番禺新造水道堤防加固工程設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析

張志遠(yuǎn)

（廣州市珠江前后航道流域事務(wù)中心，廣東 廣州 510000 ）

1 番禺新造水道堤防加固工程必要性分析

1.1 防潮防洪效果較差，部分堤防設(shè)施嚴(yán)重老化

番禺新造部分水道堤段已建有堤防，但堤頂高程及堤頂寬均不能滿足1 級(jí)堤防的規(guī)范要求，部分已建堤段堤防老化，年久失修，不能達(dá)到規(guī)范要求的防洪潮標(biāo)準(zhǔn)；局部堤段現(xiàn)狀無(wú)護(hù)岸，存在一定的安全隱患。部分堤段經(jīng)過(guò)多次加高加固，堤岸、堤基結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以確定其具體形式，雖然現(xiàn)狀堤防基本穩(wěn)定，但是不搞清堤防內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上加高加固極易給將來(lái)留下安全隱患。同時(shí)，由于護(hù)堤線不明確，違章建筑較多，部分居民及工廠直接將房子建于岸邊，嚴(yán)重影響堤防工程的建設(shè)。此外，堤頂防汛道路標(biāo)準(zhǔn)較低，部分路段路面高低不平，將影響防汛搶險(xiǎn)。

1.2 堤岸結(jié)構(gòu)單一，不能滿足生態(tài)堤防的要求

部分堤線段現(xiàn)狀堤防不達(dá)標(biāo)或無(wú)堤防，且堤后有空地，新建堤防的條件比較充足，加之現(xiàn)有堤防均為漿砌石擋墻，毫無(wú)生態(tài)景觀設(shè)計(jì)，而珠江為景觀河，在城市建設(shè)越來(lái)越重視景觀、生態(tài)效果的形勢(shì)下，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的堤防工程，其設(shè)計(jì)理念理應(yīng)順應(yīng)這種理念，應(yīng)更多地考慮景觀、生態(tài)因素，而此次新建堤防均配合景觀設(shè)計(jì)，營(yíng)造江邊綠色景觀帶，因此在具備條件堤段新建堤防是十分必要的。

2 番禺新造水道堤防加固工程設(shè)計(jì)

2.1 新建混合式堤防

根據(jù)不同的地形地質(zhì)條件預(yù)制沉箱的規(guī)格可分為1.70 m高和2.07 m高兩種，2.70 m沉箱僅適用于定海公司～番禺靈川飼料公司段，長(zhǎng)210 m；其余為1.70 m 高沉箱共長(zhǎng)1 768 m。預(yù)制沉箱混合式堤防方案詳述如下：該方案為沉箱結(jié)構(gòu)和放坡相結(jié)合堤型，根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料可知，整段堤防內(nèi)有深淺不一的軟土層，必須進(jìn)行一定的地基處理，方可作為沉箱結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。為了提高地基承載力，減少基礎(chǔ)沉降，保證堤防穩(wěn)定，按不同地質(zhì)條件箱底采用不同的處理方式：

第一，地基基礎(chǔ)條件較好的堤段箱底采用碎石墊層或碎石填筑，共長(zhǎng)303 m。第二，堤基軟土層深度小的堤防，采用挖除軟土置換塊石的方法處理，共長(zhǎng)760 m。第三，堤基軟土層深度大的堤防，在碎石墊層底部采用Ф600 間距1.20 m 的水泥攪拌樁。第四，新建混合式堤防設(shè)計(jì)堤頂高程3.60 m，堤防采用“3 m寬濱江人行道+6.30 m寬斜坡綠化帶+8 m寬防汛道路”的型式，防汛道路路面結(jié)構(gòu)采用瀝青混凝土路面，迎水面設(shè)石材欄桿，欄桿高1.10 m。

2.2 新建斜坡式堤防

2.2.1 斜坡式一

番禺靈川飼料公司～新造油庫(kù)段和新造油庫(kù)宿舍～新造糧庫(kù)段采用斜坡式一。堤頂具有3.60 m高程，堤頂設(shè)寬8 m防汛道路，利用瀝青混凝土澆筑路面，石材欄桿布設(shè)于路面迎水側(cè)，欄桿高1.10 m；濱江人行道路面為花崗巖材質(zhì)，可用作消浪平臺(tái)，平臺(tái)寬度和高程分別為3 m 和2 m，迎水面設(shè)石材欄桿，欄桿高1.10 m；消浪平臺(tái)下方設(shè)置1:3坡度的護(hù)坡，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制螺母塊（厚度25 cm），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)選擇適宜的水草種植與螺母塊之中；將高程0.50 m的拋石護(hù)腳布置于低潮位以下部分；消浪平臺(tái)以上斜坡坡度為1:3，護(hù)坡為綠化混凝土，用于滿足生態(tài)親水景觀建設(shè)需求；背水坡護(hù)坡形式為小灌木點(diǎn)綴于腐殖土草皮之中，坡度比為1:3，按照50 m 間距將豎向排水溝布置于坡面，同時(shí)將縱向排水溝布設(shè)于堤腳。對(duì)于存在較大填方的堤段，鋪設(shè)土工格柵，增強(qiáng)土體抗剪性能。格柵由堤頂以下1 m開始鋪設(shè)，豎向間距0.50 m。

