雁田水鳳崗段整治工程堤岸設(shè)計方案探討

廖 鑫

(廣東建科水利水電咨詢有限公司，廣州 510650)

1 概述

水安全問題一直是社會關(guān)注的重點，其直接影響經(jīng)濟發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全。黨的十八大以來，生態(tài)文明思想得到重視，生態(tài)、安全地進行河道整治，是全面貫徹可持續(xù)發(fā)展觀念的必然需要。在新時代的河道整治工作中，運用生態(tài)堤防設(shè)計方法不僅可以使人類良好地利用河流，也可以促進河道回歸自然化，從而產(chǎn)生生態(tài)效益[1]。本文以東莞市雁田水鳳崗鎮(zhèn)治理工程堤岸設(shè)計方案選取為例，分析各類堤岸形式的優(yōu)缺點和適用性，提出城市河道整治堤岸設(shè)計的基本原則，可為其他類似工程提供借鑒[2]。

2 工程概況

東莞市為廣東省經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域之一,改革開放以來，工業(yè)發(fā)展速度快，尤以集體所有制工業(yè)發(fā)展較快，市內(nèi)的主要河道有石馬河、寒溪河、東江西北干流、東江南支流等。 雁田水是石馬河的最大一級支流，位于石馬河最上游，發(fā)源于深圳市黃竹簕山，流經(jīng)東莞市鳳崗鎮(zhèn)和塘廈鎮(zhèn)，下游與觀瀾水匯合后稱石馬河。雁田水集雨面積為160 km2，河長為34.8 km，承擔(dān)著鳳崗河塘廈鎮(zhèn)的行洪和排澇功能。近年來因城鎮(zhèn)發(fā)展和房地產(chǎn)開發(fā)，河流占灘、淤泥和阻水等問題比較嚴(yán)重，雁田水鳳崗鎮(zhèn)段河道現(xiàn)狀主要存在以下問題。

1) 河道多處仍為無堤防狀況。

2) 已建堤防的防御標(biāo)準(zhǔn)偏低，部分堤段現(xiàn)狀防洪標(biāo)準(zhǔn)低于5年一遇，達不到50年一遇的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

3) 河道行洪能力不足，河底泥沙沉積，加之雜草叢生和生活垃圾堆積，導(dǎo)致河水流速慢，已嚴(yán)重影響行洪。

4) 河道的瓶頸卡口阻礙了行洪，河道內(nèi)橋梁底部高程低，寬度窄，對河道行洪影響嚴(yán)重。

5) 河道穿過鳳崗鎮(zhèn)中心區(qū)和多個村莊、工業(yè)園區(qū)，兩岸建筑物密集，道路縱橫交錯，跨河橋梁較多，沿河兩岸布有截污管線，征拆難度大，影響河道斷面的擴寬。

近幾年石馬河流域出現(xiàn)了多次特大洪水,洪澇災(zāi)害尤其嚴(yán)重。為減少流域內(nèi)洪澇災(zāi)害，需要開展雁田水河流環(huán)境綜合整治工程。雁田水鳳崗鎮(zhèn)段河流整治工程以城市防洪功能為主，以城市景觀綠化功能為輔，并兼顧河流沿線的堤頂?shù)缆方煌üδ堋９こ躺婕昂拥勒魏蛢砂兜搪方ㄔO(shè)，其中河道整治全長為10.09 km，兩岸堤路建設(shè)總長約18.603 km。本工程設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，堤防級別為2級。

3 堤岸設(shè)計

3.1 堤頂高程確定

堤頂高程按設(shè)計洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高按式(1)計算[3]：

Y=R+e+A

(1)

式中：

Y——堤頂超高,m；

R——設(shè)計波浪爬高,m；

e——設(shè)計風(fēng)壅水面高度,m；

A——安全加高,m。

計算工況：

① 不允許越浪堤頂超高；

② 允許越浪堤頂超高。

河堤為2級建筑物，對不允許越浪的爬高累積頻率取2%，對允許越浪的爬高累積頻率取13%。河道多年平均年最大風(fēng)速為13 m/s，設(shè)計波浪的計算風(fēng)速取多年平均年最大風(fēng)速的1.5倍，即19.5 m/s。

堤頂超高計算成果見表1。本工程河道貫穿鳳崗鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，堤后地面高程大多高于設(shè)計洪水位或相差不大，堤頂設(shè)計均采用硬底化砼路面，有較完善的排水措施，為避免影響城鎮(zhèn)景觀，本工程按允許越浪設(shè)計，堤頂高程由設(shè)計洪水位加堤頂超高0.80 m確定[4]。

