)發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展需求，在滿足防洪行洪安全的前提下，改善江寧河集鎮(zhèn)段水環(huán)境，增強濱水空間休閑功能，打造宜居、繁華、具有活力的江寧。

圖1 土堤堤防斷面示意圖Fig.1 Schematic diagram of soil dike section

圖2 直立扶壁擋墻堤防斷面示意圖Fig.2 Schematic diagram of dike section of vertical counterfort retaining wall

圖3 直立排樁擋墻堤防斷面示意圖Fig.3 Schematic diagram of dike section of vertical piling retaining wall

圖4 分級擋墻堤防斷面示意圖Fig.4 Schematic diagram of dike section of multilevel retaining wall

3.2 堤線布置

江寧河集鎮(zhèn)段堤防堤線布置結(jié)合行洪防洪、規(guī)劃藍線、堤后占地及市政布置等要求，適當采取工程措施，在保證堤防岸坡穩(wěn)定的前提下，基本維持原堤線走向，并對局部段堤防的堤線進行合理調(diào)整。

3.3 堤防設(shè)計

3.3.1 堤頂超高的確定

根據(jù)《水工建筑物荷載設(shè)計規(guī)范》《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》， 計算出南京地區(qū)多年平均最大風速為13.26 m／s（頻率為50%）。 設(shè)計工況下，風速為多年平均最大風速的1.5 倍，即V＝19.89 m／s。經(jīng)計算，該工程50 年一遇洪水設(shè)計波浪爬高Rp＝0.341 m； 50年一遇洪水設(shè)計風壅水面高度為0.000 3 m。 安全加高值取0.8 m，該工程的堤頂超高為1.141 m。

表1 不同類型堤防對比表Tab.1 Comparison of different－typed dikes

3.3.2 堤型設(shè)計

根據(jù)江寧河工程段沿線特點，以雷古圩抽水站、寧蕪鐵路橋、江寧鎮(zhèn)橋、柏水橋閘（河道拐彎）和柏橋抽水站為節(jié)點， 將全線堤防劃分為江寧河主河5 段及濱江新河（山水河）共計6 段。

（1）雷古圩抽水站現(xiàn)狀泵房緊鄰堤防背水坡坡腳，拓浚、退堤空間有限，該段堤線約100 m 范圍內(nèi)不能后退，考慮維持現(xiàn)狀堤防。

（2） 雷古圩抽水站至寧蕪鐵路橋段堤防長度較短，但銜接建（構(gòu)）筑物較多（包括寧蕪鐵路道口、平改立新林路橋、 寧蕪鐵路橋等）， 并且堤后涉及基本農(nóng)田，不得侵占。 為方便銜接上游2011 年達標堤段、寧蕪鐵路道口、平改立新林路橋、保留現(xiàn)狀的雷古圩抽水站和寧蕪鐵路橋等，保護基本農(nóng)田，河道右岸不宜大幅度退堤擴大行洪斷面。 所以，該段堤防選用擋墻、土坡相結(jié)合的復(fù)式斷面，在盡量減少退堤、占地的前提下，既要滿足防洪行洪要求，又要兼顧景觀生態(tài)效果。

（3）寧蕪鐵路橋至江寧鎮(zhèn)橋段兩岸堤防總長約160 m，上下游受寧蕪鐵路橋、江寧鎮(zhèn)橋限制，且左岸府前小區(qū)建成于2009 年，尚未達到征遷年限，小區(qū)圍墻鄰近河口位置，以上因素導致退堤困難。該段采用兩級擋墻矩形斷面進行河道拓浚。

（4）江寧鎮(zhèn)橋至柏水橋閘（河道拐彎）段堤防為江寧河集鎮(zhèn)段重點打造堤段。 該段堤防左岸堤后為規(guī)劃花園路，寬約24.0 m，路面高程約為12.5 m，花園路至現(xiàn)狀河口線之間腹地為規(guī)劃綠地。 為減少右岸退堤、擴大行洪斷面以及方便景觀布置，本工程擬采用路堤結(jié)合方案。以花園路為防洪堤，左岸退堤較多，右岸退堤較少。

（5）柏水橋閘（河道拐彎）至柏橋抽水站段河道左岸堤后農(nóng)田已隨村征遷， 但右岸堤后農(nóng)田由于涉及代勞政策暫時無法征遷。 該段設(shè)計河底高程為3.0 m。 左岸堤防擬采用土堤，堤頂高程為12.5 m，寬度為8.0 m，迎、背水坡坡比為1∶2.5，植物綠化。 右岸堤防采用排樁擋墻堤型，堤頂高程為12.5 m，河底排樁擋墻擋土高程從8.5 m 至河底， 樁頂設(shè)置鋼筋混凝土冠梁，排樁臨水側(cè)布置掛板。

江寧河工程段總體布置如圖5 所示。

圖5 江寧河城鎮(zhèn)段堤段設(shè)計分布示意圖Fig.5 Schematic diagram of design and distribution of dike section in urban section of Jiangning River

4 結(jié)語

城鎮(zhèn)段堤防設(shè)計選型方面應(yīng)首先保證區(qū)域的防洪保安要求，其次需考慮區(qū)域遠期規(guī)劃，保障區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。在進行江寧河城鎮(zhèn)段堤防設(shè)計時，因占地制約，工程沿線大部分采用排樁擋墻堤型，集鎮(zhèn)左岸濱河廣場重點打造段采用土堤堤型， 集鎮(zhèn)右岸涉及農(nóng)田代勞問題，采用扶壁擋墻堤型，山水河口下游左岸建設(shè)用地較寬，采用土堤堤型。 工程實施后，可提升江寧河集鎮(zhèn)段防洪、 行洪能力， 完善區(qū)域排澇設(shè)施，消除江寧河防洪短板問題，發(fā)揮江寧河的全面防洪效益， 為流域的發(fā)展提供強有力的安全保障。 同時，該工程結(jié)合了鎮(zhèn)區(qū)的相關(guān)發(fā)展規(guī)劃和發(fā)展需求，在滿足防洪行洪安全的前提下， 改善了江寧河集鎮(zhèn)段水環(huán)境，增強了濱水空間的休閑功能，為建設(shè)宜居繁華的活力江寧作出了積極貢獻。