2.2.2 斜坡式二

南村油庫(kù)～永大集團(tuán)段采用斜坡式二。該段堤防在治導(dǎo)線外有較大的灘地，且灘地坡度較緩，同時(shí)堤后有足夠空間，為了適應(yīng)這種地形，營(yíng)造更具親水性的綠色堤岸線，濱江人行道路面為花崗巖材質(zhì)，可用作消浪平臺(tái)，平臺(tái)寬度和高程分別為3 m和2 m，迎水面設(shè)石材欄桿，欄桿高1.10 m；消浪平臺(tái)下方設(shè)置1:3坡度的護(hù)坡，結(jié)構(gòu)形式為預(yù)制螺母塊（厚度25 cm），結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)選擇適宜的水草種植與螺母塊之中；將高程0.05 m的拋石護(hù)腳布置于低潮位以下部分，在斜坡式一的基礎(chǔ)上將消浪平臺(tái)以上迎水坡坡度調(diào)整為1:5。部分區(qū)域由于新增荷載多且軟土層厚，通過(guò)堤防穩(wěn)定計(jì)算，基礎(chǔ)處理采用攪拌樁。

2.2.3 斜坡式三

新村段采用斜坡式三。該段堤防的現(xiàn)狀岸線超出治導(dǎo)線約150 m，此次設(shè)計(jì)擬按照治導(dǎo)線新建斜坡式堤防。由于治導(dǎo)線距岸邊較遠(yuǎn)，無(wú)須設(shè)拋石護(hù)腳及消浪平臺(tái)等措施，故在斜坡式一的基礎(chǔ)上取消消浪平臺(tái)以下的結(jié)構(gòu)，以節(jié)省投資。

2.3 舊堤改造

2.3.1 舊堤改造（新建防洪墻）

在新造糧庫(kù)～興華路段和新造渡口～新華沙廠段，堤后為新造鎮(zhèn)區(qū)，由于建設(shè)場(chǎng)地受限，若新建堤防拆遷難度大，為保證堤防可以安全度汛同時(shí)避免大量拆遷，此次設(shè)計(jì)主要針對(duì)現(xiàn)有的防洪缺口，新建花壇式防洪墻，防洪墻之間用防汛擋板進(jìn)行擋水，保證防洪體系的封閉。

該方案是在原堤頂新建C25鋼筋混凝土U型花壇防洪墻，花壇壁厚0.25 m，高1.30～1.70 m，花壇內(nèi)種植觀賞花卉，花壇之間用防汛擋板進(jìn)行擋水，這樣既保證了在不擾動(dòng)現(xiàn)有堤防的情況下岸線封閉，使現(xiàn)有堤防可以安全度汛，同時(shí)又不影響周圍居民的正常生活，還能起到綠化美化作用。詳見(jiàn)圖1。

2.3.2 舊堤改造（新建親水平臺(tái)）

新造油庫(kù)宿舍段堤后為新造油庫(kù)宿舍區(qū)及配套沿江道路，漿砌石斜坡堤岸存在局部損壞情況。興華路～南約涌段和南約涌～新造渡口段，堤后依次為3 m寬綠化帶、10 m寬海傍路、密集的居民區(qū)；此堤段岸線平順，堤岸為兩級(jí)漿砌石直立擋墻，由于建設(shè)年代較早，局部堤岸破損。

為充分利用現(xiàn)有堤岸，盡量減少對(duì)周圍居民影響，此次設(shè)計(jì)擬在上述兩個(gè)堤段臨水側(cè)新建L 型擋墻，墻頂高程3.06 m，墻內(nèi)側(cè)為8 m 寬防汛道路，外側(cè)設(shè)一消浪平臺(tái)作為濱江人行道，平臺(tái)寬3 m，平臺(tái)頂高程1.50 m，平臺(tái)外側(cè)設(shè)高1.10 m 石材欄桿。

3 番禺新造水道堤防加固工程穩(wěn)定性分析

3.1 滲流穩(wěn)定計(jì)算

3.1.1 計(jì)算斷面和參數(shù)