表1 堤頂超高計算成果

3.2 堤岸形式比選

依據(jù)現(xiàn)場的實際情況，并根據(jù)堤防兩側(cè)的地形地質(zhì)條件、地貌景觀要求及市政、交通、規(guī)劃等地方行政管理部門的有關(guān)規(guī)定，在充分考慮堤防征地拆遷難度、工程造價和周邊環(huán)境景觀要求等各類因素的基礎(chǔ)上，對比了斜坡式、直墻式和階梯式3種典型堤岸斷面設(shè)計形式，各種斷面形式優(yōu)缺點見表2。

表2 各種堤岸斷面形式優(yōu)缺點對比

在斜坡式、直墻式和階梯式3種典型堤岸斷面設(shè)計形式對比的基礎(chǔ)上，提出以下堤身設(shè)計方案。

1) 斜坡式堤身方案

斜坡式截面為最傳統(tǒng)的堤身截面形式，具有經(jīng)濟安全、施工簡便等優(yōu)勢，但其主要問題在于斷面占地范圍大，實施階段容易受土地問題制約，且在有限的用地范圍前提下，無法布置人行道和綠化帶。該方案適用于現(xiàn)狀堤后用地不受局限，可放坡開挖拓寬河道，或現(xiàn)狀堤坡平緩段，可按照斜坡式堤身方案進行修坡護岸。

本方案沿原河道岸線布置，兩岸采用斜坡式斷面，在斜坡中段設(shè)馬道，馬道以上邊坡坡比為1:2，馬道以下為1：2.5，迎水坡均采用連鎖式植草磚護坡。

經(jīng)估算，斜坡式堤身方案每延米投資7 200元(720萬元/km)，典型斷面示意見圖1。

圖1 斜坡式堤身方案典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

2) 直墻式堤身方案

直墻式斷面是常用的堤身形式，具有占地面積小、施工簡單、施工時間短等優(yōu)勢，缺點是美觀性及親水性差，施工費用高，適用于現(xiàn)狀堤坡陡峭段的河段。

直墻式堤身方案包括懸臂式鋼筋砼擋墻和排樁直墻2種結(jié)構(gòu)形式。在可以臨時開挖放坡的堤段，采用懸臂式鋼筋砼擋墻結(jié)構(gòu)，擋墻高為3.0～5.5 m，底板寬為3.0～5.5 m、厚度為0.5 m，擋墻墻后回填土分層壓實，墻邊線較坡式堤防擴寬約4.5 m，既能有效解決堤頂碧道布置用地問題，又不束窄河道行洪斷面[6]。

對于河道兩岸建筑物較密集，征地拆遷難度大的堤段，則采用排樁直墻方案。排樁采用C30砼灌注樁，樁徑為0.8 m，樁距為0.9 m，平均樁長為14 m。樁頂采用鋼筋砼冠梁連接，冠梁采用C30砼，橫截面為1.1 m×1.2 m。排樁間采用高壓擺噴防滲，深度為5 m。

經(jīng)估算，懸臂式鋼筋砼擋墻斷面每延米投資18 700元(1 870萬元/km)，排樁直墻斷面每延米投資36 400元(3 640萬元/km)，2種形式的典型斷面見圖2、圖3。

圖2 直墻式懸臂式擋墻典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

圖3 直墻式排樁護岸典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

3) 階梯式生態(tài)擋墻方案

傳統(tǒng)直立式擋墻的美觀性和親水性差，為此提出了階梯式生態(tài)擋墻堤身方案。階梯式生態(tài)擋墻方案采用預(yù)制新型生態(tài)擋墻砌體結(jié)構(gòu)砌筑，兩岸擋墻平均高度約4.5 m，生態(tài)擋墻為砌塊階梯形，階梯組合坡度約1:1，擋墻階梯寬度約1 m。預(yù)制砌體為中空透水結(jié)構(gòu)，通過填土實現(xiàn)生態(tài)植生。

階梯式生態(tài)擋墻方案具有生態(tài)美觀的優(yōu)點，同時擋墻邊線較坡式堤防擴寬了約3.6 m，能滿足堤頂碧道布置的要求，不束窄河道行洪斷面，能滿足防洪要求。