此次計(jì)算選取樁號(hào)5+440.85（南村油庫(kù)～永大集團(tuán)段）進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算參數(shù)采用地質(zhì)報(bào)告建議參數(shù)，并參照附近類似土層選取。

3.1.2 計(jì)算方法

此設(shè)計(jì)采用有限元法進(jìn)行滲流計(jì)算。

3.1.3 計(jì)算工況

穩(wěn)定滲流：工況一：設(shè)計(jì)洪（潮）水位2.80 m，對(duì)應(yīng)堤后無(wú)水（取地面高程）；工況二：多年平均低潮位-0.74 m，對(duì)應(yīng)堤后無(wú)水（取地面高程）。非穩(wěn)定滲流：工況三：多年平均高潮位0.78 m驟降（3 h）至多年平均低潮位-0.74 m，對(duì)應(yīng)堤后無(wú)水（取地面高程）。

3.1.4 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)表1 計(jì)算成果，背水坡出逸比降均小于允許滲透比降，堤身不會(huì)發(fā)生滲透破壞，因此不需要采用其他工程措施。

表1 各土層滲透比降表

3.2 整體穩(wěn)定計(jì)算

計(jì)算堤防整體穩(wěn)定時(shí)，根據(jù)斷面形式、地基、新增荷載情況，選擇有代表性的斷面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，此次選擇定海公司～番禺靈川飼料公司段0+195.19 斷面等15 個(gè)斷面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算。由于堤后高程普遍在2 m以上，堤防填高較小，因此，此次設(shè)計(jì)僅對(duì)臨水側(cè)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，背水側(cè)不予計(jì)算。

3.2.1 穩(wěn)定計(jì)算工況

3.2.1.1 加固前

此次設(shè)計(jì)對(duì)現(xiàn)狀及加高后（不采取其他措施）的穩(wěn)定進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算工況如下：現(xiàn)狀：采用現(xiàn)狀堤防斷面，外江水位采用多年平均低潮位-0.74 m或?yàn)┑?，?duì)應(yīng)堤后水位取地面高程，計(jì)算外江側(cè)邊坡；加高后（不采取其他措施）：采用現(xiàn)狀堤防斷面并增加等效于加高堤身的荷載，外江水位采用多年平均低潮位-0.74 m或?yàn)┑?，?duì)應(yīng)堤后水位取地面高程，計(jì)算外江側(cè)邊坡。

3.2.1.2 加固后

工況一：外江水位由設(shè)計(jì)潮水位2.80 m 降落-0.74 m 或?yàn)┑?，?duì)應(yīng)堤后水位取地面高程，計(jì)算臨水側(cè)邊坡。工況二：外江水位為歷史最低潮位-1.93 m，對(duì)應(yīng)堤后水位取地面高程，計(jì)算臨水側(cè)邊坡；工況三：施工期，外江水位為多年平均低潮位-0.74 m 或?yàn)┑?，?duì)應(yīng)堤后水位取地面高程，計(jì)算臨水側(cè)邊坡；工況四：外江水位為多年平均高潮位0.78 m遇地震，對(duì)應(yīng)堤后水位取地面高程，計(jì)算臨水側(cè)邊坡。

由于此工程對(duì)于存在較大填方的堤段，擬鋪設(shè)土工格柵，增強(qiáng)土體抗剪性能。未設(shè)土工格柵的穩(wěn)定安全系數(shù)表明，對(duì)于較大填方堤段，未設(shè)土工格柵穩(wěn)定不能滿足要求，設(shè)置土工格柵后穩(wěn)定滿足要求。

3.2.2 穩(wěn)定計(jì)算成果按照此設(shè)計(jì)加固后的堤防整體穩(wěn)定在各個(gè)工況下均滿足要求，因此，此次設(shè)計(jì)方案是合理、可行的，同時(shí)也是必需的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為滿足區(qū)域內(nèi)城市建設(shè)發(fā)展需求，相關(guān)工程單位新建了沉箱結(jié)構(gòu)和放坡相結(jié)合堤型以及多種不同形式的斜坡式堤防實(shí)現(xiàn)了堤防結(jié)構(gòu)區(qū)域水道現(xiàn)狀的有效契合，對(duì)于部分難以新建的區(qū)域采取了防洪墻及親水平臺(tái)修建等方式改善堤防結(jié)構(gòu)破損老化問(wèn)題；從滲流穩(wěn)定與整體穩(wěn)定兩方面對(duì)堤防加固方案進(jìn)行了計(jì)算，確認(rèn)方案穩(wěn)定性滿足要求。