階梯式斷面具有占地少的優(yōu)勢，為后期綠道建設(shè)預(yù)留寬度，但其工程運用費用較高，不易維護[5]。

經(jīng)估算，階梯式生態(tài)擋墻堤身方案每延米投資12 600元(1 260萬元/km)，典型斷面示意見圖4。

圖4 階梯式生態(tài)擋墻堤身方案典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

3.3 工程實施方案

根據(jù)上述各種斷面的適用性，結(jié)合工程的實際情況，對各堤段選取了不同的堤岸形式。本文以較為典型的幾處堤段為例，對實施情況介紹如下。

1) 樁號XZ2+406-XZ2+773(左岸)，堤線長為367 m，堤后為城鎮(zhèn)區(qū)，現(xiàn)狀岸坡平均坡比約1:2.5，為保留原有河道自然生態(tài)的環(huán)境，使城鎮(zhèn)段河道整治與河流生態(tài)相協(xié)調(diào)，該段采用斜坡式堤身方案，連鎖式植草磚護坡可以實現(xiàn)景觀綠化功能，在不影響生態(tài)治理的前提下達到防洪目的。

2) 樁號XY0+000-XY0+358(右岸)，堤線長為358 m，堤后多為草地及施工地，現(xiàn)狀岸坡平均坡比約1：1.5，現(xiàn)狀堤路可開挖，為滿足城鎮(zhèn)建設(shè)用地要求，該段采用懸臂式鋼筋砼擋墻方案，擋墻邊線較坡式堤防擴寬了約4.5 m， 有效解決了堤后碧道布置用地問題。

3) 樁號XY1+870-XY2+230(右岸)，堤線長為360 m，堤后為城鎮(zhèn)區(qū)，建筑物較密集，為減少征地拆遷，該段采用直墻式排樁護岸方案。

4) 樁號XY2+450-XY2+731(右岸)，堤線長為281 m，現(xiàn)狀堤后建有樓房民居，實施難度較大，不僅要保證防洪的安全性，行洪斷面不能束窄，同時要具備生態(tài)美觀性，滿足周邊居民的生態(tài)景觀需求，因此，該段采用了階梯式堤身方案。

東莞市雁田水鳳崗鎮(zhèn)治理工程堤岸設(shè)計在滿足防洪安全的前提下，針對河道不同岸段的特點，因地制宜地選擇相適應(yīng)的堤岸建設(shè)形式，有效解決了河道整治與城鎮(zhèn)建設(shè)、防洪減災(zāi)與生態(tài)治理的關(guān)系，既保障安全，又兼顧景觀，是生態(tài)文明思想在水利建設(shè)中的有益實踐[7]。

4 城市河道整治堤岸設(shè)計基本原則

結(jié)合東莞市雁田水鳳崗鎮(zhèn)治理工程堤岸建設(shè)實施，提出城市河道整治工程中堤岸設(shè)計應(yīng)遵循的幾點基本原則。

1) 在堤頂硬化和堤后有較完善的排水措施情況下，為避免影響城市景觀，城市河道堤岸應(yīng)按允許越浪進行設(shè)計。

2) 城市河道的整治應(yīng)充分考慮城市發(fā)展的拓展空間，在滿足行洪斷面要求的前提下，盡可能少占土地。

3) 城市河道建設(shè)應(yīng)盡可能采用生態(tài)護岸形式，以滿足城市景觀及周邊居民休閑需求[8]。

4) 對于城市用地緊張的堤段，盡量使用直墻式堤身方案，可有效擴寬堤頂，以解決綠道布置用地問題。

5 結(jié)語

本文以石馬河雁田水鳳崗段綜合整治工程為例，分析對比了幾種常用典型岸坡形式的優(yōu)缺點，并根據(jù)工程現(xiàn)場地形條件和用地條件，對雁田水鳳崗段堤岸優(yōu)先采用斜坡式斷面或階梯式生態(tài)擋墻斷面，沿岸用地緊張，河段則采用懸臂式擋墻斷面，沿岸房屋密集難以開挖，河段采用排樁式斷面，有效解決了該河段的防洪問題，在力求安全的同時也不失亮點，通過連鎖式植草磚護坡和階梯式生態(tài)擋墻方案，兼顧了河道生態(tài)治理需求。雁田水鳳崗段整治工程堤岸設(shè)計方案實現(xiàn)了既滿足防洪安全與用地需求，又兼顧景觀與生態(tài)建設(shè)，可為類似河道治理工程堤防建設(shè)提供借鑒。